CN103245321A - 风电机组塔筒形态监测***和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种风电机组塔筒形态监测***和方法,其中,***包括用于设置于塔筒顶部的第一倾角传感器、用于设置于塔筒底座中心的第二倾角传感器以及分别与第一倾角传感器、第二倾角传感器连接的处理器;第一倾角传感器用于检测塔筒中心线相对于竖直线的第一倾角数据;第二倾角传感器用于检测塔筒底座中心线相对于竖直线的第二倾角数据;处理器用于根据第一倾角数据计算得到塔筒顶部中心相对于塔筒底座中心在水平方向上的第一偏移量;处理器用于根据第二倾角数据计算得到塔筒底座中心在水平方向上的第二偏移量。本发明中,由于仅设置有传感器和处理器,因而该***成本较低,并且算法简单。

Description

风电机组塔筒形态监测***和方法
技术领域
本发明涉及风电机组塔筒测量技术,尤其涉及一种风电机组塔筒形态监测***和方法。
背景技术
风电机组塔筒是风力发电机的塔杆,在风力发电机组中主要起支撑作用,同时吸收机组震动,塔筒承受着推力、弯矩和扭矩负荷等复杂多变的载荷,使得风力发电机组运行过程中,塔筒会出现一定幅度的摇摆和扭曲等变形;此外,塔筒还会受到材料变形、零部件失效以及地基沉降等因素的影响,产生倾斜。塔筒过大的倾斜变形会影响风力发电机组的正常运行,严重的还会产生安全事故,因此,需要对塔筒的倾斜变形进行实时监测。
目前,在对塔筒进行倾斜变形测量时,将塔筒所受到的风载荷分成三部分,分别为静态的风载荷、准静态的风载荷(即风速变化缓慢的风载荷)以及快速变动的风载荷,对应地,塔筒的变形可分解成与上述不同风载荷下的变形的叠加,即将塔筒变形分解为静态变形、准静态变形和动态变形三部分,该三部分变形叠加就可得到塔筒的变形。因此,需要确定塔筒在静态风载荷下的静态变形量、在准静态风载荷下地准静态变形量以及在快速变动风载荷下的动态变形量,然后确定塔筒的变形方程,进而得到塔筒的变形曲线。现有的塔筒倾斜变形测量***,需要构建复杂的塔筒静态准静态变形方程以及动态变形方程,并且还需要设置倾斜传感器和加速度传感器,因而,***复杂且算法复杂,测量成本较高。
发明内容
本发明提供一种风电机组塔筒形态监测***和方法,可有效克服现有技术存在的算法复杂以及测量成本较高的问题。
本发明提供一种风电机组塔筒形态监测***,包括用于设置于塔筒顶部的第一倾角传感器、用于设置于塔筒底座中心的第二倾角传感器以及分别与所述第一倾角传感器、第二倾角传感器连接的处理器;
所述第一倾角传感器用于检测所述塔筒中心线相对于竖直线的第一倾角数据;
所述第二倾角传感器用于检测所述塔筒底座中心线相对于竖直线的第二倾角数据;
所述处理器用于根据所述第一倾角数据计算得到所述塔筒顶部中心相对于所述塔筒底座中心在水平方向上的第一偏移量;所述处理器用于根据所述第二倾角数据计算得到所述塔筒底座中心在水平方向上的第二偏移量。
本发明还提供一种风电机组塔筒形态监测方法,包括:
检测所述塔筒中心线相对于竖直线的第一倾角数据和塔筒底座中心线相对于竖直线的第二倾角数据;
根据所述第一倾角数据计算得到所述塔筒顶部中心相对于所述塔筒底座中心在水平方向上的第一偏移量;根据所述第二倾角数据计算得到所述塔筒底座中心在水平方向上的第二偏移量;
根据所述第一偏移量和第二偏移量监测风电机组塔筒的形态。
本发明提供的风电机组塔筒形态监测***和方法,第一倾角传感器检测塔筒中心线相对于竖直线的第一倾角数据,第二倾角传感器用于用于检测塔筒底座中心线相对于竖直线的第二倾角数据,处理器根据第一倾角数据和第二倾角数据直接计算得到第一偏移量和第二偏移量,由于仅设置有传感器和处理器,因而该***成本较低,并且算法简单。
附图说明
图1为本发明实施例提供的风电机组塔筒形态监测***设置在风电机组上的结构示意图;
图2为本发明实施例提供的风电机组塔筒形态监测***结构示意图;
图3为本发明实施例提供的风电机组塔筒形态监测方法的流程示意图。
具体实施方式
图1为本发明实施例提供的风电机组塔筒形态监测***设置在风电机组上的结构示意图;图2为本发明实施例提供的风电机组塔筒形态监测***结构示意图。
如图1和2所示,本实施例提供一种风电机组塔筒形态监测***,包括用于设置于塔筒顶部的第一倾角传感器1、用于设置于塔筒底座中心的第二倾角传感器2以及分别与第一倾角传感器1、第二倾角传感器2连接的处理器3。第一倾角传感器1可以设置于塔筒10的顶部平台上,第二倾角传感器2可以设置于塔筒10的底座平台的中心上。
第一倾角传感器1用于检测塔筒10中心线相对于竖直线的第一倾角数据;也就是说,第一倾角传感器1用于测量塔筒中心线相对于水平面的倾角变化量,该第一倾角传感器1检测的第一倾角数据包括αx和αy,α为塔筒中心线与竖直线的夹角,αx为塔筒顶面与X轴(东西方向)夹角,本实施例中,αx为塔筒10的顶部平台面与X轴的夹角,αy为塔筒顶面与Y轴(南北方向)夹角,本实施例中,αy为塔筒10的顶部平台面与Y轴的夹角。
第二倾角传感器2用于检测塔筒底座中心线相对于竖直线的第二倾角数据;也就是说,第二倾角传感器2用于测量塔筒底座中心线相对于水平面的倾角变化量,该第二倾角传感器2检测的第一倾角数据包括βx和βy,β为塔筒底座中心线与竖直线的夹角,βx为塔筒底座顶面与X轴(东西方向)夹角,本实施例中,βx为塔筒10的底座平台面与X轴的夹角,βy为塔筒底座顶面与Y轴(南北方向)夹角,本实施例中,αy为塔筒10的底座平台面与Y轴的夹角。
处理器3用于根据第一倾角数据计算得到塔筒顶部中心相对于塔筒底座中心在水平方向上的第一偏移量,第一偏移量为
Figure BDA00003161058900031
其中,Δx=Hsin(αx);Δy=Hsin(αy);H为塔筒高度;处理器3用于根据第二倾角数据计算得到塔筒底座中心在水平方向上的第二偏移量,第二偏移量为其中,Δx=Rsin(βx);Δy=Rsin(βy);R为塔筒底座的半径。
本实施例提供的风电机组塔筒形态监测***,第一倾角传感器检测塔筒中心线相对于竖直线的第一倾角数据,第二倾角传感器用于用于检测塔筒底座中心线相对于竖直线的第二倾角数据,处理器根据第一倾角数据和第二倾角数据直接计算得到第一偏移量和第二偏移量,由于仅设置有传感器和处理器,因而该***成本较低,并且算法简单。
在上述实施例提供的风电机组塔筒形态监测***的技术方案基础上,还可以包括用于实时显示监测结果的显示器4,显示器4与处理器3连接。具体地,处理器3将实施监测风电机组塔筒形态以动态曲线的方式,通过显示器4显示,为监测人员提供实时的监测结果,监测人员可以通过显示器4直观地监测塔筒形态的变化。
进一步地,处理器3还用于与风机主控***5连接,并将第一偏移量和第二偏移量分别与报警阈值比较,通过风机主控***5控制风电机组停机或向主控机房发出警报。当第一偏移量或第二偏移量大于报警阈值时,处理器3向风机主控***5发送控制信号,风机主控***5接收到处理器3发送的控制信号后,控制风电机组停机,可以避免风电机组出现损坏或倒塌等事故。当第一偏移量或第二偏移量大于报警阈值时,处理器3还可以向主控机房发出报警信号,以提示监测人员及时采取有效措施,应对风电机组塔筒的形态变化。
图3为本发明实施例提供的风电机组塔筒形态监测方法的流程示意图。如图3所示,本实施例提供的风电机组塔筒形态监测方法,包括:
步骤100,检测所述塔筒中心线相对于竖直线的第一倾角数据和塔筒底座中心线相对于竖直线的第二倾角数据。
可以通过第一倾角传感器检测所述塔筒中心线相对于竖直线的第一倾角数据,具体地,第一倾角传感器用于测量塔筒中心线相对于水平面的倾角变化量,该第一倾角传感器检测的第一倾角数据包括αx和αy,α为塔筒中心线与竖直线的夹角,αx为塔筒顶面与X轴(东西方向)夹角,本实施例中,αx为塔筒的顶部平台面与X轴的夹角,αy为塔筒顶面与Y轴(南北方向)夹角,本实施例中,αy为塔筒的顶部平台面与Y轴的夹角。
可以通过第二倾角传感器检测塔筒底座中心线相对于竖直线的第二倾角数据,具体地,第二倾角传感器用于检测塔筒底座中心线相对于竖直线的第二倾角数据;也就是说,第二倾角传感器用于测量塔筒底座中心线相对于水平面的倾角变化量,该第二倾角传感器检测的第一倾角数据包括βx和βy,β为塔筒底座中心线与竖直线的夹角,βx为塔筒底座顶面与X轴(东西方向)夹角,本实施例中,βx为塔筒的底座平台面与X轴的夹角,βy为塔筒底座顶面与Y轴(南北方向)夹角,本实施例中,βx为塔筒的底座平台面与Y轴的夹角。
步骤200,根据所述第一倾角数据计算得到所述塔筒顶部中心相对于所述塔筒底座中心在水平方向上的第一偏移量;根据所述第二倾角数据计算得到所述塔筒底座中心在水平方向上的第二偏移量。
第一偏移量为其中,Δx=Hsin(αx);Δy=Hsin(αy);H为塔筒高度,α为塔筒中心线与竖直线的夹角,αx为塔筒顶面与X轴(东西方向)夹角,αy为塔筒顶面与Y轴(南北方向)夹角;第一倾角数据包括αx和αy
第二偏移量为
Figure BDA00003161058900052
其中,Δx=Rsin(βx);Δy=Rsin(βy);R为塔筒底座的半径,β为塔筒底座中心线与竖直线的夹角,βx为塔筒底座顶面与X轴(东西方向)夹角,βy为塔筒底座顶面与Y轴(南北方向)夹角;第二倾角数据包括βx和βy
步骤300,根据所述第一偏移量和第二偏移量监测风电机组塔筒的形态。
具体地,可以根据第一偏移量和第二偏移量在显示器中实时显示风电机组塔筒变形的动态波形。
另外,还可以根据第一偏移量和第二偏移量与预先设定的报警阈值比较,当第一偏移量或第二偏移量大于报警阈值时,向主控机房发出警报。
本实施例提供的风电机组塔筒形态监测方法,与上述实施例提供的风电机组塔筒形态监测***的技术效果相同,在此不再赘述。
本领域普通技术人员可以理解:实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时,执行包括上述各方法实施例的步骤;而前述的存储介质包括:ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
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。

Claims (9)

1.一种风电机组塔筒形态监测***,其特征在于,包括用于设置于塔筒顶部的第一倾角传感器、用于设置于塔筒底座中心的第二倾角传感器以及分别与所述第一倾角传感器、第二倾角传感器连接的处理器;
所述第一倾角传感器用于检测所述塔筒中心线相对于竖直线的第一倾角数据;
所述第二倾角传感器用于检测所述塔筒底座中心线相对于竖直线的第二倾角数据;
所述处理器用于根据所述第一倾角数据计算得到所述塔筒顶部中心相对于所述塔筒底座中心在水平方向上的第一偏移量;所述处理器用于根据所述第二倾角数据计算得到所述塔筒底座中心在水平方向上的第二偏移量。
2.根据权利要求1所述的风电机组塔筒形态监测***,其特征在于,还包括用于实时显示监测结果的显示器,所述显示器与所述处理器连接。
3.根据权利要求1或2所述的风电机组塔筒形态监测***,其特征在于,所述处理器还用于与风机主控***连接,并将第一偏移量和第二偏移量分别与报警阈值比较,通过所述风机主控***控制风电机组停机或向主控机房发出警报。
4.一种风电机组塔筒形态监测方法,其特征在于,包括:
检测所述塔筒中心线相对于竖直线的第一倾角数据和塔筒底座中心线相对于竖直线的第二倾角数据;
根据所述第一倾角数据计算得到所述塔筒顶部中心相对于所述塔筒底座中心在水平方向上的第一偏移量;根据所述第二倾角数据计算得到所述塔筒底座中心在水平方向上的第二偏移量;
根据所述第一偏移量和第二偏移量监测风电机组塔筒的形态。
5.根据权利要求4所述的风电机组塔筒形态监测方法,其特征在于,所述检测所述塔筒中心线相对于竖直线的第一倾角数据和塔筒底座中心线相对于竖直线的第二倾角数据具体为:通过第一倾角传感器检测所述塔筒中心线相对于竖直线的第一倾角数据,通过第二倾角传感器检测塔筒底座中心线相对于竖直线的第二倾角数据。
6.根据权利要求4或5所述的风电机组塔筒形态监测方法,其特征在于,所述第一偏移量为
Figure FDA00003161058800021
其中,Δx=Hsin(αx);Δy=Hsin(αy);H为塔筒高度,α为塔筒中心线与竖直线的夹角,αx为塔筒顶面与X轴(东西方向)夹角,αy为塔筒顶面与Y轴(南北方向)夹角;
所述第一倾角数据包括αx和αy
7.根据权利要求4或5所述的风电机组塔筒形态监测方法,其特征在于,所述第二偏移量为
Figure FDA00003161058800022
其中,Δx=Rsin(βx);Δy=Rsin(βy);R为塔筒底座的半径,β为塔筒底座中心线与竖直线的夹角,βx为塔筒底座顶面与X轴(东西方向)夹角,βy为塔筒底座顶面与Y轴(南北方向)夹角;
所述第二倾角数据包括βx和βy
8.根据权利要求4或5所述的风电机组塔筒形态监测方法,其特征在于,所述根据第一偏移量和第二偏移量确定风电机组塔筒的形态具体为,根据第一偏移量和第二偏移量在显示器中实时显示风电机组塔筒变形的动态波形。
9.根据权利要求4或5所述的风电机组塔筒形态监测方法,其特征在于,所述根据第一偏移量和第二偏移量确定风电机组塔筒的形态具体为,根据第一偏移量和第二偏移量与预先设定的报警阈值比较,当第一偏移量或第二偏移量大于报警阈值时,向主控机房发出警报。
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