一种编码器零位信号丢失补偿装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种编码器零位信号丢失补偿装置及方法，将补偿装置分别与所述编码器和变流器连接；当发电机主轴旋转一圈，则带动编码器旋转一圈，产生光栅刻度数值个A脉冲信号和B脉冲信号；补偿装置中的处理器判断此时是否出现一次Z脉冲信号，若否，则处理器进行Z脉冲信号补偿，在在零位信号计数周之后自动生成一个Z脉冲信号并给到变流器。本发明专利技术的用于风力发电机和变流器的编码器Z脉冲丢失补偿方法，可以用较少的成本，降低Z脉冲丢失导致的停机故障概率。

【技术实现步骤摘要】
一种编码器零位信号丢失补偿装置及方法
本专利技术涉及风力发电机和变流器系统领域，具体涉及一种用于风力发电机和变流器系统的编码器零位信号(也称Z脉冲信号)丢失补偿装置及方法。
技术介绍
双馈风力发电机转速检测对于电机控制至关重要。目前实际编码器是通过八芯电缆传递A+，A-，B+，B-，Z+，Z-脉冲信号以及给编码器供电。其中，增量式编码器由光栅盘和光电检测装置组成，当编码器旋转，由于光栅的存在，光电检测装置能够产生脉冲信号A+，A-，B+，B-，Z+，Z-。其中，A+/A-，B+/B-脉冲信号代表光栅盘刻度，两者相位相差90°(相差0.25个周期)的连续脉冲输出，用它可以辨别正转还是反转，速度值等。Z脉冲信号是指零位信号，编码器旋转一圈发出一个信号，可以用来测量转速、周期。传统方式如图1所示，发电机编码器200从塔顶通过电缆连接到塔底，信号需要经过很长的走线。双馈风力发电机转速通过增量式编码器传递A、B、Z脉冲信号到变流器转速计算单元进行计算和检测，编码器安装在塔顶发电机转轴尾端，A+，A-，B+，B-，Z+，Z-脉冲信号从塔顶通过电缆传递到塔底变流器300，由于线缆走线较长以及电磁干扰耦合，风场实际运行过程中容易出现Z脉冲丢失情况。以2MW风电机组为例，从塔顶双馈电机转轴到塔底变流器，编码器线缆长度超过80m。实际存在编码器线缆屏蔽线接地不良，以及编码器线缆走线不合理(和主电缆捆绑或者靠的太近，易耦合电磁干扰)，使得Z脉冲信号畸变，导致变流器侧检测不到Z脉冲，进而产生Z脉冲丢失情况。而且Z脉冲的宽度相对A、B脉冲信号，脉冲宽度更窄，脉冲占空比只有A、B脉冲信号的一半，因此Z脉冲信号更易受影响。风场现场的处理措施主要是屏蔽层单点接地，以及线缆整理，减少干扰耦合，但效果有限。也有提出通过编码板解码板，改用光纤方式传递ABZ信号，但是存在成本高，安装不方便的问题。伺服领域有提出Z脉冲干扰及丢失检测方法，检测Z脉冲丢失则停机报警，未涉及如何补偿Z脉冲信号。现有技术一般是通过DSP处理转速并检测Z脉冲信号，不能补偿Z脉冲信号。针对风电领域实际应用情况，因此需要研发一种用于风力发电机和风力变流器的编码器Z脉冲丢失进行补偿的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于风力发电机和变流器系统的编码器Z脉冲丢失补偿装置及方法，通过补偿装置检测A、B脉冲信号，补偿Z脉冲丢失部分，消除Z脉冲丢失故障；即使出现Z脉冲丢失情况，本专利技术也能够补偿Z脉冲信号，实现容易，成本较低，降低风机因Z脉冲丢失情况而导致的停机故障，提高并网发电率。为了达到上述目的，本专利技术通过以下技术方案实现：一种用于风力发电机的编码器零位信号丢失补偿装置，所述编码器为增量式编码器，所述增量式编码器的主体安装于所述风力发电机的发电机主轴上，所述补偿装置分别与所述编码器和风力发电机的变流器连接，所述编码器发出的脉冲信号包含第一相连续脉冲信号、与所述第一相连续脉冲信号相位相差四分之一个周期的第二相连续脉冲信号以及零位信号；所述补偿装置至少包含一处理器，其根据接收到的脉冲信号，检测是否产生零位信号丢失情况以及在零位信号丢失时产生一零位信号补偿信号，所述零位信号补偿信号被提供给变流器。优选地，所述处理器为可编程逻辑器件CPLD。优选地，所述补偿装置还包含以下的一种或多种：信号接口处理电路，接收所述编码器发出的脉冲信号，通过光耦器件将所述脉冲信号的差分信号转换为单端信号且实现信号隔离，并将处理后的脉冲信号传送到所述处理器；电平匹配电路，与所述变流器中的变流器转速处理单元连接，用于对所述处理器的输出信号与所述变流器的输入信号进行电平匹配。优选地，所述第一相连续脉冲信号、第二相连续脉冲信号和零位信号分别为A脉冲信号、B脉冲信号和Z脉冲信号。优选地，所述处理器包含：用于A、B、Z脉冲信号计数的脉冲计数单元，其通过检测A、B脉冲信号的上升沿或下降沿进行脉冲计数；用于检测是否产生Z脉冲信号丢失情况的Z脉冲丢失判断单元，其通过检测Z脉冲信号的上升沿或下降沿来判断是否产生Z脉冲信号丢失情况；用于产生Z脉冲补偿信号的补偿单元。本专利技术还提供了一种基于如上文所述的编码器零位信号丢失补偿装置的编码器零位信号丢失补偿方法，该方法包含以下步骤：将补偿装置分别与编码器和变流器连接；当发电机主轴旋转一圈，则带动所述编码器旋转一圈，产生光栅刻度数值个第一相连续脉冲信号和第二相连续脉冲信号；所述补偿装置中的处理器判断此时是否出现一次零位信号，若否，则所述处理器进行零位信号补偿，在零位信号计数周期之后自动生成一个零位补偿信号并给到变流器。优选地，所述第一相连续脉冲信号、第二相连续脉冲信号和零位信号分别为A脉冲信号、B脉冲信号和Z脉冲信号；A脉冲信号、B脉冲信号的相位相差四分之一个周期，Z脉冲宽度是A、B脉冲宽度的一半。优选地，当A、B脉冲信号计数到光栅刻度值的数目时，根据当前编码器转速和A、B脉冲信号之间的相位关系，计算并判断出现Z脉冲信号的Z脉冲信号计数周期，包含以下：Z脉冲信号计数周期为：式中，N是编码器的转速；K表示风力发电机每转一圈共产生K个脉冲信号，K＝倍频系数*编码器光栅刻度数值；编码器的转速N为：式中，M是编码器输出脉冲个数；TD是设定的一段时间。优选地，通过检测A、B脉冲信号的上升沿或下降沿来进行脉冲计数优选地，通过检测Z脉冲信号的上升沿或下降沿来判断是否出现Z脉冲信号丢失情况。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术的用于风力发电机和变流器的编码器Z脉冲丢失补偿方法，可以用较少的成本，降低Z脉冲丢失导致的停机故障概率。附图说明图1为现有技术的发电机编码器从塔顶通过电缆连接到塔底的示意图；图2为本专利技术的用于风力发电机和变流器系统的编码器Z脉冲丢失补偿装置示意图；图3为本专利技术的风力发电机增量式编码器输出信号示意图；图4为本专利技术的补偿装置设计原理图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。如图2-图4结合所示，本专利技术提供了一种用于风力发电机和变流器系统的编码器Z脉冲丢失补偿装置100，其包含依次连接的信号接口处理电路1、处理器2(例如CPLD，一种用户根据各自需要而自行构造逻辑功能的可编程逻辑器件)和电平匹配电路3。所述补偿装置100分别与塔顶的风力发电机编码器200和塔底的变流器300连接。所述补偿装置100设置在塔底变流器的编码器信号进线处，本专利技术将补偿装置靠近变流器进线处，能够降低信号线耦合干扰。本实施中，未经处理的A、B、Z脉冲信号(例如A+，A-，B+，B-，Z+，Z-脉冲信号)经过所述信号接口处理电路1，信号接口处理电路1通过光耦本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于风力发电机的编码器零位信号丢失补偿装置，其特征在于，所述编码器为增量式编码器，所述增量式编码器的主体安装于所述风力发电机的发电机主轴上，所述补偿装置分别与所述编码器和所述风力发电机的变流器连接，所述编码器发出的脉冲信号包含第一相连续脉冲信号、与所述第一相连续脉冲信号相位相差四分之一个周期的第二相连续脉冲信号以及零位信号；所述补偿装置至少包含处理器，其根据接收到的脉冲信号，检测是否产生零位信号丢失情况以及在零位信号丢失时产生零位信号补偿信号，所述零位信号补偿信号被提供给所述变流器。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于风力发电机的编码器零位信号丢失补偿装置，其特征在于，所述编码器为增量式编码器，所述增量式编码器的主体安装于所述风力发电机的发电机主轴上，所述补偿装置分别与所述编码器和所述风力发电机的变流器连接，所述编码器发出的脉冲信号包含第一相连续脉冲信号、与所述第一相连续脉冲信号相位相差四分之一个周期的第二相连续脉冲信号以及零位信号；所述补偿装置至少包含处理器，其根据接收到的脉冲信号，检测是否产生零位信号丢失情况以及在零位信号丢失时产生零位信号补偿信号，所述零位信号补偿信号被提供给所述变流器。


2.如权利要求1所述的编码器零位信号丢失补偿装置，其特征在于，所述处理器为可编程逻辑器件CPLD。


3.如权利要求1所述的编码器零位信号丢失补偿装置，其特征在于，所述补偿装置还包含以下的一种或多种：
信号接口处理电路，接收所述编码器发出的脉冲信号，通过光耦器件将所述脉冲信号的差分信号转换为单端信号且实现信号隔离，并将处理后的脉冲信号传送到所述处理器；
电平匹配电路，与所述变流器连接，用于对所述处理器的输出信号与所述变流器的输入信号进行电平匹配。


4.如权利要求1～3中的任意一项所述的编码器零位信号丢失补偿装置，其特征在于，
所述第一相连续脉冲信号、第二相连续脉冲信号和零位信号分别为A脉冲信号、B脉冲信号和Z脉冲信号。


5.如权利要求4所述的编码器零位信号丢失补偿装置，其特征在于，所述处理器包含：
用于A、B、Z脉冲信号计数的脉冲计数单元，其通过检测A、B脉冲信号的上升沿或下降沿进行脉冲计数；
用于检测是否产生Z脉冲信号丢失情况的Z脉冲丢失判断单元，其通过检测Z脉冲信号的上升沿或下降沿来判断是否产生Z脉冲信号丢失...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘嘉明，余诗宝，吴立建，王海洋，崔杰，付厚，
申请(专利权)人：浙江大学，上海电气风电集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33