[发明专利]一种利用加速度传感器测量叶轮转速和转角位置的方法

说明书

本发明提供了一种利用加速度传感器测量叶轮转速和转角位置的方法，在叶根轮毂内安装2个加速度传感器，当叶轮转动时，2个加速度传感器分别将监测到的加速度数据传输至单片机，单片机根据加速度数据计算叶轮转速和叶轮转角位置。本发明提供的一种利用加速度传感器测量叶轮转速和转角位置的方法根据加速度传感器监测到的加速度值、时间间隔等数据，可准确计算出叶轮转速、叶轮转角位置，该方法易于实现，高效稳定，能够作为编码器测速方式的补充，从而确保风电机组稳定安全运行。

技术领域

本发明涉及一种利用加速度传感器测量叶轮转速和转角位置的方法，属于风电机组监测技术领域。

背景技术

风电机组是由叶轮迎风转动带动风力发电机转动，将风能转换为机械能，再转换为电能的设备。在风电机组运行过程中，需要实时测量风速和叶轮转速，并通过变桨系统实时调整叶片变桨角度来调整叶轮转速，使得叶轮转速与风速相符合。准确测量叶轮转速，并把叶轮转速或需要调整的变桨角度信息及时传递给变桨系统，对于风电机组正常运行具有重要的意义。

传统的风机叶轮转速测量都是在风电机组的机舱侧来完成，通过在低速轴安装编码器或转速传感器等转速检测装置进行测量，监测数据上传到主控系统，主控系统将叶轮转速或需要调整的变桨角度信息通过滑环传到变桨系统。但是若转速检测装置或滑环出现故障，变桨系统则无法自主判断叶轮转速是否正常，此时若叶轮转速过高可能影响风电机组运行安全，若叶轮转速偏低，则可能影响发电量。

因此，监测叶轮转角位置对于了解叶轮状态，确保风电机组安全运行也具有重要意义，亟需一种更佳稳定的方式进行叶轮转速和转角位置监测方法。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种利用加速度传感器测量叶轮转速和转角位置的方法，根据加速度传感器监测到的加速度值、时间间隔等数据，可准确计算出叶轮转速、叶轮转角位置，该方法易于实现，高效稳定，能够作为编码器测速方式的补充，从而确保风电机组稳定安全运行。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了一种利用加速度传感器测量叶轮转速和转角位置的方法，包括以下步骤：

S1、在叶根轮毂内安装2个加速度传感器，分别为第一加速度传感器和第二加速度传感器，2个加速度传感器的相互位置满足以下条件：

a1、第一加速度传感器和第二加速度传感器位于以叶轮旋转中心为圆心的圆周上，第一加速度传感器和第二加速度传感器之间的圆弧为90°；

a2、2个加速度传感器的监测方向轴线所在平面垂直于叶轮旋转中心轴线；

a3、2个加速度传感器的监测方向轴线的交点在叶轮旋转中心轴线上，即2个加速度传感器的旋转中心轴线与叶轮旋转中心轴线重合；

a4、第一加速度传感器的监测方向轴线设置于第一叶片的叶根法兰轴线和叶轮旋转中心轴线所在平面内；

S2、当叶轮转动时，2个加速度传感器分别将监测到的加速度数据传输至单片机；

S3、单片机根据加速度数据计算叶轮转速和叶轮转角位置。

在步骤S3计算叶轮转速和叶轮转角位置之前，单片机基于环境温度数据和振动数据对加速度数据进行修正处理。

步骤S3单片机通过以下过程计算叶轮转速和叶轮转角：

S3.1、将第一加速度传感器监测到的加速度关于时刻t的函数记为a₁(t)，将第二加速度传感器监测到的加速度关于时刻t的函数记为a₂(t)，叶轮转速的表达式为：

式中，ω为叶轮转速，r为2个加速度传感器距叶轮旋转中心轴线的距离；