专利摘要

本实用新型公开了一种中小型风力机偏航参数测量系统，包括：中小型风力机、风速风向传感器、偏航角度测量装置、转速传感器、功率检测装置、控制器及工控屏；风速风向传感器布置于靠近中小型风力机的风轮叶片处，偏航角度测量装置与中小型风力机的旋转轴传动连接，转速传感器和功率检测装置均与中小型风力机电连接，风速风向传感器、偏航角度测量装置、转速传感器以及功率检测装置均与控制器电连接，控制器还与工控屏电连接。该系统通过偏航角度测量装置的合理结构设计，实现了对风力机偏航角度的准确测量，同时，还实现了对来流风向风速、风力机转速、输出功率的多种偏航参数的测量，系统测量数据更加全面和准确。

权利要求

1.一种中小型风力机偏航参数测量系统，其特征在于，包括：中小型风力机、风速风向传感器、偏航角度测量装置、转速传感器、功率检测装置、控制器及工控屏；

所述风速风向传感器布置于靠近所述中小型风力机的风轮叶片处，所述偏航角度测量装置与所述中小型风力机的旋转轴传动连接，所述转速传感器和所述功率检测装置均与所述中小型风力机电连接，所述风速风向传感器、偏航角度测量装置、转速传感器以及功率检测装置均与所述控制器电连接，所述控制器还与所述工控屏电连接。

2.根据权利要求1所述的一种中小型风力机偏航参数测量系统，其特征在于，所述偏航角度测量装置包括角位移传感器、传感器支架、第一传动齿轮和第二传动齿轮，所述传感器支架一端与所述角位移传感器固定连接，其另一端与所述中小型风力机固定连接，所述角位移传感器与所述第一传动齿轮固定连接，所述第二传动齿轮与所述中小型风力机的旋转轴固定连接，所述第一传动齿轮与所述第二传动齿轮啮合。

3.根据权利要求2所述的一种中小型风力机偏航参数测量系统，其特征在于，所述传感器支架包括传感器安装片、风力机安装片和连接片；

所述传感器安装片中部设有一转子安装孔以及多个传感器固定孔，所述角位移传感器的转子穿过转子安装孔与所述第一传动齿轮固定连接，所述角位移传感器还通过多个螺栓分别与多个所述传感器固定孔固定连接；

所述风力机安装片上设有多个风机固定孔，中小型风力机的旋转轴固定架上安装有与所述风机固定孔适配的多个螺栓，多个所述螺栓分别穿过多个所述风机固定孔实现所述风力机安装片与所述中小型风力机的固定连接；

所述连接片一端与所述传感器安装片垂直连接，其另一端与所述中小型风力机安装片垂直连接，且所述传感器安装片、风力机安装片和连接片一体成型。

4.根据权利要求1所述的一种中小型风力机偏航参数测量系统，其特征在于，所述功率检测装置包括整流器、直流电子负载、电压变送器和电流变送器，所述整流器的输入端与所述中小型风力机电连接，所述整流器的输出端与所述直流电子负载电连接，所述直流电子负载分别与所述电压变送器的输入端和所述电流变送器的输入端电连接，所述电压变送器的输出端和所述电流变送器的输出端均与所述控制器电连接。

5.根据权利要求1至4任一项所述的一种中小型风力机偏航参数测量系统，其特征在于，所述控制器为型号是GERX3i的可编程自动化控制器。

说明书

技术领域

本实用新型涉及风力机运行参数测量技术领域，更具体的说是涉及一种中小型风力机偏航参数测量系统。

背景技术

目前，风能作为一种清洁的可再生能源而越来越受到人们的关注，作为风能利用的主要形式，风力发电备受瞩目。风力发电过程中，风向可能会随时变化，这就需要对风力机进行偏航控制，偏航控制是风力机在可用风速范围内自动准确对风，从而提高风能的利用率的关键。而偏航控制中对偏航参数的测量以及偏航角度的计算是非常关键的部分，精确的偏航角度计算不仅有利于提高偏航控制的可靠性，而且可以准确算出风机机舱位置和扭缆角度。

现有的偏航角度的测量通常采用电位计的方式进行。在测量的过程中，电位计可以作为偏航角度的传感器，电位计与偏航轴承同步旋转，从而测量并记录偏航轴承的旋转角度，进而得到当前的偏航角度的数值，然后，根据当前的偏航角度的数值输出对应的信号给主控系统。然而，由于电位计的本身特性缺陷，以及电位计输出的信号极易受到外界的干扰，而且，电位计的长期使用也可能会使得偏航角度对应的信号出现异常，从而使得风力机偏航角度的测量精度较低。

因此，如何提供一种准确度高的风力机偏航参数测量系统是本领域技术人员亟需解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种中小型风力机偏航参数测量系统，该系统通过偏航角度测量装置实现对中小型风力机偏航角度的高精度测量，同时，还实现了对来流风向风速、风力机转速、输出功率的多种偏航参数的测量，测量数据更加全面和准确，解决了采用电位计测量偏航角度的方式测量精度低的问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种中小型风力机偏航参数测量系统，该系统包括：中小型风力机、风速风向传感器、偏航角度测量装置、转速传感器、功率检测装置、控制器及工控屏；

所述风速风向传感器布置于靠近所述中小型风力机的风轮叶片处，所述偏航角度测量装置与所述中小型风力机的旋转轴传动连接，所述转速传感器和所述功率检测装置均与所述中小型风力机电连接，所述风速风向传感器、偏航角度测量装置、转速传感器以及功率检测装置均与所述控制器电连接，所述控制器还与所述工控屏电连接。

进一步地，所述偏航角度测量装置包括角位移传感器、传感器支架、第一传动齿轮和第二传动齿轮，所述传感器支架一端与所述角位移传感器固定连接，其另一端与所述中小型风力机固定连接，所述角位移传感器与所述第一齿轮固定连接，所述第二传动齿轮与所述风力机的旋转轴固定连接，所述第一齿轮与所述第二传动齿轮啮合。

进一步地，所述传感器支架包括传感器安装片、风力机安装片和连接片；

所述传感器安装片中部设有一转子安装孔以及多个传感器固定孔，所述角位移传感器的转子穿过转子安装孔与所述第一传动齿轮固定连接，所述角位移传感器还通过多个螺栓分别与多个所述传感器固定孔固定连接；

所述风力机安装片上设有多个风机固定孔，中小型风力机的旋转轴固定架上安装有与所述风机固定孔适配的多个螺栓，多个所述螺栓分别穿过多个所述风机固定孔实现所述风力机安装片与所述中小型风力机的固定连接；

所述连接片一端与所述传感器安装片垂直连接，其另一端与所述中小型风力机安装片垂直连接，且所述传感器安装片、风力机安装片和连接片一体成型。

进一步地，所述功率检测装置包括整流器、直流电子负载、电压变送器和电流变送器，所述整流器的输入端与所述中小型风力机电连接，所述整流器的输出端与所述直流电子负载电连接，所述直流电子负载分别与所述电压变送器的输入端和所述电流变送器的输入端电连接，所述电压变送器的输出端和所述电流变送器的输出端均与所述控制器电连接。

具体地，所述控制器为型号是GE RX3i的可编程自动化控制器。GE RX3i 是一种将PLC和PC的特性最佳结合在一起的高端可编程逻辑自动化控制器，作为系统核心，其处理器采用1.0GHz的Intel微处理器，支持包括以太网和串行通信，能高效的承担偏航测量系统的数据处理和储存任务。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型公开提供了一种中小型风力机偏航参数测量系统，该系统通过偏航角度测量装置的合理结构设计，实现了对风力机偏航角度的准确测量，同时，还实现了对来流风向风速、风力机转速、输出功率的多种偏航参数的测量，系统测量数据更加全面和准确。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本实用新型提供的一种中小型风力机偏航参数测量系统的整体结构架构示意图；

图2附图为本实用新型实施例中偏航角度测量装置的结构示意图；

图3附图为本实用新型实施例中角位移传感器的结构示意图；

图4附图为本实用新型实施例中角位移传感器的另一视角下的结构示意图；

图5附图为本实用新型实施例中传感器支架的结构示意图；

图6附图为本实用新型提供的一种中小型风力机偏航参数测量系统的硬件接线关系示意图；

图7附图为本实用新型实施例中GE RX3i控制器的系统组态示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参见附图1，本实用新型实施例公开了一种中小型风力机偏航参数测量系统，该系统包括：中小型风力机1、风速风向传感器3、偏航角度测量装置2、转速传感器4、功率检测装置5、控制器6及工控屏7；

风速风向传感器3布置于靠近中小型风力机1的风轮叶片处，风速风向传感器3用于实时采集中小型风力机1的风轮叶片周围来流风速和风向数据；

偏航角度测量装置2与中小型风力机1的旋转轴传动连接，偏航角度测量装置2用于实时测量中小型风力机1的偏航角度数据；

转速传感器4与中小型风力机1电连接，转速传感器4用于实时测量中小型风力机1的风轮转速数据；

功率检测装置5与中小型风力机1电连接，功率检测装置5用于实时测量中小型风力机1的输出功率数据；

风速风向传感器3、偏航角度测量装置2、转速传感器4以及功率检测装置5均与控制器6电连接，控制器6还与工控屏7电连接，输入控制器6的风向、风速、转速、角位移和功率信号，经过其处理后输出至工控屏7，工控屏7用于实时对曲线和历史曲线进行显示。

在一个具体的实施例中，参见附图2，偏航角度测量装置2包括角位移传感器21、传感器支架22、第一传动齿轮23和第二传动齿轮24，传感器支架 22一端与角位移传感器21固定连接，其另一端与中小型风力机1的塔架固定连接，角位移传感器21与第一传动齿轮23固定连接，第二传动齿轮24与中小型风力机1的旋转轴固定连接，第一传动齿轮23与第二传动齿轮24啮合。当风轮侧偏时，角度位移传感器21也偏转相同的角度，从而达到测量偏转角度的目的。

具体地，本实施例中的角位移传感器具体参数可参见下表1所示：

表1角位移传感器性能参数表

角位移传感器21的结构可参见附图3和图4所示。角度传感器包括转子 211和传感器本体212，传感器本体212固定于传感器安装片上，转子211穿过传感器支架22与第一传动齿轮23固定。图4中的三个接头分别是：“a”是传感器的零相位，“b”是传感器的输入端，“c”是传感器的输出端。

角位移传感器的输入与输出均为模拟量的直流电压信号，并且其输出电压的大小是由输入端输入的电压大小来决定的，如：输入5V，其整个两成的输出即为：0～5V，输入10V，其整个量程的输出即为：0～10V，以此类推。据计算，本角位移传感器的阻止为5KΩ，最大输入电压不得超过50V。

本实施例中角位移传感器的可测量角度范围是345°±2°，为了计算方便和所需测量范围的选择，采用传动比1:1的齿轮传动。因为尺寸需要比较特殊，采用3D打印制作两个齿轮。两个齿轮参数如下表2：

表2齿轮参数

在一个具体的实施例中，参见附图5，传感器支架22包括传感器安装片 221、风力机安装片223和连接片222；

传感器安装片221中部设有一转子安装孔以及多个传感器固定孔，角位移传感器21的转子211穿过转子安装孔与第一传动齿轮23固定连接，角位移传感器21的传感器本体212还通过多个螺栓分别与多个传感器固定孔固定连接；

风力机安装片223上设有多个风机固定孔，本实施例中风机固定孔为2 个，中小型风力机1的旋转轴固定架(也就是风力机的塔架)上安装有与风机固定孔适配的多个螺栓，多个螺栓分别穿过多个风机固定孔实现风力机安装片223与中小型风力机1的固定连接；

连接片222一端与传感器安装片221垂直连接，其另一端与风力机安装片223垂直连接，且传感器安装片221、风力机安装片223和连接片222一体成型。

本实施例中，考虑到传感器支架22的强度和厚度，按需要选择了1mm 不锈钢板作为原料。

在一个具体的实施例中，参见附图1和图6功率检测装置5包括整流器 51、直流电子负载52、电压变送器54和电流变送器53，整流器51的输入端与中小型风力机1电连接，整流器51的输出端与直流电子负载52电连接，直流电子负载52分别与电压变送器54的输入端和电流变送器53的输入端电连接，电压变送器54的输出端和电流变送器53的输出端均与控制器6电连接。

具体地，控制器6为型号是GE RX3i的可编程自动化控制器。GE RX3i是一种将PLC和PC的特性最佳结合在一起的高端可编程逻辑自动化控制器，作为系统核心，其处理器采用1.0GHz的Intel微处理器，支持包括以太网和串行通信，能高效的承担偏航测量系统的数据处理和储存任务。本实施例中工控屏选用Quick Panel Control工控屏，控制部分的组态如图7所示。

本实施例中，风向风速传感器3采集来流风速风向数据，风力机在偏航调速装置2的作用下发生被动偏航，角位移传感器21通过固定转轴的第一传动齿轮与第二传动齿轮啮合，输出偏航角度值，第二传动齿轮可以理解为偏航齿轮。

中小型风力机正常输出的交流电，一方面通过转速传感器4(三项仪表) 采集其交流电频率来计算风轮转速值，另一方面经过整流器51的整流后供给直流电子负载52，直流电子负载52最终输出电压信号、电流信号至GE RX3i 控制器作为风力机的功率值。

输入GE RX3i控制器的风向、风速、转速、角位移和功率信号，经过处理后输出至Quick Panel Control工控屏，以实时曲线和历史曲线显示输出。

综上所述，与现有技术相比，本实施例提供的中小型风力机偏航参数测量系统，具有如下优点：

1、该系统通过偏航角度测量装置的合理结构设计，实现了对风力机偏航角度的准确测量；

2、该系统还实现了对来流风向风速、风力机转速、输出功率的多种偏航参数的测量，系统测量数据更加全面和准确。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

一种中小型风力机偏航参数测量系统专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。