叶轮方位角的测量方法和装置与流程

本发明实施例涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种叶轮方位角的测量方法和装置。

背景技术：

近年来，风力发电机的叶轮大都采用三桨叶式叶轮，三个桨叶通过可转动的推力轴承或专门为变桨距机构设计的回转支撑装置联结于轮毂上。这种叶轮可根据风速的变化，驱动变桨距机构调整风对桨叶的攻角。以使在风速超过额定风速后，输出功率可稳定地保持在额定功率附近，在大风或风力发电机组发生故障的情况下，调节风力发电机处于顺桨状态，使桨叶和整机的受力状况大为改善。

当前对风电变桨距机构的控制方法主要有两种，分别为统一变桨距控制方法和独立变桨距控制方法。其中，独立变桨距控制方法的实现方式主要是基于方位角的权系数分配。独立变桨距控制方法在额定风速以下时使用统一变桨距控制方法，在额定风速以上时，计算出风力发电机组的叶轮方位角，进而获得三个叶片的方位角，根据三个叶片的方位角，由权系数重新分配每个叶片的桨距角变化量δβ，从而实现独立变桨控制。所以独立变桨控制方法需要测量风力发电机组叶轮的方位角。

目前，对风力发电机组叶轮方位角的测量多采用接近开关的方式。即在风力发电机组低速轴上安装金属转盘，在金属转盘边缘处的圆周上，等间隔开孔，将接近开关固定在低速轴附近，在金属转盘随低速轴旋转时使用接近开关进行位置检测。具体地，当开孔转到接近开关的位置时，接近开关信号状态为0，当开孔转过接近开关后，接近开关的信号状态为1，根据接近开关的状态变化进行计数，由此来计算叶轮的方位角。

这种方法虽然可以测量叶轮方位角，但由于金属转盘上的开孔个数有限，只能测得叶轮方位角的跳跃性的数值，导致测量精度不高。若要提高测量精度，需要将金属转盘的直径做的很大，则金属转盘的质量变得较大，在低速轴上安装质量较大的金属转盘时，需要改变风力发电机组低速轴的结构，增加了风力发电机组的结构复杂度和制造成本。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种叶轮方位角的方法和装置，解决了现有技术中采用接近开关测量叶轮方位角时造成的测量精度不高，为了提高测量精度，需要改变风力发电机组低速轴的结构，增加了风力发电机组的结构复杂度和制造成本的技术问题。

本发明实施例提供一种叶轮方位角的测量方法，包括：

气压高度传感器采集自身的当前高度，并将当前高度发送给控制器；

控制器根据所述当前高度，采用圆周三角函数，计算叶轮的全部叶片的当前方位角，以完成所述叶轮方位角的测量；

其中，所述气压高度传感器固定设置于轮毂内，并靠近所述叶轮的叶片的根部位置。

本发明实施例提供一种叶轮方位角的测量装置，包括：气压高度传感器及控制器；

所述气压高度传感器固定设置于轮毂内，并靠近叶轮的叶片的根部位置；

所述气压高度传感器与所述控制器电连接；

所述气压高度传感器用于采集自身的当前高度，并将当前高度发送给控制器；

所述控制器用于根据所述当前高度，采用圆周三角函数，计算所述叶轮的全部叶片的当前方位角，以完成所述叶轮方位角的测量。

本发明实施例提供一种叶轮方位角的测量方法和装置，通过气压高度传感器采集自身的当前高度，并将当前高度发送给控制器；控制器根据当前高度，采用圆周三角函数，计算叶轮的全部叶片的当前方位角，以完成叶轮方位角的测量。其中，气压高度传感器固定设置于轮毂内，并靠近叶轮的叶片的根部位置。由于气压高度传感器的测量精度高，响应速度快，所以可以精确地对叶轮的方位角进行测量。并且气压高度传感器设置在轮毂内，与风力发电机的低速轴为非接触式连接，不需要在低速轴上安装任何辅助设备，简化了风力发电机组的结构，降低了制造成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明叶轮方向角的测量方法实施例一的流程图；

图2为实施例一中叶轮初始位置方位角的测量原理示意图；

图3为本发明叶轮方向角的测量方法实施例二的流程图；

图4为实施例二提供的叶轮方向角的测量方法中气压高度传感器所处第一状态示意图；

图5为实施例二提供的叶轮方向角的测量方法中气压高度传感器所处第二状态示意图；

图6为本发明叶轮方向角的测量方法实施例三的流程图；

图7为本发明叶轮方向角的测量方法实施例四的流程图；

图8为本发明叶轮方向角的测量方法实施例五的流程图；

图9为实施例五提供的叶轮方向角的测量方法中气压高度传感器所处的状态示意图；

图10为本发明叶轮方向角的测量装置实施例一的结构示意图；

图11为本发明叶轮方向角的测量装置实施例一的另一视角结构示意图；

图12为本发明叶轮方向角的测量装置实施例二的结构示意图；

图13为本发明叶轮方向角的测量装置实施例三的结构示意图；

图14为本发明叶轮方向角的测量装置实施例四的结构示意图；

图15为本发明叶轮方向角的测量装置实施例五的结构示意图。

附图标记：

1-轮毂21-第一叶片22-第二叶片23-第三叶片31-第一气压高度传感器32-第二气压高度传感器4-控制器5-塔筒6-旋转圆周7-0度位置8-变桨控制柜

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。

图1为本发明叶轮方向角的测量方法实施例一的流程图。同时，为更好地理解本实施例，各元件的结构位置关系等可以参见图2及图11等。如图1所示，则本实施例提供的叶轮方向角的测量方法包括以下步骤。

步骤101，气压高度传感器采集自身的当前高度，并将当前高度发送给控制器4。

其中，气压高度传感器固定设置于轮毂1内，并靠近叶轮的叶片的根部位置。

具体地，气压高度传感器设置于叶轮的叶片的根部位置，即叶轮的叶片随轮毂1旋转所形成的旋转竖直面上，气压高度传感器位于叶片根部的正下方，以使叶片的方位角与气压高度传感器的方位角相等。

其中，气压高度传感器等时间间隔地对当前高度进行采集。时间间隔可以为10ms、20ms或其他适宜的数值，本实施例中对此不做限定。

步骤102，控制器4根据当前高度，采用圆周三角函数，计算叶轮的全部叶片的当前方位角，以完成叶轮方位角的测量。

其中，控制器4可设置在轮毂1内或轮毂1外，并与气压高度传感器电连接。

具体地，本实施例中，叶轮包括三个叶片，每个叶片之间的夹角为2π/3。叶轮与轮毂1固定连接，三个叶片等间隔地设置在轮毂1的周向上。将气压高度传感器与控制器4电连接。气压高度传感器等时间间隔地采集自身的当前高度，并将当前高度发送给控制器4。在控制器4中除接收气压高度传感器采集的自身高度外，为了采用圆周三角函数计算叶轮的全部叶片的方位角，还预先存储了轮毂1的半径、轮毂1中心高度、轮毂1的距离等数据，控制器4根据当前高度以及预先存储的数据，采用圆周三角函数，计算叶片的当前方位角，以完成叶轮方位角的测量。

具体地，本实施例中，气压高度传感器的个数至少为一个，当气压高度传感器的个数为一个时，可将该气压高度传感器设置在叶轮的第一叶片21的根部位置，通过该气压高度传感器测量的当前高度，控制器4计算第一叶片21的当前方位角，并根据第一叶片21与第二叶片22之间的角度关系，以及第一叶片21和第二叶片22之间的角度关系，计算第二叶片22的当前方位角以及第三叶片23的当前方位角，完成叶轮方位角的测量。

如图12所示，当气压高度传感器的个数为两个时，可将两个气压高度传感器对应安装在靠近两个叶片的根部。如可将第一气压高度传感器31设置在第一叶片21的根部位置，将第二气压高度传感器32设置在第二叶片22的根部位置。第一气压高度传感器31和第二气压高度传感器32分别与控制器4电连接。则控制器4接收到第一气压高度传感器31和第二气压高度传感器32测得的自身当前高度，可分别通过第一气压高度传感器31的当前高度计算第一叶片21的当前方位角，通过第二气压高度传感器32的当前高度计算第二叶片22的当前方位角，根据第一叶片21和第三叶片23之间的角度关系或第二叶片22和第三叶片23之间的角度关系计算第三叶片23的当前方位角。或者将第一气压高度传感器31的当前高度和第二气压高度传感器32的当前高度结合起来对第一叶片21的当前方位角和第二叶片22的当前方位角进行计算，本实施实例中对此不做限定。

同理，当气压高度传感器的个数为三个时，可将三个气压高度传感器对应安装在靠近三个叶片的根部。如可将第一气压高度传感器31设置在第一叶片21的根部位置，将第二气压高度传感器32设置在第二叶片22的根部位置，将第三气压高度传感器设置在第三叶片23的根部位置。第一气压高度传感器31、第二气压高度传感器32和第三气压高度传感器分别与控制器4电连接。则控制器4接收到第一气压高度传感器31、第二气压高度传感器32和第三气压高度传感器测得的自身当前高度，可分别通过第一气压高度传感器31的高度计算第一叶片21的当前方位角，通过第二气压高度传感器32的高度计算第二叶片22的当前方位角，通过第三气压高度传感器的高度计算第三叶片23的当前方位角。或者将第一气压高度传感器31的高度、第二气压高度传感器32的高度、第三气压高度传感器的当前高度结合起来对第一叶片21的当前方位角、第二叶片22的当前方位角和第三叶片23的当前方位角进行计算，本实施实例中对此不做限定。

其中，气压高度传感器可以为高精度气压高度传感器，测量精度可以达到10cm。

本实施例中，以顺时针方向分别定义第一叶片21、第二叶片22和第三叶片，也可以逆时针方向分别定义第一叶片21、第二叶片22和第三叶片23，本实施例对此不做限定。

需要说明的是，本实施例中，气压高度传感器可等时间间隔地采集自身当前高度，时间间隔可以为10ms或20ms等。所以控制器4计算出的叶轮的方位角是一个连续变化的量，并无跳跃的数值。

图2为实施例一中叶轮初始位置方位角的测量原理示意图，如图2所示，本图中示意出的气压高度传感器为一个。其中，轮毂1的半径可标号为l，轮毂1中心高度可通过塔筒5的高度与轮毂1半径求和获得，也可通过气压高度传感器测得的高度最大值和高度最小值计算获得，其标号为h1。轮毂1距离表示气压高度传感器靠近叶片根部的一面到叶片根部的垂直距离，其标号为h2。其中，在叶轮旋转时，气压高度传感器随叶轮一同旋转，则气压高度传感器随叶轮旋转所形成的在竖直方向的旋转圆周标号为6。其中，可预先定义叶轮方向角的0度位置7，本实施例中，可将第一叶片21在竖直向上时的叶轮方位角为0度位置7。则通过接收到的当前高度h3、及预存储的轮毂1中心高度h1、轮毂1半径l和轮毂1距离h2，可计算第一气压高度传感器31与水平面的夹角的正弦值，然后根据0度位置7、第一叶片21的当前方位角与夹角的关系，计算第一气压高度传感器31所对应的第一叶片21的当前方位角，进而计算第二叶片22和第三叶片23的当前方位角，完成对叶轮方位角的测量。

本实施例提供的叶轮方位角的测量方法，通过气压高度传感器采集自身的当前高度，并将当前高度发送给控制器4；控制器4根据当前高度，采用圆周三角函数，计算叶轮的全部叶片的当前方位角，以完成叶轮方位角的测量。其中，气压高度传感器固定设置于轮毂1内，并靠近叶轮的叶片的根部位置。由于气压高度传感器的测量精度高，响应速度快，所以可以精确地对叶轮的方位角进行测量。并且气压高度传感器设置在轮毂1内，与风力发电机的低速轴8为非接触式连接，不需要在低速轴8上安装任何辅助设备，简化了风力发电机组的结构，降低了制造成本。

图3为本发明叶轮方向角的测量方法实施例二的流程图，如图3所示，本实施例提供的叶轮方向角的测量方法是建立在气压高度传感器为一个的基础上，对本发明叶轮方向角的测量方法实施例一的步骤102的进一步细化，则本实施例提供的叶轮方向角的测量方法包括以下步骤。

步骤301，气压高度传感器采集自身的当前高度，并将当前高度发送给控制器4。

其中，本实施例中，气压高度传感器的个数为一个，该气压高度传感器安装在第一叶片21的根部位置。

步骤302，控制器4统计气压高度传感器的感测值达到其自身感测最大值的第一次数和达到其自身感测最小值的第二次数，根据第一次数及第二次数，确定气压高度传感器临近的第一叶片21的当前方位角所处的范围是0-π或π-2π。

具体地，本实施例中，采用过最值计数方法对气压高度传感器的感测值达到其自身感测最大值的第一次数和达到其自身感测最小值的第二次数进行统计，并根据第一次数及第二次数，确定气压高度传感器临近的第一叶片21的当前方位角所处的范围是0-π或π-2π。当第一次数发生变化时，气压高度传感器临近的第一叶片21的当前方位角所处的范围是0-π，当第二次数发生变化时，气压高度传感器临近的第一叶片21的当前方位角所处的范围是π-2π。

本实施例中，确定气压高度传感器临近的第一叶片21的当前方位角所处的范围，以区分气压高度传感器处于同一高度，并处于不同平面时，第一叶片21所对应的不同方位角。其中，不同平面分别为旋转竖直面的左平面和右平面。

步骤303，控制器根据当前高度和轮毂中心高度的大小关系与气压高度传感器临近的第一叶片的当前方位角所处的范围，按照相应的圆周三角函数表达式计算第一叶片21的当前方位角θ1。

具体地，首先控制器根据当前高度和轮毂1中心高度的大小关系，计算当前高度与轮毂1高度的差值，并确定差值的数值大小。

其中，轮毂1中心高度h1为塔筒5的高度与轮毂1半径的和。

优选地，本实施例中，轮毂1中心高度h1为气压高度传感器采集的高度最大值hmax和高度最小值hmin的和的一半，具体可表示为式(1)所示：

h1＝(hmax+hmin)/2(1)

其中，气压高度传感器感测的高度最大值hmax和高度最小值hmin通过对气压高度传感器历史感测的数据中统计获得。

本实施例中，若当前高度与轮毂1中心高度的差值大于等于零，则气压高度传感器临近的第一叶片21的当前方位角在0-π/2之间，或者在3π/2-2π之间，若当前高度与轮毂1中心高度的差值小于零，则说明气压高度传感器临近的第一叶片21的当前方位角在π/2-3π/2之间。

然后，控制器根据差值的数值大小和气压高度传感器临近的叶片的当前方位角所处的范围，按照相应的圆周三角函数表达式计算靠近气压高度传感器的第一叶片21的当前方位角θ1。

具体地，本实施例中，若差值大于等于零并且气压高度传感器临近的叶片的当前方位角所处的范围是0-π，则相应的圆周三角函数表达式表示为式(2)所示：

θ1＝π/2-arcsin[(h3-h1)/(l-h2)](2)

其中，若差值h3-h1＝0，则θ1＝π/2，若差值h3-h1＝l-h2，则θ1＝0。

若差值小于零并且气压高度传感器临近的叶片的当前方位角所处的范围是0-π，则相应的圆周三角函数表达式表示为式(3)所示：

θ1＝π/2+arcsin[(h1-h3)/(l-h2)](3)

其中，若差值|h3-h1|＝l-h2，则θ1＝π。

若差值大于等于零并且气压高度传感器临近的叶片的当前方位角所处的范围是π-2π，则相应的圆周三角函数表达式表示为式(4)所示：

θ1＝π+π/2+arcsin[(h3-h1)/(l-h2)](4)

其中，若差值h3-h1＝0，则θ1＝3π/2。若差值h3-h1＝l-h2，则θ1＝2π。

若差值小于零并且气压高度传感器临近的叶片的当前方位角所处的范围是π-2π，则相应的圆周三角函数表达式表示为式(5)所示：

θ1＝π+π/2-arcsin[(h1-h3)/(l-h2)](5)

其中，若差值|h3-h1|＝l-h2，则θ1＝π。

举例说明为：图4为实施例二提供的叶轮方向角的测量方法中气压高度传感器所处第一状态示意图，如图4所示，o为轮毂1的中心点，a为气压高度传感器在旋转圆周6上的位置，b为中心点上的水平线与气压高度传感器高度位置上的竖直线的交点。设轮毂1中心高度为h1，轮毂1距离为h2，气压高度传感器测量的当前高度为h3，轮毂1的半径为l，则根据当前高度和轮毂中心高度的大小关系，计算当前高度与轮毂1中心高度的差值大于零。又由于气压高度传感器临近的叶片的当前方位角所处的范围是0-π，则由o-a-b所组成的三角形中，得到的当前气压高度传感器与水平面夹角c的正弦值可表示为式(6)所示：

sin(c)＝ab/oa＝(h3-h1)/(l-h2)(6)

则当前第一叶片21的方位角表示为式(7)所示：

θ1＝π/2-c＝π/2-arcsin[(h3-h1)/(l-h2)](7)

图5为实施例二提供的叶轮方向角的测量方法中气压高度传感器所处第二状态示意图，其为图4中的气压高度传感器继续旋转形成。如图5所示，o为轮毂1的中心点，d为气压高度传感器在旋转圆周6上的位置，f为中心点上的水平线与气压高度传感器高度位置上的竖直延长线的交点。设轮毂1中心高度的高度为h1，轮毂1距离的高度为h2，气压高度传感器测到的压力传感器高度为h3，轮毂1半径为l，则根据当前高度和轮毂中心高度的大小关系，计算当前高度与轮毂1中心高度的差值小于零。又由于气压高度传感器临近的叶片的当前方位角所处的范围是0-π，则由o-f-d所组成的三角形中，得到的当前气压高度传感器与水平面夹角e的正弦值可表示为式(6)所示：

sin(e)＝fd/od＝(h1-h3)/(l-h2)(8)

则当前第一叶片21的方位角表示为式(9)所示：

θ1＝π/2+c＝π/2+arcsin[(h1-h3)/(l-h2)](9)

步骤304，根据第一叶片21的当前方位角θ1，计算第二叶片22和第三叶片23的当前方位角，以完成叶轮方位角的测量。

其中，若第一叶片21的叶尖竖直向上时为0度位置7，则第二叶片22与第一叶片21的角度差值为2π/3，且叶尖方向斜向右下方。第三叶片23与第二叶片22的角度相差2π/3且叶尖方向斜向左下方。即顺时针方向与第一叶片21相差2π/3的叶片为第二叶片22，逆时针方向与第一叶片21相差2π/3的叶片为第三叶片23。

进一步地，本实施例中，根据第一叶片21的当前方位角θ1，计算第二叶片22的当前方位角θ2。

其中，第二叶片22的当前方位角表示为式(10)所示：

θ2＝(θ1+2π/3)％2π(10)

其中，“％”表示取余符号。式(10)表示的含义为第一叶片21的方位角与2π/3求和后，对2π取余。

进一步地，根据第一叶片21的当前方位角θ1，计算第三叶片23的当前方位角θ3。其中，第三叶片23的当前方位角表示为式(11)所示：

θ3＝(θ1+4π/3)％2π(11)

其中，“％”表示取余符号。式(11)表示的含义为第一叶片21的方位角与4π/3求和后，对2π取余。

本实施例提供的叶轮方向角的测量方法，若气压高度传感器为一个时，通过气压高度传感器用于采集自身的当前高度，并将当前高度发送给控制器4，控制器4统计气压高度传感器的感测值达到其自身感测最大值的第一次数和达到其自身感测最小值的第二次数，根据第一次数及第二次数，确定气压高度传感器临近的第一叶片21的当前方位角所处的范围是0-π或π-2π，根据当前高度和轮毂中心高度的大小关系与气压高度传感器临近的叶片的当前方位角所处的范围，按照相应的圆周三角函数表达式计算第一叶片21的当前方位角θ1，根据第一叶片21的当前方位角θ1，计算第二叶片22和第三叶片23的当前方位角，以完成叶轮方位角的测量。由于采用一个气压高度传感器就能完成三个叶片方位角的测量，进而完成叶轮方位角的测量，不仅精确地对叶轮的方位角进行了测量，而且进一步节省了制造成本。

图6为本发明叶轮方向角的测量方法实施例三的流程图，如图6所示，本实施例提供的叶轮方向角的测量方法是建立在气压高度传感器为两个或三个的基础上，对本发明叶轮方向角的测量方法实施例一的步骤102的进一步细化，则本实施例提供的叶轮方向角的测量方法包括以下步骤。

步骤601，每个气压高度传感器采集自身的当前高度，并将当前高度发送给控制器4。

其中，本实施例中，若气压高度传感器的个数为两个，则两个气压高度传感器分别为第一气压高度传感器31和第二气压高度传感器32。其中，第一气压高度传感器31安装三个叶片中的其中一个叶片的根部位置，第二气压高度传感器32安装在另外两个叶片中的其中一个叶片的根部位置。如第一气压高度传感器31安装在第一叶片21的根部位置，第二气压高度传感器32安装在第二叶片22的根部位置。

若气压高度传感器的个数为三个，则三个气压高度传感器分别安装在三个叶片的根部位置。如第一气压高度传感器31安装在第一叶片21的根部位置，第二气压高度传感器32安装在第二叶片22的根部位置，第三气压高度传感器33安装在第二叶片23的根部位置。

步骤602，控制器4统计每个气压高度传感器的感测值达到其自身感测最大值的第一次数和达到其自身感测最小值的第二次数，根据第一次数及第二次数，确定气压高度传感器临近的叶片的当前方位角所处的范围是0-π或π-2π。

其中，每个气压高度传感器临近的叶片的当前方位角所处的范围是0-π或π-2π。

本实施例的步骤602的具体实现方式与本发明叶轮方向角的测量方法实施例二中的步骤302的实现方式相似，在此不再一一赘述。

步骤603，控制器根据至少两个气压高度传感器采集的当前高度，采用圆周三角函数，对应计算至少两个气压高度传感器临近的两个叶片待定方位角θ1min及θ2min；待定方位角θ1min及θ2min小于或等于π。

其中，至少两个气压高度传感器临近的两个叶片待定方位角θ1min及θ2min可根据式(2)和式(3)计算获得。即两个叶片的待定方位角θ1min和待定方位角θ2min的取值范围在0-π之间。

步骤604，控制器根据所述两个叶片的待定方位角θ1min及θ2min的数值大小，以及所述两个叶片中的一个叶片的当前方位角所处的范围，确定两个叶片的当前方位角θ1和θ2。

具体地，本实施例中，根据所述两个叶片中的一个叶片的待定方位角θ1min的数值大小以及该叶片的当前方位角所处的范围，可以确定两个叶片中的该叶片的当前方位角为θ1＝θ1min或θ1＝2π-θ1min，然后根据两个叶片中的另一个叶片的待定方位角θ2min的数值大小以及两个叶片的预设角度关系，确定两个叶片中的另一叶片的当前方位角为θ2＝θ2min或θ2＝2π-θ2min。

进一步地，若两个叶片中的一个叶片的待定方位角0<θ1min<π/3，两个叶片中的另一个叶片的待定方位角π/3<θ2min<π，且两个叶片中的一个叶片的当前方位角所处的范围是0-π，则确定两个叶片中的一个叶片的当前方位角为θ1＝θ1min，两个叶片中的另一叶片的当前方位角为θ2＝θ2min。

若两个叶片中的一个叶片的待定方位角π/3≤θ1min<π，两个叶片中的另一个叶片的待定方位角π/3<θ2min<π，且两个叶片中的一个叶片的当前方位角所处的范围是0-π，则确定两个叶片中的一个叶片的当前方位角为θ1＝θ1min，两个叶片中的另一叶片的当前方位角为θ2＝2π-θ2min。

若两个叶片中的一个叶片的待定方位角π/3≤θ1min<π，两个叶片中的另一叶片的待定方位角0<θ2min<π/3，且两个叶片中的一个叶片的当前方位角所处的范围是π-2π，则确定两个叶片中的一个叶片的当前方位角为θ1＝2π-θ1min，两个叶片中的另一叶片的当前方位角为θ2＝2π-θ2min。

若两个叶片中的一个叶片的待定方位角π/3≤θ1min<π，两个叶片中的另一叶片的待定方位角0<θ2min<π/3，且两个叶片中的一个叶片的当前方位角所处的范围是π-2π，则确定两个叶片中的一个叶片的当前方位角为θ1＝2π-θ1min，两个叶片中的另一叶片的当前方位角为θ2＝θ2min。

步骤605，根据两个叶片的当前方位角θ1或θ2，计算另一个叶片的当前方位角θ3。

具体地，本实施例中，由于两个叶片和另一个叶片的预设角度关系是确定的，所以可根据一个叶片的当前方位角θ1，计算除两个叶片外的另一个叶片的当前方位角θ3，或者根据两个叶片中的另一个叶片的当前方位角θ2，计算另一个叶片的当前方位角θ3。

其中，当前方位角θ1或θ2对应的叶片不做限定。如当前方位角θ1的叶片为第一叶片，当前方位角θ2为第二叶片；或者，当前方位角θ1的叶片为第二叶片，当前方位角θ2为第三叶片等。

举例说明为：本实施例中，若当前方位角θ1的叶片为第一叶片，当前方位角θ2为第二叶片，则由于第一叶片21与第三叶片23的角度相差4π/3，所以可根据式(11)计算第三叶片23的当前方位角θ3。或者由于第二叶片22与第三叶片23的角度相差2π/3，所以可根据式(12)计算第三叶片23的当前角度。

θ3＝(θ2+2π/3)％2π(12)

本实施例提供的叶轮方向角的测试方法，气压高度传感器为两个或三个，每个气压高度传感器采集自身的当前高度，并将当前高度发送给控制器4，控制器4统计每个气压高度传感器的感测值达到其自身感测最大值的第一次数和达到其自身感测最小值的第二次数，根据第一次数及第二次数，确定每个气压高度传感器临近的第一叶片的当前方位角所处的范围是0-π或π-2π，根据至少两个气压高度传感器采集的当前高度，采用圆周三角函数，对应计算所述至少两个气压高度传感器临近的两个叶片待定方位角θ1min及θ2min；所述待定方位角θ1min及θ2min小于或等于π，根据所述两个叶片的待定方位角θ1min及θ2min的数值大小，以及所述两个叶片中的一个叶片的当前方位角所处的范围，确定两个叶片的当前方位角θ1和θ2，根据两个叶片的当前方位角θ1或θ2，计算另一个叶片的当前方位角θ3，不仅精确地对叶轮的方位角进行了测量，而且将气压高度传感器设置为两个或三个，使计算过程简单，减少控制器4的计算量。

图7为本发明叶轮方向角的测量方法实施例四的流程图，如图7所示，本实施例提供的叶轮方向角的测量方法是建立在气压高度传感器为两个或三个的基础上，对本发明叶轮方向角的测量方法实施例一的步骤102的进一步细化，本实施例与实施例三为两个并列实施例，则本实施例提供的叶轮方向角的测量方法包括以下步骤。

步骤701，每个气压高度传感器采集自身的当前高度，并将当前高度发送给控制器4。

具体地，本实施例中，气压高度传感器的个数为两个或三个，对应安装在靠近两个或三个叶片的根部。若气压高度传感器的个数为两个，则两个气压高度传感器分别为第一气压高度传感器31和第二气压高度传感器32。其中，第一气压高度传感器31安装三个叶片中的其中一个叶片的根部位置，第二气压高度传感器32安装在另外两个叶片中的其中一个叶片的根部位置。如第一气压高度传感器31安装在第一叶片21的根部位置，第二气压高度传感器32安装在第二叶片22的根部位置。

若气压高度传感器的个数为三个，则三个气压高度传感器分别安装在三个叶片的根部位置。如第一气压高度传感器31安装在第一叶片21的根部位置，第二气压高度传感器32安装在第二叶片22的根部位置，第三气压高度传感器33安装在第二叶片23的根部位置。

步骤702，控制器根据至少两个气压高度传感器采集的当前高度，采用圆周三角函数，对应计算至少两个气压高度传感器临近的两个叶片待定方位角θ1min及θ2min；待定方位角θ1min及θ2min小于或等于π。

其中，至少两个气压高度传感器临近的两个叶片待定方位角θ1min及θ2min可根据式(2)和式(3)计算获得。即两个叶片的待定方位角θ1min和待定方位角θ2min的取值范围在0-π之间。

步骤703，控制器根据两个叶片的待定方位角θ1min及θ2min的数值大小与两个叶片的预设角度关系，确定第一叶片的当前方位角θ1和第二叶片的当前方位角θ2。

需要说明的是：本实施例中，以顺时针方向分别确定第一叶片、第二叶片和第三叶片。

具体地，本实施例中，若两个叶片的待定方位角θ1min及θ2min分别为第一叶片的待定方位角和第二叶片的待定方位角，则第一叶片与第二叶片的预设角度关系为：第二叶片当前方位角减去第一叶片当前方位角差值为2π/3，若两个叶片的待定方位角θ1min及θ2min分别为第一叶片和第三叶片的待定方位角，则第一叶片与第三叶片的预设角度关系为：第三叶片的当前方位角减去第一叶片的当前方位角差值为4π/3，若两个叶片的待定方位角θ1min及θ2min分别为第二叶片和第三叶片的待定方位角，则第二叶片与第三叶片的预设角度关系为：第三叶片的当前方位角和第二叶片的当前方位角的差值为2π/3，

具体地，本实施例中，通过两个叶片的待定方位角θ1min及θ2min，计算对应于待定方位角θ1min及θ2min的两个叶片的当前方位角的预测值。一个叶片的当前方位角的预测值可以为θ1min，或者为2π-θ1min。同理，另一叶片的当前方位角的预测值可以为θ2min，或者为2π-θ2min。

如θ1min＝π/6，则该叶片的当前方位角的预测值可以为θ1＝θ1min＝π/6，或者为θ1＝2π-θ1min＝11π/6。

判断一个叶片的当前方位角的每个预测值与另一个叶片的当前方位角的每个预测值之间是否满足两个叶片的预设角度关系，若满足，则此时一个叶片的当前方位角对应的预测值和另一个叶片的当前方位角的对应的预测值，分别为两个叶片的当前方位角θ1和θ2。

举例说明为：待定方位角θ1min的叶片的为第一叶片，待定方位角θ2min的叶片为第二叶片，第一叶片的待定方位角θ1min＝π/6，第二叶片的待定方位角为θ2min＝5π/6，则第一叶片的当前方位角的预测值可以为θ1＝π/6，或者为θ1＝11π/6。第二叶片的当前方位角的预测值的可以为θ2＝5π/6，或者为θ2＝7π/6。两个叶片的预设角度关系为：第一叶片的当前方位角和第二叶片的当前方位角之间相差2π/3，即第二叶片的当前方位角减去第一叶片的当前方位角，差值为2π/3。则通过对第二叶片的当前方位角的预测值与第一叶片的方位角的预测值进行求差后，只有当θ1＝π/6且θ2＝5π/6，才满足第二叶片的当前方位角减去第一叶片的当前方位角，差值为2π/3。所以确定两个叶片的当前方位角θ1和θ2分别为π/6和5π/6。

步骤704，控制器根据两个叶片的当前方位角θ1或θ2，计算另一个叶片的当前方位角θ3。

本实施例中，步骤704的实现方式和本发明实施例三中的步骤605的实现方式相同，在此不再一一赘述。

本实施例提供的叶轮方向角的测试方法，气压高度传感器为两个或三个，每个气压高度传感器采集自身的当前高度，并将当前高度发送给控制器4，控制器根据至少两个气压高度传感器采集的当前高度，采用圆周三角函数，对应计算至少两个气压高度传感器临近的两个叶片待定方位角θ1min及θ2min；待定方位角θ1min及θ2min小于或等于π，控制器根据两个叶片的待定方位角θ1min及θ2min与两个叶片的预设角度关系，确定第一叶片的当前方位角θ1和第二叶片的当前方位角θ2。控制器根据两个叶片的当前方位角θ1或θ2，计算另一个叶片的当前方位角θ3。不仅精确地对叶轮的方位角进行了测量，而且不需要控制器统计每个气压高度传感器的感测值达到其自身感测最大值的第一次数和达到其自身感测最小值的第二次数，进一步简化了计算过程，减少了控制器的计算量。

图8为本发明叶轮方向角的测量方法实施例五的流程图，如图8所示，本实施例在本发明叶轮方向角的测量方法实施例一或实施例二或实施例三或实施例四的基础上，在根据当前高度，采用圆周三角函数，计算叶轮的全部叶片的当前方位角之后，还包括对低速轴的转速的计算。本实施例以本发明叶轮方向角的测量方法实施例一为基础进行说明。则本实施例提供的叶轮方向角的测量方法包括以下步骤。

步骤801，气压高度传感器采集自身的当前高度，并将当前高度发送给控制器4。

步骤802，控制器4根据当前高度，采用圆周三角函数，计算叶轮的全部叶片的当前方位角，以完成叶轮方位角的测量。

本实施例中，步骤801-步骤802的实现方式与步骤101-步骤102的实现方式相同，在此不再一一赘述。

步骤803，根据叶轮的三个叶片的方位角，分别计算叶轮的转速。

需要说明的是，低速轴与叶轮同轴固定连接，所以低速轴的转速为叶轮的转速。由于叶轮的方位角测量的实时性较高，所以计算出的低速轴转速也为连续变化、无跳跃的数值。

具体地，本实施例中，由于叶轮的叶片有三个，所以可以根据三个叶片的方位角，分别计算叶轮转速，获得三个叶轮的转速。

以第一叶片21的方位角计算叶轮的转速为例进行说明。图9为实施例五提供的叶轮方向角的测量方法中气压高度传感器所处的状态示意图，如图9所示，0度位置7为当前第一叶片21的0度位置，也为当前叶轮方位角的0度位置，前一次测量的第一叶片21的方位角为a1，则该叶轮方位角为a1，本次测量的第一叶片21的方位角为b1，则该叶轮方位角为b1，计算前一次测量的叶轮方位角与本次测量的方位角的差值c1，表示为式(13)所示。

c1＝b1-a1(13)

计算针对每次测量的时间间隔t，叶轮转过的圈数n0，可表示为式(14)所示。

n0＝c1/2π(14)

将时间间隔t内，叶轮转过的圈数n0转换为标准转速单位(转/分)的转速值n1，由于t的单位为ms，1秒为1000ms，一分钟为60s，所以n1表示为式(15)所示。

n1＝60*1000*n0/t(15)

同理，根据另外两个叶片的方位角计算的叶轮的转速分别为n1和n2。

步骤804，求解三个叶轮的转速的平均值，以获得低速轴的转速。

具体地，可根据式(16)计算低速轴的转速n4。

n4＝(n1+n2+n3)/3(16)

需要说明的是，由于叶轮方位角转动2π时，又会重新变为0度，所以继续按式(13)进行计算，会造成溢出错误，所以对叶轮的转速尽心计算时采用最大值补偿算法，防止计算时的溢出错误。若检测到前一次测量的叶轮方位角与本次测量的方位角的差值c1为一负值且大于预设阈值时，则将采用式(17)计算前一次测量的叶轮方位角与本次测量的方位角的差值c1，式(17)表示为：

c1＝(b1-a1)+2π(17)

本实施例提供的叶轮的方位角的测量方法，在根据当前高度，采用圆周三角函数，计算叶轮的全部叶片的当前方位角之后，还根据叶轮的三个叶片的方位角，分别计算叶轮的转速，求解三个叶轮的转速的平均值，以获得低速轴8的转速，能够更精确地对低速轴的转速进行测量。

图10为本发明叶轮方向角的测量装置实施例一的结构示意图，图11为本发明叶轮方向角的测量装置实施例一的另一视角结构示意图。如图10和图11所示，本实施例提供的叶轮方向角的测量装置包括：气压高度传感器及控制器4。

本实施例中，气压高度传感器固定设置于轮毂1内，并靠近叶轮的叶片的根部位置。

其中，气压高度传感器与控制器4电连接；气压高度传感器用于采集自身的当前高度，并将当前高度发送给控制器4；控制器4用于根据当前高度，采用圆周三角函数，计算叶轮的全部叶片的当前方位角，以完成叶轮方位角的测量。

具体地，本实施例中，叶轮包括三个叶片，每个叶片之间的夹角为2π/3。三个叶片等间隔地设置在轮毂1的周向上。将气压高度传感器固定设置在轮毂1内，并将气压高度传感器与控制器4电连接。其中，气压高度传感器设置在远离轮毂1中心位置，即轮毂1边缘附近，并且位于叶轮的叶片的根部位置，即叶轮的叶片随轮毂1旋转所形成的旋转竖直面上，气压高度传感器位于叶片根部的正下方，以使叶片的方位角与气压高度传感器的方位角相等。气压高度传感器等时间间隔地采集自身的当前高度，并将当前高度发送给控制器4。在控制器4中除接收气压高度传感器采集的自身当前高度外，为了采用圆周三角函数计算叶轮的全部叶片的方位角，还预先存储了轮毂1的半径、轮毂1中心高度、轮毂1的距离等数据，控制器4根据当前高度以及预先存储的数据，采用圆周三角函数，计算叶片的当前方位角，以完成叶轮方位角的测量。

本实施例中，气压高度传感器的个数至少为一个，当气压高度传感器为一个时，该气压高度传感器为第一气压高度传感器31。也可以为两个或三个。当气压高度传感器的个数为两个或三个时，每个气压高度传感器分别与控制器4进行电连接。

其中，气压高度传感器可以为高精度气压高度传感器，测量精度可以达到10cm。

在实际应用中，当气压高度传感器的个数为一个时，可将该气压高度传感器设置在叶轮的三个叶片中的任意一个叶片的根部位置。如设置在叶轮的第一叶片21的根部位置，通过该气压高度传感器测量的当前高度，控制器4计算第一叶片21的当前方位角，并根据第一叶片21与第二叶片22之间的角度关系，以及第一叶片21和第二叶片22之间的角度关系，计算第二叶片22的当前方位角以及第三叶片23的当前方位角，完成叶轮方位角的测量。

当气压高度传感器的为两个时，可将两个气压高度传感器对应安装在靠近两个叶片的根部。如可将第一气压高度传感器31设置在第一叶片21的根部位置，将第二气压高度传感器32设置在第二叶片22的根部位置。第一气压高度传感器31和第二气压高度传感器32分别与控制器4电连接。则控制器4接收到第一气压高度传感器31和第二气压高度传感器32测得的自身当前高度，可分别通过第一气压高度传感器31的当前高度计算第一叶片21的当前方位角，通过第二气压高度传感器32的当前高度计算第二叶片22的当前方位角，根据第一叶片21和第三叶片23之间的角度关系或第二叶片22和第三叶片23之间的角度关系计算第三叶片23的当前方位角。或者将第一气压高度传感器31的当前高度和第二气压高度传感器32的当前高度结合起来对第一叶片21的当前方位角和第二叶片22的当前方位角进行计算，本实施实例中对此不做限定。

同理，当气压高度传感器和控制器4的为三个时，可将两个气压高度传感器对应安装在靠近两个叶片的根部。如可将第一气压高度传感器31设置在第一叶片21的根部位置，将第二气压高度传感器32设置在第二叶片22的根部位置，将第三气压高度传感器设置在第三叶片23的根部位置。第一气压高度传感器31、第二气压高度传感器32和第三气压高度传感器分别与控制器4电连接。则控制器4接收到第一气压高度传感器31、第二气压高度传感器32和第三气压高度传感器测得的自身当前高度，可分别通过第一气压高度传感器31的高度计算第一叶片21的当前方位角，通过第二气压高度传感器32的高度计算第二叶片22的当前方位角，通过第三气压高度传感器的高度计算第三叶片23的当前方位角。或者将第一气压高度传感器31的高度、第二气压高度传感器32的高度、第三气压高度传感器的当前高度结合起来对第一叶片21的当前方位角、第二叶片22的当前方位角和第三叶片23的当前方位角进行计算，本实施实例中对此不做限定。

本实施例提供的叶轮方位角的测量装置，包括：气压高度传感器及控制器4；气压高度传感器固定设置于轮毂1内，并靠近叶轮的叶片的根部位置；气压高度传感器与控制器4电连接；气压高度传感器用于采集自身的当前高度，并将当前高度发送给控制器4；控制器4用于根据当前高度，采用圆周三角函数，计算叶轮的全部叶片的当前方位角，以完成叶轮方位角的测量。由于气压高度传感器的测量精度高，响应速度快，所以可以精确地对叶轮的方位角进行测量。并且气压高度传感器设置在轮毂1内，与风力发电机的低速轴8为非接触式连接，不需要在低速轴8上安装任何辅助设备，简化风力发电机组的结构，降低成本。

本实施例提供的叶轮的方位角的测量装置可以执行图1所示方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。

图12为本发明叶轮方向角的测量装置实施例二的结构示意图，如图12所示，本实施例提供的叶轮方向角的测量装置在本发明叶轮方向角的测量装置实施例一的基础上，进一步地，控制器4包括角度范围确定单元41。

其中，角度范围确定单元41，用于统计气压高度传感器的感测值达到其自身感测最大值的第一次数和达到其自身感测最小值的第二次数；根据第一次数及第二次数，确定气压高度传感器临近的第一叶片21的当前方位角所处的范围是0-π或π-2π。

进一步地，气压高度传感器的个数为一个；

相应地，控制器4包括：第一角度计算单元42，与角度范围确定单元41连接，用于根据当前高度和轮毂中心高度的大小关系与气压高度传感器临近的第一叶片的当前方位角所处的范围，按照相应的圆周三角函数表达式计算第一叶片21的当前方位角θ1；根据第一叶片21的当前方位角θ1，计算第二叶片22和第三叶片23的当前方位角，以完成叶轮方位角的测量。

进一步地，本实施例提供的叶轮的方位角的测量装置可以执行图3所示方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。

图13为本发明叶轮方向角的测量装置实施例三的结构示意图，如图13所示，本实施例提供的叶轮方向角的测量装置在本发明叶轮方向角的测量装置实施例一的基础上，气压高度传感器的个数为两个或三个，对应安装在靠近两个或三个叶片的根部。

进一步地，控制器4包括第二角度计算单元43，与角度范围确定单元41连接。

其中，第二角度计算单元43，用于根据至少两个气压高度传感器采集的当前高度，采用圆周三角函数，对应计算至少两个气压高度传感器临近的两个叶片待定方位角θ1min及θ2min；待定方位角θ1min及θ2min小于或等于π；根据两个叶片的待定方位角θ1min及θ2min的数值大小，以及两个叶片中的一个叶片的当前方位角所处的范围，确定两个叶片的当前方位角θ1和θ2；根据两个叶片的当前方位角θ1或θ2，计算另一个叶片的当前方位角θ3

本实施例提供的叶轮的方位角的测量装置可以执行图6所示方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。

图14为本发明叶轮方向角的测量装置实施例四的结构示意图，如图14所示，本实施例在本发明叶轮方向角的测量装置实施例一的基础上，气压高度传感器的个数为两个或三个，

进一步地，控制器4包括：第三角度计算单元44。

其中，第三角度计算单元44，用于根据至少两个气压高度传感器采集的当前高度，采用圆周三角函数，对应计算至少两个气压高度传感器临近的两个叶片待定方位角θ1min及θ2min；待定方位角θ1min及θ2min小于或等于π；并根据两个叶片的待定方位角θ1min及θ2min的数值大小与两个叶片的预设角度关系，确定两个叶片的当前方位角θ1和θ2；以及根据两个叶片的当前方位角θ1或θ2，计算另一个叶片的当前方位角θ3。

本实施例提供的叶轮方位角的测量装置可以执行图7所示方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。

图15为本发明叶轮方向角的测量装置实施例五的结构示意图，如图15所示，本实施例在本发明叶轮方向角的测量装置实施例一或实施例二或实施例三或实施例四的基础上，还包括：变桨控制柜8。

其中，变桨控制柜8固定设置于轮毂1内，气压高度传感器设置在变桨控制柜8内；或者/并且，控制器4为变桨系统8的控制器，设置在变桨控制柜8内。

具体地，变桨控制柜8设置于轮毂1内的固定连接方式本实施例中不做限定，如可以为焊接、螺接、卡接等。

其中，气压高度传感器设置在变桨控制柜8内。气压高度传感器设置在变桨控制柜8内的固定方式本实施例中不做限定。

其中，控制器4为变桨系统的控制器，控制器设置在变桨控制柜内的固定方式，本实施例中也不做限定。

本实施例提供的叶轮方位角的测量装置，还包括：变桨控制柜8；气压高度传感器设置在变桨控制柜内；或者/并且，控制器4为变桨系统的控制器，设置在变桨控制柜8内。可对气压高度传感器和控制器4进行保护，防止气压高度传感器和控制器4受到灰尘及水蒸气的影响。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。