风力发电机组的变桨教学设备的制作方法

1.本发明涉及风力发电技术领域，更具体地讲，涉及一种风力发电机组的变桨教学设备。


背景技术：

2.随着环境保护的需求加强，新能源技术的不断革新，全球清洁能源产业，尤其是风能产业近年蓬勃发展，装机容量每年持续大幅增加，我国到2019年累计装机突破2亿千瓦。对于风电优质的服务人才的需求也在不断增加。
3.变桨系统是风力发电机组的重要组成部分，对风力发电机组的安全起至关重要的作用。风力发电机组的变桨系统在运行期间难免会出现故障，因此需要维护人员进行维修，这对维护人员关于变桨系统的熟悉程度以及对问题解决能力要求较高。
4.因此对维护人员的技术培训就显得尤为重要，但是考虑到真机操作的难度、安全因素以及成本等综合因素，就需要开发一套关于风力发电机组的变桨教学设备，以用于培训维修人员。
5.目前现有技术中，相关的变桨教学设备缺少与主控系统的信息交互，人员无法直观了解到平台当前的状态，缺少交互性，无法清晰阐述变桨系统与主控系统之间的关联特性。


技术实现要素：

6.本发明从为解决高效开展对变桨系统培训，开发一种可视化、小型化的风电变桨教学设备的角度，提供了一种风力发电机组的变桨教学设备，以至少解决背景技术中提到的技术问题。
7.根据本发明示例性实施例的一个方面，提供一种风力发电机组的变桨教学设备，其中，所述变桨教学设备包括变桨平台，所述变桨平台包括平台支架总成、变桨电控系统总成以及变桨驱动机构总成；所述平台支架总成包括平台底座、位于所述平台底座上方的上平台支架以及设置在所述平台底座及上平台支架之间的变桨盘，所述变桨电控系统总成固定在所述上平台支架的承载面上；所述变桨驱动机构总成的动力输出机构穿过所述上平台支架的承载面，并与所述上平台支架的承载面固定连接，所述变桨驱动机构总成的传动机构设置在所述平台底座和上平台支架之间；所述变桨电控系统总成与变桨驱动机构总成通信连接，用于输出控制信息给变桨驱动机构总成，控制所述动力输出机构驱动所述传动机构带动所述变桨盘转动，以模拟风力发电机组的变桨控制。
8.利用本发明提供的技术方案，可提供一种可视化、小型化的风力发电机组的变桨教学设备，利用该变桨教学设备可在安全有效的室内环境、等效模拟现场的作业场景开展教学任务，实现与主控系统的信息交互，清晰阐述变桨系统与主控系统之间的关联特性，被培训人员可直观了解到平台当前的状态，缩短培训人员的培养周期，实现“零距离”上岗要求。
9.将在接下来的描述中部分阐述本发明总体构思另外的方面和/或优点，还有一部分通过描述将是清楚的，或者可以经过本发明总体构思的实施而得知。
附图说明
10.通过下面结合示例性地示出实施例的附图进行的描述，本发明的示例性实施例的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：
11.图1是示出根据本发明的示例性实施例的变桨教学设备的系统拓扑图；
12.图2是示出根据本发明的示例性实施例的控制台的结构示意图；
13.图3是示出根据本发明的示例性实施例的变桨平台的整体结构示意图；
14.图4是示出根据本发明的示例性实施例的变桨平台的平台支架总成结构示意图；
15.图5是示出根据本发明的示例性实施例的变桨平台驱动结构示意图。
具体实施方式
16.提供下面的具体实施方式以帮助读者获得对在此描述的方法、设备和/或系统的全面理解。然而，在理解本技术的公开之后，在此描述的方法、设备和/或系统的各种改变、修改和等同物将是清楚的。例如，在此描述的操作的顺序仅是示例，并且不限于在此阐述的那些顺序，而是除了必须以特定的顺序发生的操作之外，可如在理解本技术的公开之后将是清楚的那样被改变。此外，为了更加清楚和简明，本领域已知的特征的描述可被省略。
17.在此描述的特征可以以不同的形式来实现，而不应被解释为限于在此描述的示例。相反，已提供在此描述的示例，以仅示出实现在此描述的方法、设备和/或系统的许多可行方式中的一些可行方式，所述许多可行方式在理解本技术的公开之后将是清楚的。
18.在此使用的术语仅用于描述各种示例，并不将用于限制公开。除非上下文另外清楚地指示，否则单数形式也意在包括复数形式。术语“包含”、“包括”和“具有”说明存在叙述的特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合。
19.除非另有定义，否则在此使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与由本发明所属领域的普通技术人员在理解本发明之后通常理解的含义相同的含义。除非在此明确地如此定义，否则术语(诸如，在通用词典中定义的术语)应被解释为具有与它们在相关领域的上下文和本发明中的含义一致的含义，并且不应被理想化或过于形式化地解释。
20.此外，在示例的描述中，当认为公知的相关结构或功能的详细描述将引起对本发明的模糊解释时，将省略这样的详细描述。
21.图1是示出根据本发明的示例性实施例的变桨教学设备的系统拓扑图；图3是示出根据本发明的示例性实施例的变桨平台的整体结构示意图。参照图1和图3，变桨教学设备包括控制台和变桨平台，具体地将在下文描述。
22.根据本发明的示例性实施例的一个方面，提供一种风力发电机组的变桨教学设备，其中，参照图1和图3，该变桨教学设备包括变桨平台，变桨平台包括平台支架总成700、变桨电控系统总成400以及变桨驱动机构总成500。
23.下面描述平台支架总成700、变桨电控系统总成400以及变桨驱动机构总成500之间的相对位置关系。这里需要说明的是，由于上述各总成所包括的结构分布较为分散，因此
在图3至图5中没有示出有关总成的标号。基于此情况，为便于理解本发明的方案，下面将结合各总成内部涉及具体结构的标号描述它们之间的相对位置关系。
24.在图1、图3以及图5示出的实施例中，平台支架总成700包括平台底座、位于所述平台底座上方的上平台支架以及设置在平台底座及上平台支架之间的变桨盘713，变桨电控系统总成400固定在上平台支架的承载面上。
25.变桨驱动机构总成500的动力输出机构穿过上平台支架的承载面，并与上平台支架的承载面固定连接，变桨驱动机构总成500的传动机构设置在平台底座和上平台支架之间。
26.变桨电控系统总成400与变桨驱动机构总成500通信连接，用于输出控制信息给变桨驱动机构总成500，控制动力输出机构驱动传动机构带动所述变桨盘713转动，以模拟风力发电机组的变桨控制。
27.具体地，平台支架总成700还包括设置在平台底座702和上平台支架之间的变桨轴承712，变桨轴承712包括轴承内圈和轴承外圈，上平台支架与轴承内圈的上法兰面固定连接，轴承内圈的下法兰面与平台底座702固定连接，以使得平台底座702、轴承内圈和上平台支架形成层叠的支撑结构，轴承外圈可相对支撑结构转动。变桨盘713的内壁与变桨轴承712的轴承外圈固定连接，变桨盘713的外壁与传动机构配合，用于在变桨驱动机构总成500的传动机构的带动下转动。
28.这里，利用变桨盘713与变桨轴承712的轴承内圈形成的相对转动结构，可在变桨驱动机构总成500的传动机构的带动下转动，以模拟风力发电机组执行变桨操作。其中，变桨盘713的转动可模拟实际桨绕轴向旋转的变桨转动过程。
29.可以理解，上平台支架沿厚度方向的上表面，即为该上平台支架的承载面，除可用于安装变桨电控系统总成400外，还可以承载人员在其上操作、教学等。并且由于上平台支架与变桨轴承712的轴承内圈的上法兰面固定连接，轴承内圈的下法兰面与平台底座702固定连接，因此在模拟变桨的过程中，上平台支架是固定不动的，从而为在其承载面上的人员提供了平稳安全的操作环境。
30.在一个可选择的实施例中，参照图4，上平台支架包括上平台盖板703、维护盖板708以及活动盖板707。其中，上平台盖板703、维护盖板708、活动盖板707拼接形成一个整体盖板。活动盖板707相对于上平台盖板703能够拆卸，维护盖板708与上平台盖板703枢接，以使得维护盖板708能够相对于上平台盖板703开合。
31.这里，整体盖板沿厚度方向的上表面即形成为上平台支架的承载面。设置维护盖板708可用于对变桨轴承712加油维护和传感器(将在下文描述)线缆维护。设置活动盖板707可便于紧固平台底座与变桨轴承712之间的连接螺栓。其中，需要说明的是，本发明对维护盖板708和活动盖板707的形状不做限定，例如参照图4实施例，维护盖板708可以为矩形，活动盖板707可为圆弧形。
32.在一个实施例中，参照图5，平台底座内部为一空腔，且在平台底座的侧壁设置有进线口以及用于遮挡所述进线口的盖板714，上述的空腔用于容纳穿过进线口的变桨电控系统总成400的电源线。
33.优选地，参照图3，平台底座包括拼接设置的第一平台底座701与第二平台底座702，第一平台底座701与第二平台底座702均为半环形壳体结构，其中，半环形壳体结构包
括半环形顶板以及分别沿半环形顶板内、外弧线设置的侧壁板，两个半环形壳体结构沿着各自的径向拼接形成环形结构，该环形结构的上表面形成为平台底座的承载面。
34.可以理解，平台底座采用拼接的方式设置，可方便运输、节约存储空间。另外，采用半环形结构可组装拼接成环形平台底座，便于匹配安装变桨轴承712。
35.另外，在上述实施例中，参照图5，还可在沿半环形顶板内弧线设置的侧壁板上设置走线孔709，走线孔709可用于布置5度及87度接近开关、92度限位开关与变桨电控系统总成400之间的电气走线。
36.在图3至图5示出的实施例中，变桨驱动机构总成500的动力输出机构穿过上平台支架的承载面，并与上平台支架的承载面固定连接，变桨驱动机构总成500的传动机构设置在平台底座和上平台支架之间。
37.可以理解，由于平台底座和上平台支架之间空间有限，因此将变桨驱动机构总成500的安装布局分为动力输出机构和传动机构两个部分，其中传动机构设置在平台底座和上平台支架之间，动力输出机构穿过上平台支架的承载面设置在上平台盖板703上方，在保证能够驱动变桨盘713执行变桨运动的前提下，合理利用了空间。
38.具体地，在上述实施例中，动力输出机构可包括变桨电机501和减速器502，传动部分包括驱动轮505和齿形带503。变桨电机501的输出轴与减速器502连接，减速器502的输出轴与驱动轮505连接，驱动轮505通过齿形带503带动变桨盘713转动。
39.在一个实施例中，减速器502采用摆线针轮减速机与变桨电机501高速输出轴连接。摆线针轮减速机具有传动比大、传动效率高、重量轻、体积小、运行平稳、拆装方便、使用可靠、寿命长等优点。齿形带503采用同步齿形带，其内侧带有齿形结构，与驱动轮505外齿啮合，拉动变桨盘713向0度变桨或向90度变桨动作。
40.可选地，上述的传动机构可以包括设置在变桨盘713的径向外壁的齿形结构，以使得变桨盘713形成为齿圈，或者，变桨盘713的径向外壁设置有u形槽，以使得变桨盘713形成为皮带轮。
41.可以理解，对于变桨盘713形成为齿圈的情况，齿圈可与齿形带503啮合，或者也可不设置齿形带503，直接将齿圈与驱动轮505啮合，从而变桨盘可在驱动轮505的带动下转动。对于变桨盘713形成为皮带轮的情况，齿形带503可设置在u形槽内，在驱动轮505带动下，依靠齿形带503与u形槽接触面之间的摩擦力，驱动变桨盘713转动。
42.在一个实施例中，参照图5，变桨驱动机构总成500还包括支撑轮506和至少两组张紧度调整机构504。支撑轮506设置在平台底座上，与齿形带503背离变桨盘713一侧贴合，用于将齿形带503压向驱动轮505。两组张紧度调整机构504的一端面对面安装在变桨盘713轴向端面上，两组张紧度调整机构504的另一端分别与齿形带503连接，两组张紧度调整机构504之间设有调整螺栓，通过调节调整螺栓，可改变齿形带503相对于变桨盘713的松紧程度。
43.如上所述，设置支撑轮506可用于将齿形带503压向驱动轮505方向，增加齿形带503和驱动轮505接触面积，增加驱动力。同时，还可将齿形带503限定在驱动轮505与变桨盘713之间的空间反复运动，防止跑偏。通过调整张紧度调整机构504上的调整螺栓调整齿形带503相对于变桨盘713的松紧程度，可防止打滑与脱落。
44.在一个实施例中，参照图4，平台盖板703包括一体形成的第一盖板部7031和第二
盖板部7032。其中，第一盖板部7031为圆形，覆盖变桨盘713且边缘延展不超过平台底座的承载面的边缘，第二盖板部7032与第一盖板部7031的一侧边缘连接，并且该第二盖板部7032的上表面与第一盖板部7031的上表面保持同一平面，以与维护盖板708、活动盖板707拼接形成整体盖板，第二盖板部7032相对于第一盖板部7031向外延展的部分与平台底座承载面之间形成用于安装变桨驱动机构总成500的驱动轮505的安装空间，第二盖板部7032设置有通孔，该通孔用于安装变桨驱动机构总成500。
45.可选地，平台盖板703可以为防滑钢板材质，盖板上可容纳两个人同时作业，用于模拟处于桨叶叶片根部的等效作业环境。
46.进一步地，参照图3和图5，减速器502穿过位于第二盖板部7032的通孔，使得减速器502的一部分位于第二盖板部7032的上方，减速器502的另一部分以及驱动轮505位于安装空间，减速器502通过第二盖板部7032的通孔与该第二盖板部7032固定连接，以使得变桨电机501、减速器502以及驱动轮505形成的一体结构固定。
47.在一个可选地实施例中，上平台支架还可包括齿形带护板705，齿形带护板705与上平台盖板703的边缘连接并沿竖直方向，向平台底座延伸，以罩住齿形带503与驱动轮505。
48.可以理解，设置齿形带护板705主要是防护齿形带503与驱动轮505的啮合处的转动部分，防止人员受伤。另外，本发明对于制作齿形带护板705材料不做限定，例如可采用透明pvc材质。
49.参照图1，变桨电控系统总成400与变桨驱动机构总成500通信连接，用于输出控制信息给变桨驱动机构总成500，控制变桨驱动机构总成500的动力输出机构驱动其传动机构带动变桨盘713转动，以模拟风力发电机组的变桨控制。
50.具体地，参照图3，变桨电控系统总成400包括变桨电控柜支架402和设置在电控柜支架402上的变桨电控柜401。变桨电控柜支架402固定安装在上平台盖板703的承载面上，变桨电控柜支架402的侧部设置有走线槽，用于容纳变桨电控柜401与周围设备之间的连接电缆。
51.如上所述，变桨电控系统总成400设置在平台支架总成700的承载面上，可便于人员在该承载面上操控变桨电控系统总成400，以完成教学、观摩等任务。设置变桨电控柜支架402可优化对上平台盖板703的承载面的空间占用。同时也可匹配操作人员的身高，便于人员操作变桨电控柜401。
52.可选地，变桨电控柜401内设置有独立变桨控制单元，集成电机驱动器、变桨备电、充电器、控制电源、变桨控制器、电压采集模块、i/o模块以及保护单元；可独立进行变桨系统的本地控制，以及与控制台通信，以实现远程控制。具体地，在一个实施例中，变桨电机501可与变桨电控柜401中的集成电机驱动器连接，用于执行变桨机构向0度变桨或向90度变桨操作，同时将采集到的变桨位置反馈到变桨电控柜401中的变桨控制器，形成闭环控制。
53.在一个实施例中，参照图1、图3至图5，变桨平台还包括设置在平台底座上的外围传感器总成600，外围传感器总成600与变桨电控柜401通信连接，用于检测变桨教学设备在模拟风力发电机组变桨过程中的多项状态参数，并反馈给变桨电控柜401。
54.具体地，外围传感器总成600包括传感器支架601、接近开关及限位开关。传感器支
架601安装在平台底座上且位于变桨盘713的外侧。接近开关及限位开关安装在传感器支架601上，且分别与设置在变桨盘713外缘的相应变桨位置指示挡块配合使用，以检测变桨位置。
55.这里需要说明的是，接近开关可包括5度接近开关602、87度接近开关603，限位开关可包括92度限位开关604。其中，5度接近开关602设置在变桨盘713外缘的5度挡块711配合，用于检测变桨位置位于5度时的状态反馈。87度接近开关603设置在变桨盘713外缘的87度挡块710配合，用于检测变桨位置位于87度时的状态反馈。92限位近开关604设置在变桨盘713外缘的87度挡块710配合，用于检测变桨位置位于92度时的状态反馈。
56.在一个实施例中，参照图4，上平台支架还包括变桨刻度盘706，变桨刻度盘706包括刻度尺和指示条。刻度尺为透明材质，并且固定在上平台盖板703的承载面的边缘上。指示条设置在刻度尺下方，并且固定在变桨盘713上，随变桨盘713的转动而指示当前的桨叶位置。
57.具体地，变桨刻度盘706设置在变桨盘713的边缘，且位于对应变桨盘713边缘的滑动槽内的5度挡块711与87度挡块710之间的位置。这里，刻度尺的透明材质可包括但不限于pvc材质，刻度范围
‑
5度至100度。指示条可以着色为红色，以人员便于读取刻度。
58.可选择地，参照图3，平台支架总成700还包括平台护栏704，平台护栏704沿上平台支架的承载面的边缘设置。具体地，平台护栏704沿第一盖板部7031的承载面的边缘设置。
59.可以理解，由于第一盖板部7031承载面是人员活动的作业面，因此设置平台护栏可防止跌落，造成危险。
60.在一个实施例中，变桨教学设备还包括控制台，控制台与变桨平台通信连接，用于模拟风力发电机组的主控制器。
61.参照图1和图2，控制台包括控制系统200和人机交互界面300。其中，控制系统200与变桨电控系统总成400通信连接，接收变桨电控系统总成400返回的信息，并向变桨电控系统总成400输出主控信号；人机交互界面与控制系统200通信连接，用于模拟显示控制系统200以及变桨平台的状态参数。
62.其中，控制系统200包括控制柜体201、多个指示灯以及多个开关，控制柜体201高度方向的顶端设置有控制面板，人机交互界面300设置在控制面板上，多个指示灯和多个开关设置在控制面板上且分布在人机交互界面300一侧。
63.需要说明的是，控制系统200可模拟风力发电机组控制单元，与变桨平台建立逻辑控制与数据交换，模拟风力发电机组在启动、停止、维护模式下的变桨控制，加强人员对变桨系统远端控制的掌握。进一步地，控制柜体201中包含风力发电机组plc控制器，内置机组状态仿真控制程序，可执行机组逻辑控制功能，建立与变桨平台的通讯连接，进行数据采集。
64.人机交互界面300可采用高清mgcs工业触控屏搭建，用于显示平台状态信息、变桨系统采集的数字量与模拟量、故障告警和远程变桨控制操作等内容，提高整个教学系统的可视化效果，便于实时交互。
65.具体地，在图2实施例中，多个指示灯包括绿色指示灯202、黄色指示灯203以及红色指示灯204。其中，绿色指示灯202用于模拟指示风力发电机组的正常状态，黄色指示灯203用于模拟指示风力发电机组的并网状态，红色指示灯204用于模拟指示风力发电机组的
并网触发状态。
66.多个开关包括急停开关205、维护开关206、复位开关207、停机开关208、启动开关209。其中，急停开关205用于模拟控制风力发电机组安全急停，同时可执行模拟风力发电机组外部安全链动作而引起变桨系统动作执行操作，维护开关206用于模拟控制风力发电机组进入维护状态，复位开关207用于模拟控制风力发电机组复位，停机开关208用户模拟控制风力发电机组停机，满足变桨系统正常自动顺桨操作，启动开关209用户模拟控制风力发电机组启动，满足变桨系统根据状态指令向0度方向变桨。
67.在一个实施例中，参照图1，所述控制台还包括供电系统100，与控制系统200以及变桨平台分别电连接，用于为控制系统200以及变桨平台供电。
68.具体地，参照图1，供电系统100包括供电开关101和供电回路，供电开关101设置在控制柜体201的侧壁上，供电回路设置在控制柜体201的内部空间，供电开关101与供电回路电连接，用于控制供电回路的进入开路状态或者闭合状态。
69.综上所述，利用本发明的方案，通过包含变桨电控系统总成400、变桨驱动机构总成500、外围传感器总成600和平台支架总成700的变桨平台结构设计，模拟风力发电机组桨叶叶片处于垂直于地面状态场景等效，再配合包含供电系统100、控制系统200和人机交互界面300的控制台模拟远程变桨控制，为需要培训的人员提供了可在室内学习的现场应用设备，模拟机组现场运行环境，从而可直观展示教学过程，便于加强现场运维人员实践技能培训；通过实训考核，培养现场运维人员职业技能和岗位能力，为后续现场作业实现“零距离”上岗。另外，所述变桨教学设备不仅用于现场运维人员实训，亦可作为企业，教师科研应用的平台。
70.虽然已表示和描述了本公开的一些示例性实施方式，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本公开的原理和精神的情况下，可以对这些实施方式进行修改。