风力发电机组的转子转动控制系统和控制方法
阅读：80发布：2020-05-08
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1.一种风力发电机组的转子转动控制系统，其特征在于，所述转子转动控制系统包括：
转动单元，用于使得风力发电机组的转子相对于风力发电机组的机座转动；
驱动单元，用于驱动转动单元；
处理器，用于确定转子的转轴上的弯矩载荷切换位置，并且基于所述弯矩载荷切换位置向驱动单元输出调节指令；
其中，所述驱动单元从处理器接收所述调节指令，根据所述调节指令调节转动单元的压力值或者调节转动单元的伸缩缸体在推力状态和拉力状态之间的切换，以平衡弯矩载荷切换位置处的弯矩载荷变化；
其中，在所述弯矩载荷切换位置叶片的重力对轮毂产生的弯矩载荷的方向发生改变。
2.根据权利要求1所述的转子转动控制系统，其特征在于，当在与所述转子连接的轮毂上安装多个叶片时，所述弯矩载荷切换位置与所述多个叶片的安装位置相关联。
3.根据权利要求1所述的转子转动控制系统，其特征在于，处理器根据转子的转动角度确定所述弯矩载荷切换位置。
4.根据权利要求3所述的转子转动控制系统，其特征在于，所述转子转动控制系统还包括：角度测量模块，用于测量转子的转动角度。
5.根据权利要求1所述的转子转动控制系统，其特征在于，所述转动单元包括：
伸缩缸；
安装座，将所述伸缩缸的固定端部与所述机座连接，并且所述安装座与所述机座可拆卸地连接；
销体，设置于所述伸缩缸的活动端部，所述销体可松开地固定在所述转子上，通过所述伸缩缸的冲程运动，驱动所述转子相对于所述机座进行转动。
6.根据权利要求5所述的转子转动控制系统，其特征在于，所述驱动单元还包括压力处理模块，压力处理模块包括压力传感器和压力控制器，
所述压力传感器用于测量所述伸缩缸的压力值，并将所述压力值发送给所述压力控制器；
所述压力控制器用于基于从所述压力传感器获取的所述压力值来控制所述伸缩缸的压力。
7.根据权利要求6所述的转子转动控制系统，其特征在于，所述压力控制器还用于将所述压力值发送到所述处理器，所述处理器还用于根据接收到的所述压力值确定所述弯矩载荷切换位置。
8.根据权利要求7所述的转子转动控制系统，其特征在于，所述处理器还用于：
预先存储与所述弯矩载荷切换位置相关联的压力阈值；
将接收到的所述压力值与所述压力阈值进行比较；
当所述压力值与所述压力阈值相匹配时，向驱动单元输出调节指令。
9.根据权利要求5所述的转子转动控制系统，其特征在于，所述驱动单元还包括运动长度处理模块，运动长度处理模块包括运动长度传感器和运动长度控制器，所述运动长度传感器用于测量所述伸缩缸的运动长度值，并将所述运动长度值发送给所述运动长度控制器；
所述运动长度控制器用于基于从所述运动长度传感器获取的所述运动长度值来控制所述伸缩缸的运动长度。
10.根据权利要求9所述的转子转动控制系统，其特征在于，所述长度控制器还用于将所述运动长度值发送到所述处理器，所述处理器还用于根据接收到的所述运动长度值确定所述弯矩载荷切换位置。
11.根据权利要求10所述的转子转动控制系统，其特征在于，所述处理器还用于：
预先存储与所述弯矩载荷切换位置相关联的运动长度阈值；
将接收到的所述运动长度值与所述运动长度阈值进行比较；
当所述运动长度值与所述运动长度阈值相匹配时，向驱动单元输出调节指令。
12.根据权利要求5所述的转子转动控制系统，其特征在于，所述驱动单元还包括换向模块，所述换向模块用于使伸缩缸在推力状态与拉力状态之间进行切换。
13.根据权利要求5所述的转子转动控制系统，其特征在于，所述驱动单元根据所述调节指令调节伸缩缸的每个冲程的操作状态，使得伸缩缸从推力状态变为拉力状态。
14.根据权利要求5所述的转子转动控制系统，其特征在于，所述驱动单元根据所述调节指令调节伸缩缸的每个冲程的操作状态，使得伸缩缸从拉力状态变为推力状态。
15.根据权利要求5所述的转子转动控制系统，其特征在于，所述驱动单元根据所述调节指令调节伸缩缸的压力值。
16.一种用于风力发电机组的转子转动控制方法，其特征在于，所述转子转动控制方法包括：
驱动步骤，驱动转动单元，以使与转动单元连接的转子相对于风力发电机组的机座转动；
调节步骤，确定转子的转轴上的弯矩载荷切换位置，并且基于所述弯矩载荷切换位置调节转动单元的压力值或者调节转动单元的伸缩缸体在推力状态和拉力状态之间的切换，以平衡弯矩载荷切换位置处的弯矩载荷变化；
其中，在所述弯矩载荷切换位置叶片的重力对轮毂产生的弯矩载荷的方向发生改变。
17.根据权利要求16所述的转子转动控制方法，其特征在于，当在与所述转子连接的轮毂上安装多个叶片时，所述弯矩载荷切换位置与所述多个叶片的安装位置相关联。
18.根据权利要求16所述的转子转动控制方法，其特征在于，所述转子转动控制方法还包括：测量转子的转动角度，
所述调节步骤包括：根据转子的转动角度确定所述弯矩载荷切换位置。
19.根据权利要求16所述的转子转动控制方法，其特征在于，所述转子转动控制方法还包括：
测量转动单元的伸缩缸的压力值，
基于所述压力值来控制所述伸缩缸的压力。
20.根据权利要求19所述的转子转动控制方法，其特征在于，所述调节步骤包括：根据所述压力值来确定所述弯矩载荷切换位置。
21.根据权利要求20所述的转子转动控制方法，其特征在于，所述转子转动控制方法还包括：预先存储与所述弯矩载荷切换位置相关联的压力阈值；
所述调节步骤包括：
将所述压力值与所述压力阈值进行比较；
当所述压力值与所述压力阈值相匹配时，调节转动单元的操作状态。
22.根据权利要求16所述的转子转动控制方法，其特征在于，所述转子转动控制方法还包括：
测量转动单元的伸缩缸的运动长度值，
基于所述运动长度值来控制所述伸缩缸的运动长度。
23.根据权利要求22所述的转子转动控制方法，其特征在于，所述调节步骤还包括：根据所述运动长度值确定所述弯矩载荷切换位置。
24.根据权利要求23所述的转子转动控制方法，其特征在于，所述转子转动控制方法还包括：预先存储与所述弯矩载荷切换位置相关联的运动长度阈值，
所述调节步骤包括：
将所述运动长度值与所述运动长度阈值进行比较；
当所述运动长度值与所述运动长度阈值相匹配时，调节转动单元的操作状态。
25.根据权利要求16所述的转子转动控制方法，其特征在于，所述调节步骤包括：调节转动单元的伸缩缸的每个冲程的操作状态，使得伸缩缸从推力状态变为拉力状态。
26.根据权利要求16所述的转子转动控制方法，其特征在于，所述调节步骤包括：调节转动单元的伸缩缸的每个冲程的操作状态，使得伸缩缸从拉力状态变为推力状态。
27.根据权利要求16所述的转子转动控制方法，其特征在于，所述调节步骤包括：调节转动单元的伸缩缸的压力值。
风力发电机组的转子转动控制系统和控制方法
技术领域
背景技术
[0002] 风力发电机组是一种将风能转换为机械能、然后将机械能转换为电能的电力设备。风力发电机组包括机舱、发电机、叶片等主要部件。发电机包括转子和定子，转子的主轴上设置有轮毂，在转子的轮毂上安装有至少一个叶片。当风力发电机组工作时，叶片可以在风力作用下带动轮毂转动，进而带动发电机的转子转动，通过发电机的定子绕组切割磁感线可以产生电能。
[0003] 随着大型的风力发电机组的发展，风力发电机组的叶片安装难度越来越大，通常需要对叶片进行单独安装。风力发电机组的叶片数量一般多于一个，通常优选为三个。在单独安装多个叶片的过程中，需要调节风力发电机组的轮毂的位置以满足不同叶片的安装需求。例如，在完成一个叶片的安装后，需要使轮毂从当前位置转动一定角度至另一位置，以进行另一个叶片的安装。此外，当对叶片进行维护时，也需要将轮毂转动适当角度，以将叶片调节至便于维护的适当位置。目前，叶片位置的调节主要依靠设置于风力发电机组中的转子转动装置来实现，转子转动装置可以驱动转子相对定子转动，进而带动与转子连接的轮毂转动，以实现叶片位置的调节。
[0004] 在安装多个叶片的过程中，需要叶片转动至不同的位置。在转动过程中，由于叶片自身重力会产生弯矩载荷方向突变，因此会导致风力发电机组剧烈震动。因此，亟需一种转子转动控制系统和方法能够在叶片安装或调节的过程中使叶片的弯矩载荷平缓过渡，而不会使机组产生剧烈震动。
发明内容
[0005] 本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种风力发电机组的转子转动控制系统和控制方法，能够有效避免风力发电机组的部件拆装或维修过程中的震动。
[0006] 本发明提供一种风力发电机组的转子转动控制系统，所述转子转动控制系统包括：转动单元，用于使得风力发电机组的转子相对于风力发电机组的机座转动；驱动单元，用于驱动转动单元；处理器，用于确定转子的转轴上的弯矩载荷切换位置，并且基于所述弯矩载荷切换位置向驱动单元输出调节指令；其中，所述驱动单元从处理器接收所述调节指令，根据所述调节指令调节转动单元的操作状态，以平衡弯矩载荷切换位置处的弯矩载荷变化。
[0007] 当在与所述转子连接的轮毂上安装多个叶片时，所述弯矩载荷切换位置与所述多个叶片的安装位置相关联。
[0008] 处理器根据转子的转动角度确定所述弯矩载荷切换位置。
[0009] 所述转子转动控制系统还包括：角度测量模块，用于测量转子的转动角度。
[0010] 所述转动单元包括：伸缩缸；安装座，将所述伸缩缸的固定端部与所述机座连接，并且所述安装座与所述机座可拆卸地连接；销体，设置于所述伸缩缸的活动端部，所述销体可松开地固定在所述转子上，通过所述伸缩缸的冲程运动，驱动所述转子相对于所述机座进行转动。
[0011] 所述驱动单元还包括压力处理模块，压力处理模块包括压力传感器和压力控制器，所述压力传感器用于测量所述伸缩缸的压力值，并将所述压力值发送给所述压力控制器；所述压力控制器用于基于从所述压力传感器获取的所述压力值来控制所述伸缩缸的压力。
[0012] 所述压力控制器还用于将所述压力值发送到所述处理器，所述处理器还用于根据接收到的所述压力值确定所述弯矩载荷切换位置。
[0013] 所述处理器还用于执行以下操作：预先存储与所述弯矩载荷切换位置相关联的压力阈值；将接收到的所述压力值与所述压力阈值进行比较；当所述压力值与所述压力阈值相匹配时，向驱动单元输出调节指令。
[0014] 所述驱动单元还包括运动长度处理模块，运动长度处理模块包括运动长度传感器和运动长度控制器，所述运动长度传感器用于测量所述伸缩缸的运动长度值，并将所述运动长度值发送给所述运动长度控制器；所述运动长度控制器用于基于从所述运动长度传感器获取的所述运动长度值来控制所述伸缩缸的运动长度。
[0015] 所述长度控制器还用于将所述运动长度值发送到所述处理器，所述处理器还用于根据接收到的所述运动长度值确定所述弯矩载荷切换位置。
[0016] 所述处理器还用于执行以下操作：预先存储与所述弯矩载荷切换位置相关联的运动长度阈值；将接收到的所述运动长度值与所述运动长度阈值进行比较；当所述运动长度值与所述运动长度阈值相匹配时，向驱动单元输出调节指令。
[0017] 所述驱动单元还包括换向模块，所述换向模块用于使伸缩缸在推力状态与拉力状态之间进行切换。
[0018] 所述驱动单元根据所述调节指令调节伸缩缸的每个冲程的操作状态，使得伸缩缸从推力状态变为拉力状态。
[0019] 所述驱动单元根据所述调节指令调节伸缩缸的每个冲程的操作状态，使得伸缩缸从拉力状态变为推力状态。
[0020] 所述驱动单元根据所述调节指令调节伸缩缸的压力值。
[0021] 本发明还提供一种用于风力发电机组的转子转动控制方法，所述转子转动控制方法包括：驱动步骤，驱动转动单元，以使与转动单元连接的转子相对于风力发电机组的机座转动；调节步骤，确定转子的转轴上的弯矩载荷切换位置，并且基于所述弯矩载荷切换位置调节转动单元的操作状态，以平衡弯矩载荷切换位置处的弯矩载荷变化。
[0022] 当在与所述转子连接的轮毂上安装多个叶片时，所述弯矩载荷切换位置与所述多个叶片的安装位置相关联。
[0023] 所述转子转动控制方法还包括：测量转子的转动角度，所述调节步骤包括：根据转子的转动角度确定所述弯矩载荷切换位置。
[0024] 所述转子转动控制方法还包括：测量转动单元的伸缩缸的压力值，基于所述压力值来控制所述伸缩缸的压力。
[0025] 所述调节步骤包括：根据所述压力值来确定所述弯矩载荷切换位置。
[0026] 所述转子转动控制方法还包括：预先存储与所述弯矩载荷切换位置相关联的压力阈值，所述调节步骤包括：将所述压力值与所述压力阈值进行比较；当所述压力值与所述压力阈值相匹配时，调节转动单元的操作状态。
[0027] 所述转子转动控制方法还包括：测量转动单元的伸缩缸的运动长度值，基于所述运动长度值来控制所述伸缩缸的运动长度。
[0028] 所述调节步骤还包括：根据所述运动长度值确定所述弯矩载荷切换位置。
[0029] 所述转子转动控制方法还包括：预先存储与所述弯矩载荷切换位置相关联的运动长度阈值，所述调节步骤包括：将所述运动长度值与所述运动长度阈值进行比较；当所述运动长度值与所述运动长度阈值相匹配时，调节转动单元的操作状态。
[0030] 所述调节步骤包括：调节转动单元的伸缩缸的每个冲程的操作状态，使得伸缩缸从推力状态变为拉力状态。
[0031] 所述调节步骤包括：调节转动单元的伸缩缸的每个冲程的操作状态，使得伸缩缸从拉力状态变为推力状态。
[0032] 所述调节步骤包括：调节转动单元的伸缩缸的压力值。
[0033] 根据本发明的风力发电机组的转子转动控制系统和控制方法不仅能够控制风力发电机组的转子转动，还能平衡转动过程中的载荷变化，能够使叶片或其它组件对风力发电机组产生的载荷进行平缓的过渡，有效避免风力发电机组的剧烈震动，从而减少对风力发电机组的部件的损坏。
[0035] 图1是根据本发明的实施例的转子转动控制系统应用于风力发电机组的局部结构示意图。
[0036] 图2是根据本发明的实施例的转子转动控制系统应用于风力发电机组的另一局部结构示意图。
[0037] 图3是根据本发明的实施例的叶片的角度位置的示意图。
[0038] 图4是根据本发明的实施例的依次安装第一叶片、第二叶片和第三叶片的状态示意图。
[0039] 图5是根据本发明的实施例的风力发电机组的转子转动控制系统的拓扑图。
[0040] 图6是根据本发明的实施例的转子转动控制系统的结构框图。
[0041] 图7是根据本发明的一个实施例的转子转动控制系统的结构框图。
[0042] 图8是根据本发明的一个实施例的转子转动控制系统的部分结构框图。
[0043] 图9是根据本发明的另一实施例的转子转动控制系统的结构框图。
[0044] 图10是根据本发明的另一实施例的转子转动控制系统的结构框图。
[0045] 图11是根据本发明的实施例的换向模块的应用示意图。
[0046] 图12是根据本发明的实施例的依次安装三个叶片的操作流程图。
[0047] 图13是根据本发明的实施例的在安装叶片的过程中平衡载荷变化的操作流程图。
具体实施方式
[0048] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0049] 风力发电机组是一种普遍应用于风力发电领域的电力设备。风力发电机组包括机舱、发电机和叶片等部件。发电机包括转子和定子，转子的转轴连接到轮毂，在轮毂上安装有至少一个叶片，例如但不限于，沿轮毂周向布置三个叶片。按照转子和定子的布置方式，风力发电机组一般包括两种类型：内转子外定子型和外转子内定子型。本申请以外转子内定子型的风力发电机组为例，对本发明进行说明。但是，本发明不仅限于可应用于外转子内定子型的风力发电机组，还可应用于其它类型的风力发电机组或者其它类似的机械设备。
[0050] 根据本发明的示例，在外转子内定子型的风力发电机组中，在转子的内壁上沿周向排布有永磁体，在定子的外壁上设置有绕组，定子整体安装于转子的内部。定子通过定子支架固定连接到风力发电机组塔筒的上端部。机舱安装在塔筒的上端部，并且机舱可周向转动地连接到塔筒，例如，机舱与塔筒可以通过轴承可转动地连接在一起。塔筒的上端部部分延伸至机舱的内部。
[0051] 本发明提供一种用于风力发电机组的转子转动控制系统，所述转子转动控制系统能够根据与转子相关联的载荷变化而控制转子的转动。例如，在安装、拆卸或维护风力发电机组的多个叶片时，所述转子转动控制系统可用于控制转子的转动和载荷的平缓过渡。在本申请中以在风力发电机组的轮毂上安装三个叶片的过程为例进行说明，但是本发明的技术方案还可应用于控制转子转动的其它实施方式。
[0052] 图1和图2示出了根据本发明的实施例的转子转动控制系统1应用于风力发电机组的局部结构示意图。为了简洁，在此仅示出了与转子转动控制系统2连接的一部分部件。
[0053] 如图1和图2所示，转子转动控制系统1固定安装在风力发电机组的机座2上。风力发电机组的发电机端盖3固定连接到发电机的转子(未示出)。发电机端盖3朝向机座2的侧壁开设有多个销孔31，相邻的销孔31之间的间距可以根据实际应用环境进行合理设置。
[0054] 在此示出的转子转动控制系统1包括五个转动单元，分别是第一转动单元104a、第二转动单元104b、第三转动单元104c、第四转动单元104d和第五转动单元104e。所述转动单元用于驱动所述转子相对于机座2转动。所述五个转动单元沿机座2的周向而均匀地布置在机座2上。根据实际的驱动力需求和安装空间的限制，还可以选择其它数量的转动单元并进行合理的布置。
[0055] 在此示出的每个转动单元可包括：伸缩缸、安装座和销体。所述伸缩缸可以是液压缸、气缸、液压缸与气缸的组合或者其它类型的伸缩缸。在示出的实施例中，所述伸缩缸优选为液压缸。所述安装座与所述机座2可拆卸地连接，所述伸缩缸的固定端部通过所述安装座而与所述机座2连接。所述销体设置于所述伸缩缸的活动端部。以图2中的第三转动单元104c为例，第三转动单元104c的左侧是固定端，而右侧是活动端，其它转动单元的构造与第三转动单元104c的构造类似。
[0056] 所述销体可松开地固定在发电机端盖3上。所述销体可以在液压或者气压的驱动下伸长或缩短，所述销体可以在伸长时插入销孔31中以将所述销体进行锁定，并且可以在缩短时脱离销孔31以将所述销体进行解锁。
[0057] 如图2所示，根据每个转动单元的伸缩缸沿机座2周向的朝向(顺时针和逆时针)，第一转动单元104a、第三转动单元104c和第四转动单元104d的朝向沿一个方向，第二转动单元104b和第五转动单元104e的朝向沿另一个方向。具体而言，第一转动单元104a、第三转动单元104c和第四转动单元104d可以沿顺时针方向伸长或沿逆时针方向收缩，第二转动单元104b和第五转动单元104e可以沿顺时针方向收缩或沿逆时针方向伸长。需要说明的是，本申请中描述的转动单元的伸长和收缩分别表示转动单元的伸缩缸的伸长和收缩。
[0058] 第一转动单元104a、第二转动单元104b、第三转动单元104c、第四转动单元104d和第五转动单元104e通过各自的伸缩缸的冲程运动来联合驱动所述转子相对于所述机座2进行转动。在示出的实施例中，所述每个转动单元均以伸缩缸作为驱动部件。但是，本发明不限于此，还可以利用齿轮、齿条、链轮和链条等的组合来构造转动单元，以驱动所述转子相对于机座2进行转动。
[0059] 在本申请中以驱动所述转子相对于机座2沿顺时针方向转动为例进行说明。在无外力驱动转子转动的情况下，当由转子转动控制系统1驱动所述转子顺时针转动时，所述五个转动单元的销体均被锁定在对应的销孔中，第一转动单元104a、第三转动单元104c和第四转动单元104d逐渐伸长，即，从收缩状态变为伸长状态以向所述转子施加顺时针方向的推力；第二转动单元104b和第五转动单元104e逐渐收缩，即，从伸长状态变为收缩状态以向所述转子施加顺时针方向的拉力。如此，所述五个转动单元共同驱动所述转子顺时针转动。在本申请中将转动单元的伸缩缸完成一次伸长运动或完成一次收缩运动定义为一次冲程运动。在示出的实施例中，所述五个转动单元每完成一次冲程运动，就驱动所述转子大致转动7.5°。
[0060] 当转子转动控制系统1应用于叶片安装或维修时，通过第一转动单元104a、第二转动单元104b、第三转动单元104c、第四转动单元104d和第五转动单元104e共同驱动所述转子相对于机座2进行转动，进而所述转子可以带动固定于转子的转轴上的轮毂转动，最终使得轮毂转动至适合叶片安装或维修的位置。
[0061] 如图2所示，底座2被固定在水平位置。在本发明的实施例中，可以利用转子转动控制系统1将规格完全相同的三个叶片依次地水平吊装在风力发电机组的轮毂上。
[0062] 下面将结合图3和图4描述在轮毂4上依次安装第一叶片5、第二叶片6和第三叶片7的过程。图3是根据本发明的实施例的叶片的角度位置的示意图，图4是根据本发明的实施例的依次安装第一叶片5、第二叶片6和第三叶片7的状态示意图。
[0063] 为了便于说明，将第一叶片5与水平安装位置之间的偏转角度记为α，如图3所示。
[0065] 为了将用于安装第二叶片6的接口转动到水平位置，需通过转子转动控制系统驱动轮毂4顺时针旋转120°，以达到状态C。在从状态A转换到状态C的过程中，需经历状态B，即，第一叶片5顺时针转动到α＝90°位置。此后，第一叶片5的重力对轮毂4产生的弯矩载荷的方向将发生突变，从偏左转变为偏右。此时，极易发生剧烈震动，进而对风力发电机组的部件容易造成损坏。例如，由于转动单元的销体与发电机端盖上的销孔之间存在间隙，在载荷突变时，销体容易在销孔中发生跳动。
[0066] 当第一叶片5顺时针转动到α＝120°位置达到状态C时，用于安装第二叶片6的接口刚好处于水平位置，此时对轮毂4进行锁定以便于将第二叶片6安装在轮毂4上。此后，由于第二叶片6的重力对轮毂4也产生一定的弯矩载荷，使得第一叶片5和第二叶片6对轮毂4产生的总弯矩载荷的方向将再次发生突变，从偏右转变为偏左。此时，极易发生剧烈震动，进而对风力发电组的部件容易造成损坏。
[0067] 为了将用于安装第三叶片7的接口转动到水平位置，需通过转子转动控制系统驱动轮毂4再顺时针旋转120°，以达到状态E(α＝240°)。在从状态C转换到状态E的过程中，需经过状态D，即，第一叶片5顺时针转动到α＝150°位置。在状态D时，第一叶片5与第二叶片6关于轮毂上的竖直轴对称。此后，第一叶片5和第二叶片6对轮毂4产生的总弯矩载荷的方向将再次发生突变，从偏左转变为偏右。此时，极易发生剧烈震动，进而对风力发电组的部件造成损害。
[0068] 当转子转动控制系统继续驱动轮毂4顺时针转动以达到状态E(α＝240°)时，用于安装第三叶片7的接口刚好处于水平位置，此时对轮毂4进行锁定以便于将第三叶片7安装在轮毂4上。如此，三个叶片沿轮毂的周向而安装在轮毂4上。
[0069] 基于上述分析，为了避免上述载荷突变对风力发电机组的不利影响，转子转动控制系统的操作需考虑不同状态下的叶片所产生的弯矩载荷，以平衡或抵抗叶片载荷突变。
[0070] 图5示出了根据本发明的实施例的风力发电机组的转子转动控制系统11的拓扑图。下面参照图5描述在安装叶片过程中转子转动控制系统11与其它操作系统之间的协同操作。转子转动控制系统11分别与偏航系统12、转子制动系统13和叶片锁定系统14电连接以进行通信。
[0071] 通过偏航系统12能够执行多个偏航操作。在偏航系统12中设置有偏航控制设备，在偏航控制设备中设置有偏航使能开关、偏航余压开关、偏航停止开关、左偏开关、右偏开关等多个控制器件。偏航使能开关用于触发偏航使能信号，偏航余压开关用于触发偏航余压信号，偏航停止开关用于触发偏航停止信号，左偏开关用于触发左偏信号，右偏开关用于触发右偏信号。响应于偏航使能信号的触发，偏航控制设备启动偏航功能。同时根据从左偏开关或右偏开关触发的左偏信号或右偏信号来驱动偏航电机工作，使风力发电机组的机舱偏航到预定位置。然后，触发偏航停止信号以使偏航电机停止工作，从而停止偏航。
[0072] 偏航系统12还包括用于紧急制动的偏航制动设备。偏航制动设备可以与偏航控制设备进行通信。通过偏航制动设备可以执行偏航制动操作。响应于触发了偏航余压信号时，偏航制动设备启用制动器以实现偏航制动。偏航系统12的操作可以反馈给转子转动控制系统11。例如，偏航系统12中的偏航液压站产生的压力信号、液压油位信号和液压阀组信号可以反馈给转子转动控制系统11，转子转动控制系统11可以利用显示单元显示相应的压力参数、液压油位参数以及液压阀组的动作是否正确。此外，转子转动控制系统11可以确定是否发生异常状况。例如，如果油位低于设定值，转子转动控制系统11可以利用显示单元或音响装置进行报警。
[0073] 转子制动系统13可以执行转子制动操作和禁止转子制动操作。在转子转动控制系统11开始驱动风力发电机组的转子转动之前，转子转动控制系统11可以向转子制动系统13输出启用制动信号和禁止制动信号。转子制动系统13可以响应于接收到启用制动信号而启用与发电机端盖或转子连接的制动器，以使转子制动，从而使与转子固定连接的轮毂停止转动。转子制动系统13可以响应于接收到禁止制动信号而禁用与发电机端盖或转子连接的制动器，以解除转子制动，从而使与转子的转轴固定连接的轮毂能够转动。转子制动系统13的操作可以反馈给转子转动控制系统11。例如，转子制动系统13的转子制动液压回路上的压力信号、油位信号、液压阀组动作信号可以反馈给转子转动控制系统11。转子转动控制系统11可以利用显示单元显示相应的压力参数、液压油位参数以及液压阀组的动作是否正确。此外，转子转动控制系统11可以确定是否发生异常状况。例如，如果油位低于设定值，则转子转动控制系统11可以利用显示单元或音响装置进行报警。
[0074] 转子转动控制系统11可以控制叶片锁定系统14执行叶片锁定操作和叶片解锁操作。例如，在安装完叶片后，转子转动控制系统11可以控制叶片锁定系统14中的叶片锁定销液压站使叶片锁定销轴伸出，以执行叶片锁定操作。在将要安装叶片或拆卸叶片之前，转子转动控制系统11可以控制叶片锁定系统14中的叶片锁定销液压站使叶片锁定销轴退回，以便于安装叶片或执行叶片解锁操作。其中，叶片锁定销传感器可以检测叶片销轴是否达到预定位置，并将检测信号反馈给转子转动控制系统11，转子转动控制系统11可以显示叶片销轴的伸出状态和退回状态。
[0075] 此外，在发电机的定轴上设置有锁定销，对应的锁定孔设置在发电机转子上，即锁定销是固定的，锁定孔是转动的。转子转动控制系统11还可利用光电传感器来检测锁定孔和锁定销的对中位置。当转子转动控制系统11利用光电传感器确定锁定孔与锁定销对准时，转子转动控制系统11控制锁定销伸长以将锁定销推入锁定孔中，从而使轮毂保持锁定状态并且锁定销的强度能够支撑在轮毂上依次安装三个叶片。
[0076] 图6示出了根据本发明的实施例的转子转动控制系统11的结构框图。转子转动控制系统11包括相互连接的显示单元101和处理器102，处理器102可以与显示单元101进行通信。转子转动控制系统11还包括五个驱动单元和五个转动单元，其中，第一驱动单元103a与第一转动单元104a连接以驱动第一转动单元104a，第二驱动单元103b与第二转动单元104b连接以驱动第二转动单元104b，第三驱动单元103c与第三转动单元104c连接以驱动第三转动单元104c，第四驱动单元103d与第四转动单元104d连接以驱动第四转动单元104d，第五驱动单元103e与第五转动单元104e连接以驱动第五转动单元104e。在这个实施例中，所述五个转动单元均包括液压缸，相应地，所述五个驱动单元均为液压驱动单元。处理器102分别与第一驱动单元103a、第二驱动单元103b、第三驱动单元103c、第四驱动单元103d和第五驱动单元103e连接，并且控制各个驱动单元的操作以控制各个转动单元的操作状态。
[0077] 在此以安装三个叶片为例，对转子转动控制系统11的相关操作进行说明。在开始安装叶片之前，首先，通过控制偏航系统12使风力发电机组的机舱偏航到便于安装叶片的预定位置，然后停止偏航。在叶片安装过程中不再需要进行偏航操作。然后，转子转动控制系统11向转子制动系统13输出禁止制动信号以解除转子制动，从而使与转子的转轴固定连接的轮毂能够转动。同时，转子转动控制系统11还可以控制叶片锁定系统14使叶片锁定销轴退回，以便于安装叶片。如此，转子转动控制系统11可以开始进行叶片安装操作。
[0078] 在整个操作过程中，处理器102可以收集偏航系统12、转子制动系统13和叶片锁定系统14的操作参数，根据操作参数确定是否发生异常状况，并向显示单元101发送相关信息以利用显示单元101显示偏航系统12、转子制动系统13和叶片锁定系统14的操作状态或基于异常状况报警。
[0079] 再次参照图4，状态B、C和D是叶片对轮毂4产生的弯矩载荷发生突变的临界状态。本发明提出的转子转动控制系统可以根据叶片的转动位置改变转动单元的操作状态以平衡或抵抗叶片的弯矩载荷变化。具体地，可以通过提前改变转动单元的操作状态来预先平衡叶片的弯矩载荷变化，以实现整体载荷的平缓过渡。
[0080] 在此以状态A为起始状态进行描述，在安装完第一叶片5后，第一叶片5在转子转动控制系统的驱动下进行顺时针转动。在本发明的实施例中，所述五个转动单元每沿顺时针方向完成一次冲程运动，即可驱动第一叶片5顺时针转动大致7.5°。以状态A为起始点(0次冲程运动)，到达状态B需经历12次冲程运动，到达状态C需经历16次冲程运动，到达状态D需经历20次冲程运动，到达状态E需经历32次冲程运动。
[0081] 为了简洁，图7至图10仅示出了一个驱动单元和一个转动单元，在此以一个驱动单元和相应的一个转动单元104为例对多个驱动单元和多个转动单元的操作进行说明。在此，以转动单元104代表第一转动单元104a、第二转动单元104b、第三转动单元104c、第四转动单元104d和第五转动单元104e。
[0082] 图7和图8是根据本发明的一个实施例的转子转动控制系统11A的结构框图。转子转动控制系统11A包括角度测量模块21、处理器22、驱动单元23和转动单元104。处理器22连接在角度测量模块21与驱动单元23之间，驱动单元23还连接至转动单元104。角度测量模块21用于测量转子的转动角度，并将测量的转子的转动角度发送给处理器22以供处理。处理器22基于转子的转动角度确定与转子的转轴连接的轮毂的转动角度，进而确定安装在轮毂上的第一叶片5的转动角度。
[0083] 驱动单元23包括分别与处理器22和转动单元104连接的动力模块231、压力处理模块232和运动长度处理模块233。动力模块231用于向转动单元104提供动力，在本示例中，动力模块231可以是液压动力模块，用于向转动单元104中的液压缸提供液压动力。
[0084] 如图8所示，压力处理模块232包括相互连接的压力控制器2321和压力传感器2322。压力控制器2321和压力传感器2322分别连接至转动单元104。压力传感器2322用于测量转动单元104中的液压缸的压力，并将测量的压力值发送给压力控制器2321。压力控制器
2321基于接收到的压力值控制转动单元104中的液压缸的压力。
2321基于接收到的压力值控制转动单元104中的液压缸的压力。
[0085] 运动长度处理模块233包括相互连接的运动长度控制器2331和运动长度传感器2332。运动长度控制器2331和运动长度传感器2332分别连接至转动单元104。运动长度传感器2332用于测量转动单元104中的液压缸的运动长度，并将测量的运动长度值发送给运动长度控制器2331。运动长度控制器2331基于接收到的运动长度值控制转动单元104中的液压缸的运动长度，以控制转子或叶片的转动角度。
[0086] 在本发明的一个实施例中，处理器22可根据转子的转动角度来确定叶片的弯矩载荷切换位置，并利用压力控制器2321和压力传感器2322调节转动单元的压力，即，调节转动单元中的液压缸的压力。
[0087] 在安装完第一叶片5后，当处理器22根据从角度测量模块21获得的转动角度确定第一叶片5顺时针转动82.5°(α＝82.5°，经历了11次冲程运动)时，处理器22向压力控制器2321发送第一调节指令，使得在第12次冲程运动期间，压力控制器2321将转动单元104中的压力提高5％。这样，当转动到α＝82.5°位置时，即使发生叶片的弯矩载荷突变，每个转动单元104中仍有足够的冗余压力抵抗载荷变化。应该理解，+5％的压力调节系数仅仅是示例性的，根据实际应用需求还可以设置其它数值的压力调节系数。在转动到α＝90°位置之后，处理器22向压力控制器2321发送第二调节指令以使转动单元104中的压力系数恢复为1(即，恢复为原值)。依次类推，处理器22根据转子的转动角度来调节转动单元的压力。
[0088] 下面的表1示出了处理器22根据α的不同范围而调节的第一转动单元104a、第二转动单元104b、第三转动单元104c、第四转动单元104d和第五转动单元104e的压力值。F表示随着α变化而变化的转动单元的压力值，并且F与安装在轮毂上的叶片的弯矩载荷相关联。例如，在从状态A转动至状态B的过程中，FL＝W*cosα，其中，L表示转动单元相对于轮毂中心的力臂，W表示第一叶片5的弯矩载荷。
[0089] 表1
[0090]
[0091]
[0092] 图9是根据本发明的另一实施例的转子转动控制系统11B的结构框图。转子转动控制系统11B包括处理器31、驱动单元32和转动单元104。驱动单元32包括动力模块321、压力处理模块322和运动长度处理模块323。动力模块321、压力处理模块322和运动长度处理模块323分别连接到处理器31和转动单元104。动力模块321与动力模块231的结构和功能类似。压力处理模块322与压力处理模块232的结构和功能类似。运动长度处理模块323与运动长度处理模块233的结构和功能类似。
[0093] 在图9示出的实施例中，处理器31可以根据从压力处理模块322获得的压力值确定叶片产生的弯矩载荷切换位置，并向压力处理模块322发送调节指令以调节转动单元的压力。处理器31预先存储与α的值对应的各个转动单元的压力阈值，例如，处理器31预先存储与α＝0°、α＝82.5°、α＝90°、α＝112.5°、α＝120°、α＝142.5°和α＝150°分别对应的各个转动单元的多个压力阈值。可选地，所述压力阈值是与α＝0°、α＝82.5°、α＝90°、α＝112.5°、α＝120°、α＝142.5°和α＝150°对应的全部转动单元的压力值总和的阈值或者平均压力值的阈值。其中，α＝82.5°和α＝90°与弯矩载荷切换位置α＝90°相关联，α＝112.5°和α＝120°与弯矩载荷切换位置α＝120°相关联，α＝142.5°和α＝150°与弯矩载荷切换位置α＝150°相关联。当处理器31确定从压力处理模块322获得的压力值与预先存储的压力阈值相匹配时，处理器31根据该压力阈值确定当前的α值，然后根据表1调节各个转动单元的压力值。
[0094] 可选地，处理器31还可以根据从运动长度处理模块323获得的运动长度值确定叶片产生的弯矩载荷切换位置，并向运动长度处理模块323发送调节指令以调节转动单元的压力。在这个示例中，处理器31预先存储与α的值对应的各个转动单元的运动长度阈值，例如，处理器31预先存储与α＝0°、α＝82.5°、α＝90°、α＝112.5°、α＝120°、α＝142.5°和α＝150°分别对应的各个转动单元的多个运动长度阈值。其中，α＝82.5°和α＝90°与弯矩载荷切换位置α＝90°相关联，α＝112.5°和α＝120°与弯矩载荷切换位置α＝120°相关联，α＝
142.5°和α＝150°与弯矩载荷切换位置α＝150°相关联。当处理器31确定从运动长度处理模块323获得的运动长度值与预先存储的运动长度阈值相匹配时，处理器31根据该运动长度阈值确定当前的α值，然后根据表1调节各个转动单元的压力值。
142.5°和α＝150°与弯矩载荷切换位置α＝150°相关联。当处理器31确定从运动长度处理模块323获得的运动长度值与预先存储的运动长度阈值相匹配时，处理器31根据该运动长度阈值确定当前的α值，然后根据表1调节各个转动单元的压力值。
[0095] 图10是根据本发明的另一实施例的转子转动控制系统11C的结构框图。转子转动控制系统11C包括处理器41、驱动单元42和转动单元104。转子转动控制系统11C可以基于叶片产生的弯矩载荷切换位置调节转动单元中的伸缩缸的每个冲程的操作状态，例如，使转动单元104中的伸缩缸从推力状态变为拉力状态或者从拉力状态变为推力状态。
[0096] 在本申请示出的实施例中，转动单元140包括伸缩缸，优选为液压缸，对于伸缩缸而言，推力状态表示：当无杆腔的压力大于有杆腔的压力时，液压缸产生推力；拉力状态表示：当无杆腔的压力小于有杆腔的压力时，液压缸产生拉力。
[0097] 所述推力状态与拉力状态之间的切换可以通过换向模块424来实现。如图10所示，换向模块424被设置在驱动单元42中，并且连接到处理器41和转动单元104。驱动单元42还包括动力模块421、压力处理模块422和运动长度处理模块423。驱动单元42中的各个模块分别与处理器41和转动单元104连接。除了换向模块424以外，图10中的其它部件的结构和功能与图7至图9的实施例类似。
[0098] 图11示出了根据本发明的实施例的换向模块424的应用示意图。转动单元104的伸缩缸1041可以是液压缸或气缸。换向模块424可以是三位四通换向阀，动力模块421可以是液压泵或气泵。通过调节换向模块424的阀位可以调节伸缩缸1041的操作状态，例如在推力状态和压力状态之间切换。
[0099] 在设置了上述换向模块的实施例中，转子转动控制系统的处理器可以利用分别与第一转动单元104a、第二转动单元104b、第三转动单元104c、第四转动单元104d和第五转动单元104e连接的换向模块切换各个转动单元的操作状态。在此以下面的表2为例进行说明，但是本发明不仅限于此。
[0100] 表2
[0101]α 104a 104b 104c 104d 104e
0°≤α≤82.5° 推力 拉力 推力 推力 拉力
82.5°＜α≤90° 推力 拉力 拉力 推力 拉力
90°＜α≤112.5° 拉力 推力 拉力 拉力 推力
112.5°＜α≤120° 拉力 推力 拉力 拉力 推力
120°＜α≤142.5° 推力 拉力 推力 推力 拉力
142.5°＜α≤150° 推力 拉力 拉力 推力 拉力
150°≤α≤240° 拉力 推力 拉力 拉力 推力
0°≤α≤82.5° 推力 拉力 推力 推力 拉力
82.5°＜α≤90° 推力 拉力 拉力 推力 拉力
90°＜α≤112.5° 拉力 推力 拉力 拉力 推力
112.5°＜α≤120° 拉力 推力 拉力 拉力 推力
120°＜α≤142.5° 推力 拉力 推力 推力 拉力
142.5°＜α≤150° 推力 拉力 拉力 推力 拉力
150°≤α≤240° 拉力 推力 拉力 拉力 推力
[0102] 例如但不限于，在初始的状态A，转子转动控制系统的处理器将第一转动单元104a、第三转动单元104c和第四转动单元104d设置为推力状态，并且将第二转动单元104b和第五转动单元104e设置为拉力状态。
[0103] 当所述处理器确定α＝82.5°时，所述处理器向第三转动单元104c的换向模块发出调节指令，以使第三转动单元104c从推力状态变为拉力状态，其它转动单元的操作状态不变。处理器41也可根据弯矩载荷切换位置向其它转动单元发送调节指令以调节其它转动单元的操作状态。表2示出了与α的值对应的每个转动单元的操作状态。
[0104] 上面描述的表1和表2可以是预先存储在转子转动控制系统的处理器或存储器中的映射表。上述操作过程的各个转动单元的操作状态可显示在与处理器连接的显示单元中。
[0105] 图12示出了根据本发明的实施例的依次安装三个叶片的操作流程图。参照图12，在步骤801，在初始的安装位置(用于安装第一叶片的接口处于水平位置)安装第一叶片，记为α＝0°。在步骤802，驱动轮毂顺时针转动至α＝120°位置，以使用于安装第二叶片的接口处于水平位置。在步骤803，安装第二叶片。在步骤804，驱动轮毂顺时针转动至α＝240°位置，以使用于安装第三叶片的接口处于水平位置。在步骤805，安装第三叶片。最后，在步骤806结束整个安装过程。
[0106] 图13示出了根据本发明的实施例的在安装叶片的过程中平衡载荷变化的操作流程图。参照图13，在步骤901，安装第一叶片。在步骤902，驱动转动单元运动，以使转子顺时针转动。在步骤903，测量转子的转动角度以确定轮毂的转动角度。在步骤904，确定轮毂是否转动至预设的角度位置，所述预设的角度位置用于调节转动单元的操作状态以平衡叶片产生的弯矩载荷变化。如果确定轮毂转动至预设的角度位置，则执行步骤905以调节转动单元的操作状态。如果确定轮毂未转动至预设的角度位置，则重复执行步骤902。
[0107] 通过上述实施例说明了沿顺时针方向依次安装三个叶片的情况，但是本发明不限于此，根据本发明的转子转动控制系统和控制方法还可根据叶片安装过程中的转子转动方向、拆卸叶片或维修叶片的具体需求，为转子转动控制系统的处理器配置不同的调节指令以设置不同的调节步骤，从而平衡弯矩载荷切换位置处的弯矩载荷变化。例如，在沿逆时针方向安装三个叶片的示例中，五个转动单元的调节过程与表1示出的调节过程刚好相反。
[0108] 根据本发明的风力发电机组的转子转动控制系统和控制方法不仅能够控制风力发电机组的转子转动，还能平衡转动过程中的载荷变化，能够使叶片或其它组件对风力发电机组产生的载荷进行平缓的过渡，有效避免风力发电机组的剧烈震动，从而减少对风力发电机组的部件的损坏。所述转子转动控制系统和控制方法不仅限于应用于风力发电机组，还可应用于需要平衡载荷切换的其它机械设备。
[0109] 最后需要说明的是，本领域普通技术人员可以理解上述实施例方法中的全部或者部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可存储于一计算机可读存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可以为磁盘、光盘、只读存储记忆体(ROM)或随机存储记忆体(RAM)等。
[0110] 本发明实施例中的各个功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独的物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现，并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读存储介质中。上述提到的存储介质可以是只读存储器、磁盘或光盘等。
[0111] 上述实施例中的实施方案可以进一步组合或者替换，且实施例仅仅是对本发明的优选实施例进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中专业技术人员对本发明的技术方案做出的各种变化和改进，均属于本发明的保护范围。
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