專利名稱：風力發(fā)電機及其參數(shù)采集系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明實施例涉及風力發(fā)電機測試技術(shù)，尤其涉及一種風力發(fā)電機及其參數(shù)采集系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
風力發(fā)電機的發(fā)電原理， 是通過風力帶動葉片轉(zhuǎn)動，葉片驅(qū)動輪轂轉(zhuǎn)動，進而將輪轂轉(zhuǎn)動傳遞至發(fā)電機進行發(fā)電。在大型風力發(fā)電機組中，一般設(shè)置有變槳系統(tǒng)，通過變槳系統(tǒng)調(diào)整輪轂上的葉片槳距角來改變其葉片氣動特性，變槳系統(tǒng)可依據(jù)風速的變化隨時調(diào)節(jié)槳距角來控制風力發(fā)電機吸收的風能。一方面保證風力發(fā)電機的輸出功率和轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，另一方面能夠減少風對風力發(fā)電機的沖擊載荷。在風力發(fā)電機中，每個葉片的根部通過具有內(nèi)部齒輪的軸承連接在輪轂上，變槳電機通過法蘭連接到固定在輪轂上的齒輪箱。變槳電機通過主動齒輪與葉片輪轂內(nèi)齒圖相嚙合，直接對葉片進行變槳控制。通常風力發(fā)電機運行的環(huán)境比較惡劣，同時受到氣壓、溫度、濕度及振動等各方面因素的影響，那就需要針對各種工況的特性設(shè)計符合條件的變槳系統(tǒng)。因此，為了保證風力發(fā)電機變槳系統(tǒng)在各種工況下都能穩(wěn)定可靠的運行，需要對其進行各種工況測試。然而，在車間測試變槳系統(tǒng)時，一般由于條件有限，并不能模擬出變槳系統(tǒng)的所有實際工況，這就需要在風力發(fā)電機運行現(xiàn)場進行測試以便考察風力發(fā)電機變槳系統(tǒng)的實際運行狀況。但是，顯然在風力發(fā)電機運行現(xiàn)場進行測試會顯著提高測試成本，也難以普遍推廣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種風力發(fā)電機及其參數(shù)采集系統(tǒng)，以優(yōu)化變槳系統(tǒng)的測試環(huán)境從而改善測試效果，并且降低測試成本。本發(fā)明實施例提供了一種風力發(fā)電機參數(shù)采集系統(tǒng)，包括至少一個傳感器，設(shè)置在風力發(fā)電機的輪轂中，用于采集輪轂的環(huán)境運行參數(shù)；數(shù)據(jù)處理模塊,包括參數(shù)采集單元、參數(shù)讀取單元和存儲單元,其中，所述參數(shù)采集單元與各傳感器相連，用于獲取各傳感器采集到的環(huán)境運行參數(shù)；所述參數(shù)讀取單元與風力發(fā)電機中的變槳驅(qū)動器相連，用于讀取變槳驅(qū)動器的負載特性參數(shù)；所述存儲單元與所述參數(shù)采集單元和參數(shù)讀取單元相連，用于存儲所述環(huán)境運行參數(shù)和負載特性參數(shù)。本發(fā)明實施例還提供了一種風力發(fā)電機，包括發(fā)電機、輪轂、多個葉片和變槳系統(tǒng)，所述變槳系統(tǒng)包括設(shè)置在輪轂中的主控制器以及與葉片連接的變槳驅(qū)動器，所述主控制器與各變槳驅(qū)動器之間通過現(xiàn)場總線相連，其特征在于還包括本發(fā)明所提供的風力發(fā)電機參數(shù)采集系統(tǒng)。本發(fā)明提供的風力發(fā)電機及其參數(shù)采集系統(tǒng)，通過設(shè)置在風力發(fā)電機中的采集系統(tǒng)，能夠?qū)崟r地采集輪轂環(huán)境與變槳負載特性的相關(guān)數(shù)據(jù)，從而可改進車間內(nèi)的變槳系統(tǒng)模擬測試環(huán)境，改善測試效果，并且上述采集系統(tǒng)，能夠以較低的成本得到實際運行工況的數(shù)據(jù)，相比于在實際風力發(fā)電機中對每個變槳系統(tǒng)進行測試可顯著降低成本，也易于推廣實現(xiàn)。


圖I為本發(fā)明實施例一提供的風力發(fā)電機參數(shù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實施例二提供的風力發(fā)電機參數(shù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明實施例三提供的風力發(fā)電機參數(shù)采集 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。實施例一圖I為本發(fā)明實施例一提供的風力發(fā)電機參數(shù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，該采集系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)處理模塊100和至少一個傳感器200。其中，各傳感器200設(shè)置在風力發(fā)電機的輪轂中，用于采集輪轂的環(huán)境運行參數(shù)；數(shù)據(jù)處理模塊100具體包括參數(shù)采集單元110、參數(shù)讀取單元120和存儲單元130。其中，參數(shù)采集單元110與各傳感器200相連，用于獲取各傳感器200采集到的環(huán)境運行參數(shù)；參數(shù)讀取單元120與風力發(fā)電機中的變槳驅(qū)動器300相連，用于讀取變槳驅(qū)動器300的負載特性參數(shù)；存儲單元130與參數(shù)采集單元110和參數(shù)讀取單元120相連，用于存儲環(huán)境運行參數(shù)和負載特性參數(shù)。本實施例的技術(shù)方案，通過設(shè)置在風力發(fā)電機中的采集系統(tǒng)，能夠?qū)崟r地采集輪轂環(huán)境與變槳負載特性的相關(guān)數(shù)據(jù)，從而可改進車間內(nèi)變槳系統(tǒng)的模擬測試環(huán)境，改善測試效果，并且上述實時的采集系統(tǒng)，能夠以較低的成本得到實際運行工況的數(shù)據(jù)，相比于在實際風力發(fā)電機中對每個變槳系統(tǒng)進行測試可顯著降低成本。風力發(fā)電機中所設(shè)置的變槳系統(tǒng)，典型結(jié)構(gòu)是采用分布式控制系統(tǒng)，包括可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller,簡稱PLC)實現(xiàn)的主控制器,作為主站,還包括變槳驅(qū)動器作為從站，變槳驅(qū)動器的數(shù)量與葉片數(shù)量一致，一般是三個。主控制器和變槳驅(qū)動器之間通過現(xiàn)場總線相連，以實現(xiàn)通信，例如通?？刂破骶植烤W(wǎng)(CONTROLLER AREANETWORK,簡稱CAN)總線相連。由于采用了很多新技術(shù)及獨特的設(shè)計，CAN總線具有突出的可靠性、實時性和靈活性。變槳驅(qū)動器能夠控制變槳電機的運行，通常變槳驅(qū)動器還連接有后備電源，以保證變槳驅(qū)動器的可靠工作。在本實施例的技術(shù)方案中，參數(shù)讀取單元120優(yōu)選是與變槳驅(qū)動器300的現(xiàn)場總線相連，通過現(xiàn)場總線讀取變槳電機的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和溫度，驅(qū)動器的電壓、電流和散熱器溫度，以及后備電源的電壓和溫度中的任意一項或多項。采集系統(tǒng)與風力發(fā)電機變槳系統(tǒng)中的變槳驅(qū)動器300之間是相互獨立的，只有參數(shù)讀取單元120通過現(xiàn)場總線從變槳驅(qū)動器300中讀取變槳系統(tǒng)的負載特性參數(shù)。
在本實施例中，傳感器的數(shù)量為多個，至少包括氣壓傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器和振動傳感器，能夠定時地測量輪轂所處的環(huán)境運行參數(shù)，至少包括氣壓、溫度、濕度和振動等因素變槳系統(tǒng)進行測試時需要氣壓、溫度、濕度及振動等信息，并且要有變槳系統(tǒng)運行時的各種負載特性參數(shù)，如電機的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、溫度，驅(qū)動器的電壓、電流、散熱器溫度，以及后備電源的電壓、溫度等。本實施例的采集系統(tǒng)通過采集上述數(shù)據(jù)，可以輔助車間的測試系統(tǒng)進行改進。實施例二圖2為本發(fā)明實施例二提供的風力發(fā)電機參數(shù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，本實施例的采集系統(tǒng)可以以實施例一的技術(shù)方案為基礎(chǔ)，進一步還包括狀態(tài)監(jiān)測模塊400、無線通信模塊500和狀態(tài)調(diào)整模塊600。其中，狀態(tài)監(jiān)測模塊400與數(shù)據(jù)處理模塊100相連，用于監(jiān)測數(shù)據(jù)處理模塊100的運行狀態(tài)；無線通信模塊500與狀態(tài)監(jiān)測模塊400相連，用于將運行狀態(tài)以無線通信方式發(fā)送至控制室，并接收控制室發(fā)送的控制指令；狀態(tài)調(diào)整模塊600與數(shù)據(jù)處理模塊100相連，用于根據(jù)控制指令調(diào)整數(shù)據(jù)處理模塊100的運行狀態(tài)。本實施例的技術(shù)方案，可以基于無線通信技術(shù)對采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理模塊的狀態(tài)進行實時監(jiān)測和恢復(fù)。無線通信模塊可以采用多種無線通信手段來實現(xiàn)，例如射頻，或者通用通信網(wǎng)絡(luò)，如全球移動通訊系統(tǒng)(Global System forMobile Communications,簡稱GSM)
坐寸ο采用本實施例的技術(shù)方案，能夠?qū)?shù)據(jù)處理模塊的工作狀態(tài)進行無線監(jiān)控。當數(shù)據(jù)處理模塊出現(xiàn)故障，不能正常運行，例如不能正常的采集和讀取參數(shù)，不能正常存儲時，即通過無線通信模塊上報故障運行狀態(tài)給控制室?？刂剖铱梢宰詣踊蚪?jīng)操作人員手動發(fā)送控制指令，例如控制數(shù)據(jù)處理模塊執(zhí)行重啟、恢復(fù)等操作。實施例三圖3為本發(fā)明實施例三提供的風力發(fā)電機參數(shù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，本實施例可以以上述任意技術(shù)方案為基礎(chǔ)，優(yōu)選的是，數(shù)據(jù)處理模塊的參數(shù)采集單元和存儲單元，以及狀態(tài)監(jiān)測模塊和狀態(tài)調(diào)整模塊集成在工業(yè)控制機(工業(yè)PC機)10中，參數(shù)采集單元為工業(yè)控制機10中的采集卡，存儲單元為工業(yè)控制機10中的硬盤；參數(shù)讀取單元為與工業(yè)控制機10相連的CAN通信控制卡50，工業(yè)控制機10、CAN通信控制卡50與無線通信模塊500設(shè)置在測試箱體20中，測試箱體20安裝在輪轂中。在輪轂內(nèi)部安裝測量各種環(huán)境參數(shù)的傳感器，具體為壓力傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器和振動傳感器，并通過測試箱體20內(nèi)的工業(yè)控制機10進行數(shù)據(jù)采集，同時通過測試箱體20內(nèi)的CAN通信控制卡50對變槳系統(tǒng)的各種運行數(shù)據(jù)進行采集，最后將數(shù)據(jù)保存在工業(yè)控制機10的固定硬盤中，以便針對數(shù)據(jù)進行分析。在本實施例的采集系統(tǒng)中，還可以進一步設(shè)置一加熱器30，設(shè)置在測試箱體20中，用于加熱以維持測試箱體20中的溫度。當風力發(fā)電機所處的惡劣環(huán)境中溫度較低時，加熱器30能夠維持測試箱體20內(nèi)的控制部件處于正常工作的溫度，測試箱體20也可以隔離內(nèi)部控制部件與外部輪轂和傳感器200，保證傳感器200能夠檢測實際的環(huán)境參數(shù)。加熱器30可以由工業(yè)控制機進行控制，例如當檢測到環(huán)境溫度低于設(shè)定溫度時啟動加熱器30進行加熱。
采集系統(tǒng)中優(yōu)選設(shè)置的電源40包括不間斷電源(UninterruptiblePowerSupply，簡稱UPS)，設(shè)置在測試箱體20中，用于向各傳感器200、工業(yè)控制機10和無線通信模塊500供電，從而保證采集系統(tǒng)能夠持續(xù)作業(yè)，且電源40獨立于風力發(fā)電機的供電系統(tǒng)，不受風力發(fā)電機工作狀態(tài)的影響，能夠?qū)崟r采集實際運行工況的數(shù)據(jù)。本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，將由工業(yè)控制機10、CAN通信控制卡50、帶UPS的電源40、加熱器30和無線通信模塊5 00組成的測試箱體20安裝在輪轂中，其中工業(yè)控制機10負責各種數(shù)據(jù)的采集和讀取，電源40負責系統(tǒng)供電，加熱器30負責保持測試箱體20的工作溫度，無線通信模塊500負責對測試箱體20的工作狀態(tài)進行無線監(jiān)控，CAN通信控制卡50負責讀取各種變槳負載特性數(shù)據(jù)。氣壓傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器和振動傳感器等傳感器可安裝在輪轂中，并與測試箱體內(nèi)工業(yè)控制機的采集卡連接。將測試箱體中的CAN通信控制卡與每個變槳變頻器的通信接口相連，通過CAN總線讀取信息。在風力發(fā)電機上電后進行系統(tǒng)初始化，CAN通信系統(tǒng)的初始化主要包括工作方式的設(shè)置、接收濾波方式的設(shè)置、接收屏蔽寄存器和接收代碼寄存器的設(shè)置、波特率參數(shù)設(shè)置和中斷允許寄存器的設(shè)置等，同時設(shè)置3個變槳變頻器和I個CAN通信控制卡的節(jié)點地址分別為1、2、3和4。工業(yè)控制機初始化后準備各種傳感器數(shù)據(jù)的采集和記錄，同時無線通信裝置向操作人員發(fā)出采集系統(tǒng)開始工作的狀態(tài)參數(shù)。測試箱體將自動進行定時的數(shù)據(jù)采集和記錄，所有數(shù)據(jù)將保存在工業(yè)控制機的固態(tài)硬盤中。定期，例如一個月，由人工將數(shù)據(jù)一次性從工業(yè)控制機中讀取出來，主要有氣壓、溫度、濕度及振動等信息，以及變槳系統(tǒng)運行時的各種負載特性參數(shù)，如電機的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、溫度，驅(qū)動器的電壓、電流、散熱器溫度，以及后備電源的電壓、溫度等。通過無線通信裝置，操作人員可以遠程監(jiān)測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是否正常工作，如發(fā)現(xiàn)不正常則可以實施重啟、恢復(fù)等操作，保證采集系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。使用記錄的各項數(shù)據(jù)可評估風機變槳系統(tǒng)的性能，實現(xiàn)對車間變槳測試系統(tǒng)的改進。本發(fā)明實施例還提供了一種風力發(fā)電機，包括發(fā)電機、輪轂、多個葉片和變槳系統(tǒng)，變槳系統(tǒng)包括設(shè)置在輪轂中的主控制器以及與葉片連接的變槳驅(qū)動器，該主控制器與各變槳驅(qū)動器之間通過現(xiàn)場總線相連，該風力發(fā)電機中還包括本發(fā)明任意實施例中所提供的風力發(fā)電機參數(shù)采集系統(tǒng)。該風力發(fā)電機通過設(shè)置參數(shù)采集系統(tǒng)，形成了風力發(fā)電機輪轂環(huán)境與變槳負載特性綜合測試系統(tǒng)，能夠?qū)︼L機變槳系統(tǒng)實際運行的輪轂環(huán)境和各種變槳負載特性參數(shù)進行實時記錄，以便進行下一步的分析，深入了解風機變槳系統(tǒng)的運行特性，并能以實際運行數(shù)據(jù)為依據(jù)改進車間的變槳測試系統(tǒng)，以便更好的設(shè)計變槳系統(tǒng)。最后應(yīng)說明的是以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種風カ發(fā)電機參數(shù)采集系統(tǒng)，其特征在于，包括 至少ー個傳感器，設(shè)置在風カ發(fā)電機的輪轂中，用于采集輪轂的環(huán)境運行參數(shù)； 數(shù)據(jù)處理模塊，包括參數(shù)采集單元、參數(shù)讀取單元和存儲單元，其中， 所述參數(shù)采集單元與各傳感器相連，用于獲取各傳感器采集到的環(huán)境運行參數(shù)； 所述參數(shù)讀取單元與風カ發(fā)電機中的變槳驅(qū)動器相連，用于讀取變槳驅(qū)動器的負載特性參數(shù)； 所述存儲單元與所述參數(shù)采集單元和參數(shù)讀取單元相連，用于存儲所述環(huán)境運行參數(shù)和負載特性參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的風力發(fā)電機參數(shù)采集系統(tǒng)，其特征在于所述參數(shù)讀取單元與變槳驅(qū)動器的現(xiàn)場總線相連，以讀取變槳電機的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和溫度，驅(qū)動器的電壓、電流和散熱器溫度，以及后備電源的電壓和溫度中的任意ー項或多項。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的風力發(fā)電機參數(shù)采集系統(tǒng)，其特征在于所述傳感器的數(shù)量為多個，至少包括氣壓傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器和振動傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3所述的風力發(fā)電機參數(shù)采集系統(tǒng)，其特征在于，還包括 狀態(tài)監(jiān)測模塊，與所述數(shù)據(jù)處理模塊相連，用于監(jiān)測所述數(shù)據(jù)處理模塊的運行狀態(tài)； 無線通信模塊，與所述狀態(tài)監(jiān)測模塊相連，用于將所述運行狀態(tài)以無線通信方式發(fā)送至控制室，并接收控制室發(fā)送的控制指令； 狀態(tài)調(diào)整模塊，與所述數(shù)據(jù)處理模塊相連，用于根據(jù)所述控制指令調(diào)整所述數(shù)據(jù)處理模塊的運行狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的風力發(fā)電機參數(shù)采集系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù)據(jù)處理模塊的參數(shù)采集単元和存儲單元，以及所述狀態(tài)監(jiān)測模塊和狀態(tài)調(diào)整模塊集成在エ業(yè)控制機中，所述參數(shù)采集單元為エ業(yè)控制機中的采集卡，所述存儲單元為エ業(yè)控制機中的硬盤；所述參數(shù)讀取單元為與エ業(yè)控制機相連的控制器局部網(wǎng)通信控制卡；所述エ業(yè)控制機、控制器局部網(wǎng)通信控制卡與所述無線通信模塊設(shè)置在測試箱體中，所述測試箱體安裝在所述輪轂中。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的風力發(fā)電機參數(shù)采集系統(tǒng)，其特征在于，還包括加熱器，設(shè)置在所述測試箱體中，用于加熱以維持所述測試箱體中的溫度。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的風力發(fā)電機參數(shù)采集系統(tǒng)，其特征在于，還包括不間斷電源，設(shè)置在所述測試箱體中，用于向所述傳感器、エ業(yè)控制機和無線通信模塊供電。
8.ー種風カ發(fā)電機，包括發(fā)電機、輪轂、多個葉片和變槳系統(tǒng)，所述變槳系統(tǒng)包括設(shè)置在輪轂中的主控制器以及與葉片連接的變槳驅(qū)動器，所述主控制器與各變槳驅(qū)動器之間通過現(xiàn)場總線相連，其特征在于還包括權(quán)利要求I 7任一所述的風力發(fā)電機參數(shù)采集系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種風力發(fā)電機及其參數(shù)采集系統(tǒng)。該采集系統(tǒng)包括至少一個傳感器，設(shè)置在風力發(fā)電機的輪轂中，用于采集輪轂的環(huán)境運行參數(shù)；數(shù)據(jù)處理模塊，包括參數(shù)采集單元、參數(shù)讀取單元和存儲單元，其中，所述參數(shù)采集單元與各傳感器相連，用于獲取各傳感器采集到的環(huán)境運行參數(shù)；所述參數(shù)讀取單元與風力發(fā)電機中的變槳驅(qū)動器相連，用于讀取變槳驅(qū)動器的負載特性參數(shù)；所述存儲單元與所述參數(shù)采集單元和參數(shù)讀取單元相連，用于存儲所述環(huán)境運行參數(shù)和負載特性參數(shù)。本發(fā)明通過設(shè)置在風力發(fā)電機中的采集系統(tǒng)，能夠?qū)崟r地采集輪轂環(huán)境與變槳負載特性的相關(guān)數(shù)據(jù)，從而可改進車間內(nèi)的變槳系統(tǒng)模擬測試環(huán)境。
文檔編號G01M15/00GK102620937SQ20111003413
公開日2012年8月1日 申請日期2011年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月31日
發(fā)明者衛(wèi)浩, 李文劍, 李磊, 王兆奎 申請人:華銳風電科技(集團)股份有限公司