專(zhuān)利名稱(chēng)：一種測(cè)算風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)算風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的方法，特別是涉及一種測(cè)算具有變槳電動(dòng)機(jī)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的方法。此外，本發(fā)明還涉及執(zhí)行這種方法的的一種機(jī)器可讀的記錄介質(zhì)和一種計(jì)算機(jī)程序，以及采用這種方法的測(cè)算風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
每臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)均具有至少一扇槳葉，且通常為圖I顯示的具有三扇槳葉12 (圖中僅為一扇槳葉標(biāo)注了參考符號(hào))的風(fēng)力發(fā)電機(jī)I，其中每扇槳葉12都具有獨(dú)立的電力變槳系統(tǒng)以控制槳葉12轉(zhuǎn)動(dòng)。無(wú)論是何種類(lèi)型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速均須控制在一定范圍內(nèi)，否則將造成嚴(yán)重的后果影響安全。防止轉(zhuǎn)速超速的一種解決方式是，在轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速超出允許范圍后，通過(guò)電力變槳系統(tǒng)來(lái)調(diào)整槳葉12的位置角度來(lái)降低槳葉12對(duì)風(fēng)能的俘獲效率。另一種解決方式是，風(fēng)力發(fā)電機(jī)I的中央控制器11對(duì)轉(zhuǎn)子軸和發(fā)電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較。如果這些數(shù)值不一致，例如發(fā)電機(jī)軸的轉(zhuǎn)速超過(guò)轉(zhuǎn)子軸的轉(zhuǎn)速乘以轉(zhuǎn)子齒輪箱 的傳動(dòng)比，則風(fēng)力發(fā)電機(jī)將被強(qiáng)行停止。無(wú)論是要實(shí)現(xiàn)上述哪種解決方式，其前提都是要先采用一定的手段來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)速。為了應(yīng)對(duì)測(cè)量系統(tǒng)可能出現(xiàn)的故障，通常還需要為風(fēng)力發(fā)電機(jī)I的中央控制器11提供至少兩個(gè)獨(dú)立的測(cè)量值。US20090193894A1公開(kāi)了一種測(cè)量風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的方案，其通過(guò)安裝在轉(zhuǎn)子軸上的轉(zhuǎn)速檢測(cè)單元來(lái)對(duì)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量。除了須安裝由硬件構(gòu)成的轉(zhuǎn)速檢測(cè)單元夕卜，為了保證信號(hào)的可靠性還進(jìn)行了冗余設(shè)計(jì)，即在每一檢測(cè)點(diǎn)設(shè)置兩個(gè)傳感器，并為了傳輸檢測(cè)信號(hào)而分別設(shè)置了相應(yīng)的通道。W02007104585A1公開(kāi)了另一種測(cè)量風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的方案，其通過(guò)安裝在轉(zhuǎn)子輪轂中央的運(yùn)動(dòng)加速計(jì)來(lái)測(cè)量離心力，進(jìn)而計(jì)算出轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。盡管采用上述兩種方案來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速行之有效，但是這兩種方案都需要額外的裝置(例如，傳感器或加速計(jì))來(lái)實(shí)現(xiàn)。這無(wú)疑將增加風(fēng)力發(fā)電機(jī)的制造和維護(hù)成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種無(wú)需安裝額外的傳感器或其它硬件就能對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)算的方法，包括步驟Si:以一定的采樣頻率對(duì)變槳電動(dòng)機(jī)上的電流信號(hào)進(jìn)行采樣；步驟S2 :獲取所述電流信號(hào)的頻譜分布；步驟S3 :確定所述頻譜分布的峰值；步驟S4 :根據(jù)所述峰值計(jì)算轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。依據(jù)本發(fā)明的另一方面，在所述步驟S2之前還包括，步驟Sll :對(duì)所述電流信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)。這有利于獲取長(zhǎng)時(shí)間的電流信號(hào)的頻譜分布。依據(jù)本發(fā)明的再一方面，在所述步驟S2中，獲取所述電流信號(hào)的頻譜分布是通過(guò)進(jìn)行快速傅里葉變換或通過(guò)估計(jì)時(shí)域周期的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。依據(jù)本發(fā)明的又一方面，在所述步驟S4之后還包括，步驟S5 :對(duì)所述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速進(jìn)行校正。這有利于減小因某臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)自身的原因?qū)D(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速造成的影響。
依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，在所述步驟S4之后還包括，步驟S6 :對(duì)通過(guò)一臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的各個(gè)變槳電動(dòng)機(jī)算得的所述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速取平均值。這有利于減小由某次采樣自身的原因?qū)D(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速造成的影響。本發(fā)明的目的還在于提供一種采用這種方法的無(wú)需安裝額外的傳感器或其它硬件就能測(cè)算風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的系統(tǒng)，用于具有至少一個(gè)轉(zhuǎn)子、一扇槳葉、一臺(tái)變槳電動(dòng)機(jī)以及一個(gè)變槳控制器的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其中所述變槳控制器通過(guò)控制所述變槳電動(dòng)機(jī)來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在所述轉(zhuǎn)子上的所述槳葉；所述系統(tǒng)包括采樣模塊，用于以一定的采樣頻率對(duì)所述變槳電動(dòng)機(jī)上的電流信號(hào)進(jìn)行采樣；頻譜模塊，用于獲取所述電流信號(hào)的頻譜分布；分析模塊，用于確定所述頻譜分布的峰值；計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述峰值計(jì)算所述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。依據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述系統(tǒng)還包括，存儲(chǔ)模塊，用于對(duì)所述電流信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)。這有利于獲取長(zhǎng)時(shí)間的電流信號(hào)的頻譜分布。
依據(jù)本發(fā)明的再一方面，所述系統(tǒng)還包括，校正模塊，用于對(duì)所述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速進(jìn)行校正。這有利于減小因某臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)自身的原因?qū)D(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速造成的影響。依據(jù)本發(fā)明的又一方面，所述頻譜模塊通過(guò)進(jìn)行快速傅里葉變換或通過(guò)估計(jì)時(shí)域周期的方法來(lái)獲取所述電流信號(hào)的頻譜分布。本發(fā)明的目的還在于提供一種機(jī)器可讀的記錄介質(zhì)，其記錄有由一機(jī)器執(zhí)行的上述方法的指令。本發(fā)明的目的還在于提供一種計(jì)算機(jī)程序，其包括代碼，當(dāng)所述計(jì)算機(jī)程序運(yùn)行于一機(jī)器中時(shí)，所述代碼使得所述機(jī)器執(zhí)行上述方法。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于通過(guò)電力變槳控制器所測(cè)量到的變槳電動(dòng)機(jī)上的電流值來(lái)計(jì)算風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明無(wú)需安裝額外的傳感器或其它硬件，從而節(jié)省了成本、簡(jiǎn)化了風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)，同時(shí)還提高了可靠性。


結(jié)合以下附圖，本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚，其中相同的符號(hào)表示相同的部件或裝置圖I示意性地展示了風(fēng)力發(fā)電機(jī)1，其中一扇槳葉12與風(fēng)力發(fā)電機(jī)I的塔筒之間具有方位角Θ ;圖2示意性地展示了用于一扇槳葉12的電力變槳控制系統(tǒng)；圖3示意性地展示了本發(fā)明的測(cè)算風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的方法的流程圖；圖4示意性地展示了測(cè)算風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的系統(tǒng)2，該系統(tǒng)2采用圖3所示的測(cè)算風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的方法；圖5顯示了在O至第10秒的過(guò)程中模擬反向扭矩Tbk所得的快速傅里葉變換的結(jié)果;圖6顯示了一系列對(duì)反向扭矩Tbk的模擬結(jié)果，其中圖6 (A)中的實(shí)線為扭矩TM，虛線為摩擦扭矩Tf，而點(diǎn)劃線為主動(dòng)扭矩Tk ;圖6(B)中實(shí)線為變槳電動(dòng)機(jī)15的轉(zhuǎn)速，而虛線為傾斜角；圖6(C)中的實(shí)線為風(fēng)速；圖7示意性地展示了符合IEC 61400-13標(biāo)準(zhǔn)的電力變槳系統(tǒng)，其中z軸沿槳葉12縱向伸向槳葉12的尖部，而y軸平行于槳葉12的根部無(wú)傾斜的線，X軸垂直于I軸和z軸并伸向槳葉12的后邊緣，使得X、y> z符合右手定則；圖8示意性地展示了轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速Wr轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)作用在槳葉12上的力；圖9示意性地展示了由空氣動(dòng)力引起的作用在槳葉12上的彎曲力矩；圖10示意性地展示了作用在槳葉12上的重力；圖11示意性地展示了作用在槳葉12上的離心力。參考符號(hào)列表I風(fēng)力發(fā)電機(jī)；11風(fēng)力發(fā)電機(jī)中央控制器12槳葉13變槳軸承； 14變槳齒輪箱；15變槳電動(dòng)機(jī)；16變槳控制器；17旋轉(zhuǎn)編碼器；2測(cè)算風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的系統(tǒng)；21采樣模塊；211存儲(chǔ)模塊；22頻譜模塊；23分析模塊；24計(jì)算模塊；25校正模塊；Θ方位角；%轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；Tbk反向扭矩；β傳動(dòng)比。
具體實(shí)施例方式圖2顯示了用于一扇槳葉12的電力變槳系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括槳葉12、變槳軸承13、變槳齒輪箱14、變槳電動(dòng)機(jī)15、變槳控制器16以及旋轉(zhuǎn)編碼器17，其中槳葉12固定到變槳軸承13的內(nèi)圈。變槳軸承13的內(nèi)圈為一內(nèi)齒輪，且變槳齒輪箱14上的齒輪與該內(nèi)齒輪嚙合。因此，當(dāng)變槳電動(dòng)機(jī)15驅(qū)動(dòng)變槳齒輪箱14時(shí)，槳葉12將會(huì)相應(yīng)地轉(zhuǎn)動(dòng)。變槳電動(dòng)機(jī)15可以為多種類(lèi)型，例如直流電機(jī)、異步交流電機(jī)、同步伺服電機(jī)等。作為運(yùn)動(dòng)控制器的變槳控制器16用于通過(guò)控制變槳電動(dòng)機(jī)15來(lái)改變槳葉12的角度位置，而槳葉12和變槳電動(dòng)機(jī)15的位置和速度由例如旋轉(zhuǎn)編碼器17或接近傳感器的位置測(cè)量裝置來(lái)持續(xù)地測(cè)量。在風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，為了將槳葉12保持在一定位置，變槳電動(dòng)機(jī)15需產(chǎn)生與一定的風(fēng)速相適應(yīng)的扭矩。當(dāng)風(fēng)速變大時(shí)，變槳控制器16控制變槳電動(dòng)機(jī)15將槳葉12轉(zhuǎn)動(dòng)到一定的位置以保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)I的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速符合風(fēng)力發(fā)電機(jī)中央控制器11所指定的速度。變槳電動(dòng)機(jī)15所產(chǎn)生的扭矩通過(guò)由變槳軸承13和變槳齒輪箱14組成的機(jī)械傳動(dòng)鏈放大并傳遞到槳葉12。依據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，圖3展示了根據(jù)變槳電動(dòng)機(jī)15上的電流來(lái)測(cè)算轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速I(mǎi)的方法的流程圖。這種方法依次包括以下步驟，步驟SI :以一定的采樣頻率對(duì)變槳電動(dòng)機(jī)15上的電流信號(hào)信號(hào)進(jìn)行采樣；步驟Sll :對(duì)電流信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)；步驟S2 :獲取電流信號(hào)的頻譜分布，例如獲取依據(jù)頻率的數(shù)值曲線，其中既可通過(guò)對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換來(lái)獲取頻譜分布，也可通過(guò)估計(jì)采樣信號(hào)的時(shí)域周期的方法代替快速傅里葉變換來(lái)獲取頻譜分布；步驟S3 :確定頻譜分布的峰值，例如找到數(shù)值曲線上的最高點(diǎn)及其所對(duì)應(yīng)的頻率;
步驟S4 :根據(jù)峰值計(jì)算轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；步驟S5 :對(duì)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速進(jìn)行校正；步驟S6 :對(duì)通過(guò)風(fēng)力發(fā)電機(jī)I的各個(gè)變槳電動(dòng)機(jī)15算得的的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速取平均值。需要指出的是，步驟Sll并不是必須的，也可將步驟SI采樣得到的電流信號(hào)直接傳遞到步驟S2以獲取電流信號(hào)的頻譜分布，不過(guò)步驟Sll有利于獲取長(zhǎng)時(shí)間的電流信號(hào)的頻譜分布。此外，步驟S5和步驟S6也不是必須的，其中步驟S5有利于減小因某臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)自身的原因?qū)D(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速造成的影響，而步驟S6有利于減小由某次采樣自身的原因?qū)D(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速造成的影響。當(dāng)對(duì)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速進(jìn)行校正時(shí)，校正系數(shù)k的默認(rèn)值為1.0，并可在風(fēng)力發(fā)電機(jī)I的試運(yùn)行階段進(jìn)行調(diào)整，以更準(zhǔn)確地測(cè)算轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。當(dāng)對(duì)通過(guò)風(fēng)力發(fā)電機(jī)I的各個(gè)變槳電動(dòng)機(jī)15算得的的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速取平均值時(shí)，對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)I而言槳葉數(shù)量N = 3，對(duì)其它風(fēng)力發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)也可具有其它數(shù)量的槳葉。 依據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，通過(guò)圖4展示的測(cè)算風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的系統(tǒng)2來(lái)實(shí)現(xiàn)上述方法。由于變槳控制器16本來(lái)就具有測(cè)量變槳電動(dòng)機(jī)15上的電流的傳感器，故系統(tǒng)2完全可以在風(fēng)力發(fā)電機(jī)I的基礎(chǔ)上來(lái)實(shí)現(xiàn)，而無(wú)需安裝額外的傳感器或其它硬件。系統(tǒng)2包括采樣模塊21，用于實(shí)現(xiàn)步驟SI，即以一定的采樣頻率對(duì)所述變槳電動(dòng)機(jī)15上的電流信號(hào)進(jìn)行采樣；存儲(chǔ)模塊211，用于實(shí)現(xiàn)步驟S11，即對(duì)所述電流信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)；頻譜模塊22，用于實(shí)現(xiàn)步驟S2，即獲取所述電流信號(hào)的頻譜分布，其中頻譜模塊可以通過(guò)進(jìn)行快速傅里葉變換來(lái)獲取所述電流信號(hào)的頻譜分布，或者通過(guò)估計(jì)時(shí)域周期的方法來(lái)獲取所述電流信號(hào)的頻譜分布；分析模塊23，用于實(shí)現(xiàn)步驟S3，即確定所述頻譜分布的峰值；計(jì)算模塊24，用于實(shí)現(xiàn)步驟S4，即根據(jù)所述峰值計(jì)算所述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；校正模塊25，用于實(shí)現(xiàn)步驟S5，即對(duì)所述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速進(jìn)行校正。需要指出的是，存儲(chǔ)模塊211和校正模塊25并不是必須的，也可將采樣模塊21采樣得到的電流信號(hào)直接傳遞到頻譜模塊22以獲取電流信號(hào)的頻譜分布，并根據(jù)實(shí)際情況決定是否需要對(duì)轉(zhuǎn)子頻率進(jìn)行校正，不過(guò)存儲(chǔ)模塊211有利于獲取長(zhǎng)時(shí)間的電流信號(hào)的頻譜分布，而校正模塊25有利于減小因某臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)自身的原因?qū)D(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速造成的影響。圖5顯示了在O至第10秒的過(guò)程中模擬反向扭矩Tbk所得的快速傅里葉變換的結(jié)果，其中峰值出現(xiàn)在頻率為O. 33Hz時(shí)，且根據(jù)上述步驟S4可得出轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速Wr為O. 33Hz X 60=19. 8rpm。鑒于在O到第10秒的實(shí)際平均轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為19. 4rpm,故該轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速測(cè)算的誤
差率約為2%。下面對(duì)上述技術(shù)方案的原理進(jìn)行說(shuō)明。當(dāng)變槳電動(dòng)機(jī)15轉(zhuǎn)動(dòng)槳葉12時(shí)，變槳電動(dòng)機(jī)15產(chǎn)生的扭矩Tm在被變槳齒輪箱14以傳動(dòng)比β放大后驅(qū)動(dòng)變槳軸承13以及槳葉12以角加速度分運(yùn)動(dòng)。在此過(guò)程中，扭矩Tm需要抵消作用在變槳軸承13上的反向扭矩Tbk，其中I為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，用公式表達(dá)如下a-TM =Tbr-I-WTm = {Tbr -I-w)/a, [E1]θ = w · t,其中w為角速度rad/s (弧度/秒)，t為時(shí)間當(dāng)槳葉12保持靜止或勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，角加速度w為零，即以傳動(dòng)比β放大后的扭矩Tm等于反向扭矩ΤΒΚ。反向扭矩Tbk包括摩擦扭矩Tf和主動(dòng)扭矩Τκ，二者均因空氣動(dòng)力、重力和離心力的共同作用而在槳葉12上產(chǎn)生。當(dāng)槳葉12轉(zhuǎn)動(dòng)到不同的位置時(shí)，這些力作用在槳葉12上所造成的摩擦扭矩Tf和主動(dòng)扭矩Tk不同，即摩擦扭矩Tf和主動(dòng)扭矩Tk為cos Θ的函數(shù)(參見(jiàn)此后的公式E16和E18)，其中Θ為圖I中槳葉12的方位角。因此能夠通過(guò)分析其這些力來(lái)測(cè)算出轉(zhuǎn)子的周期/頻率，進(jìn)而測(cè)算出轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。Tbe = Tf+Tk Tm = λ2 ■cos0Jr[k2 Λη{Η + Rcos{9 + π)) + k2]2 + μχ■ cos(26>) + ε2 ^k5, [E2]其中，k2、k3、H、R為與Θ無(wú)關(guān)的量(參見(jiàn)公式Ε6) ; μ i為摩擦系數(shù)(參見(jiàn)公式E15) ; λ2、ε i、ε 2為與Θ無(wú)關(guān)的量(參見(jiàn)公式Ε16) ;k5為與Θ無(wú)關(guān)的量(參見(jiàn)公式E19)?？紤]到變槳電動(dòng)機(jī)15的扭矩Tm與其上電流的關(guān)系Tm = Cm · i · Φ，其中Cm為扭矩時(shí)間常數(shù)，i為變槳電動(dòng)機(jī)15上的電流，Φ為磁場(chǎng)強(qiáng)度，故電流i與Tm呈線性關(guān)系，包含
相同的cos Θ成分；由于cos Θ的周期是t，與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)周期一致，因此可根據(jù)電流i的
ω
頻率曲線(例如通過(guò)快速傅立葉變換獲得)來(lái)測(cè)算轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速W，即%。圖6顯示了一系列對(duì)反向扭矩Tbk的模擬結(jié)果，其中摩擦扭矩Tf和主動(dòng)扭矩Tk在
I.5MW的風(fēng)力發(fā)電機(jī)I的變槳軸承13上連續(xù)作用20秒。結(jié)果表明，變槳電動(dòng)機(jī)15的扭矩Tm與反向扭矩Tbk均存在明顯相同的正弦振蕩，只是扭矩Tm振蕩的幅度較小。其中，當(dāng)風(fēng)速?gòu)?2m/s增加到16m/s時(shí)，槳葉12的傾斜角仍然恒定地保持在12. 5°直至第15秒，隨后槳Rf 12被變槳電動(dòng)機(jī)15轉(zhuǎn)動(dòng)至Ij 20。，此時(shí)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速?gòu)?0rpm增加到25rpm。圖6 (A)中的實(shí)線為扭矩TM，虛線為摩擦扭矩Tf，而點(diǎn)劃線為主動(dòng)扭矩Tk ;圖6(B)中實(shí)線為變槳電動(dòng)機(jī)15的轉(zhuǎn)速，而虛線為傾斜角；圖6(C)中的實(shí)線為風(fēng)速。下面對(duì)變槳軸承13上的反向扭矩Tbk為何是cos Θ的函數(shù)進(jìn)行說(shuō)明。為了討論的方便，這里以圖7所示的符合IEC 61400-13標(biāo)準(zhǔn)的電力變槳系統(tǒng)為例，其中z軸沿槳葉12縱向伸向槳葉12的尖部，而y軸平行于槳葉12的根部無(wú)傾斜的線，X軸垂直于I軸和z軸并伸向槳葉12的后邊緣，使得x、y、z符合右手定則。在槳葉12轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，有三類(lèi)力作用在槳葉12上，即空氣動(dòng)力、重力和離心力。(I)作用在槳葉12上的空氣動(dòng)力當(dāng)空氣流過(guò)翼型時(shí)會(huì)產(chǎn)生空氣動(dòng)力Fa，其沿X軸的分量qxa和沿y軸的分量qya如下qxa =^ = \p8V'2 Cn =^flSV'2 (C1 cos^+ Cd si—)
dr 22qya = ^ = ^SV'2 Ct = \f￡Va (C1 Si— - Cd cosW)
^ dr 22其中ψ為迎角α與傾斜角Y之和，g卩ψ = a + y , P為空氣密度,V'為氣流的相對(duì)速度，S為弦長(zhǎng)，C1和Cd分別為升力系數(shù)和牽引系數(shù)。因空氣動(dòng)力在X軸和y軸引起對(duì)槳葉12根部的彎曲力矩Mxa和Mya如下Mxa = (V1 - ^qyJrl，[E3]
JrMya = (V1 - r)qxadi\，[E4]
Jr其中圖9展示了由空氣動(dòng)力引起的作用在槳葉12上的彎曲力矩Mxa和Mya,以及變量r和由空氣動(dòng)力引起的主動(dòng)力矩如下ΤΚα = - J qyci(xp -xc)^ + ^βχα{γρ ~yc)dr
權(quán)利要求
1.一種測(cè)算風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的方法，包括， 步驟SI :以一定的采樣頻率對(duì)變槳電動(dòng)機(jī)(15)上的電流信號(hào)進(jìn)行采樣； 步驟S2 :獲取所述電流信號(hào)的頻譜分布； 步驟S3 :確定所述頻譜分布的峰值； 步驟S4 :根據(jù)所述峰值計(jì)算轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。
2.如權(quán)利要求I所述的測(cè)算風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的方法，其特征在于，在所述步驟S2之前還包括， 步驟Sll :對(duì)所述電流信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)。
3.如權(quán)利要求I所述的測(cè)算風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的方法，其特征在于，在所述步驟S2中，獲取所述電流信號(hào)的頻譜分布是通過(guò)進(jìn)行快速傅里葉變換或通過(guò)估計(jì)時(shí)域周期的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
4.如權(quán)利要求I至3之一所述的測(cè)算風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的方法，其特征在于，在所述步驟S4之后還包括， 步驟S5 :對(duì)所述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速進(jìn)行校正。
5.如權(quán)利要求I至3之一所述的測(cè)算風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的方法，其特征在于，在所述步驟S4之后還包括， 步驟S6 :對(duì)通過(guò)一臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的各個(gè)變槳電動(dòng)機(jī)算得的所述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速取平均值。
6.一種測(cè)算風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的系統(tǒng)，用于具有至少一個(gè)轉(zhuǎn)子、一扇槳葉(12)、一臺(tái)變槳電動(dòng)機(jī)(15)以及一個(gè)變槳控制器(16)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)(1)，其中所述變槳控制器(16)通過(guò)控制所述變槳電動(dòng)機(jī)(15)來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在所述轉(zhuǎn)子上的所述槳葉(12);所述系統(tǒng)包括 采樣模塊，用于以一定的采樣頻率對(duì)所述變槳電動(dòng)機(jī)(15)上的電流信號(hào)進(jìn)行采樣； 頻譜模塊，用于獲取所述電流信號(hào)的頻譜分布； 分析模塊，用于確定所述頻譜分布的峰值； 計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述峰值計(jì)算所述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。
7.如權(quán)利要求6所述的測(cè)算風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的系統(tǒng)，其特征在于， 所述頻譜模塊通過(guò)進(jìn)行快速傅里葉變換或通過(guò)估計(jì)時(shí)域周期的方法來(lái)獲取所述電流信號(hào)的頻譜分布。
8.如權(quán)利要求7所述的測(cè)算風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括， 存儲(chǔ)模塊，用于對(duì)所述電流信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)。
9.如權(quán)利要求8所述的測(cè)算風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括， 校正模塊，用于對(duì)所述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速進(jìn)行校正。
10.一種機(jī)器可讀的記錄介質(zhì)，其記錄有由一機(jī)器執(zhí)行的根據(jù)權(quán)利要求I至5中任一所述方法的指令。
11.一種計(jì)算機(jī)程序，其包括代碼，當(dāng)所述計(jì)算機(jī)程序運(yùn)行于一機(jī)器中時(shí)，所述代碼使得所述機(jī)器執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求I至5中任一所述方法。
全文摘要
一種測(cè)算風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的方法，包括以一定的采樣頻率對(duì)變槳電動(dòng)機(jī)上的電流信號(hào)進(jìn)行采樣；獲取所述電流信號(hào)的頻譜分布；確定所述頻譜分布的峰值；根據(jù)所述峰值計(jì)算轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。執(zhí)行所述方法的的一種機(jī)器可讀的記錄介質(zhì)和一種計(jì)算機(jī)程序。一種測(cè)算風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的系統(tǒng)，包括采樣模塊，頻譜模塊，分析模塊，計(jì)算模塊。本發(fā)明無(wú)需安裝額外的傳感器或其它硬件，從而節(jié)省了成本、簡(jiǎn)化了風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)G01P3/48GK102928612SQ20111022639
公開(kāi)日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2011年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月8日
發(fā)明者邢建輝, 王青崗, 胡喜, 卓越 申請(qǐng)人:西門(mén)子公司