CN111220110A - 塔顶低频振动水平位移监测方法 - Google Patents

塔顶低频振动水平位移监测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种塔顶低频振动水平位移监测方法，包括如下步骤：通过倾角采集装置获得塔顶位置的倾角信号，通过相对式测振装置采集同一时刻的塔顶振动水平位移数据；对采集时刻获取的塔顶倾角数据和水平位移数据求取回归方程；实现实时水平位移监控。本发明具有如下有益效果：本发明以塔顶实时角度测量来间接得到对应的实时塔顶水平位移值，大大降低了现场数据采集的难度；以运用一次相对式测振装置对倾角和水平位移的定标来替代终生外部远距离振动位移监测，极大地降低了监测成本；以实测水平位移数据对标实测角度数据，打破了理论计算的各个假设条件限制，提高了监测数据的有效性，有利于理论数据和实测数据的融合。

Description

塔顶低频振动水平位移监测方法
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，尤其是涉及一种能够对塔顶水平位移进行实时监控和超限报警，低成本的塔顶低频振动水平位移监测方法。
背景技术
风电机组塔顶低频振动是风力发电机组在实际运行过程的主要振动，因加速度信号较速度信号和位移信号幅值大，易于在风电机组监测中进行运用。加速度信号的监测仪器(如：MEMS、PCH、WP4080、LE2183等低频振动传感器产品)作为其中一种振动信号传感器，在诸多领域已得到广泛的应用，如在桥梁振动监测、水轮发电机组监测以及泵站泵组设备监测中极为常见。风电技术因其特殊性，如风机塔筒自身刚度相对较弱，且载荷方向性多变、振频多样，在单纯使用加速度信号进行监测时往往出现失效监测。激光测振技术作为目前热门的监测技术虽然可以在地面实行对塔顶振动多项检测和运行数据获取，但因其造价昂贵很难在风电机组的监测进行普及。
水平实时位移作为考核塔筒塔顶的挠度特性，尤其作为一种安全指标，在风机安全保护监测中有着巨大的意义。因此，全方位、多手段、多侧面、低成本的***振动监测则将成为一项亟待解决的问题。
发明内容
本发明为了克服现有技术中存在的监测成本高昂，采用加速度信号监测经常失效的不足，提供了一种能够对塔顶水平位移进行实时监控和超限报警，低成本的塔顶低频振动水平位移监测方法。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种塔顶低频振动水平位移监测方法，包括主控制器、倾角采集装置、相对式测振装置、信号调理模块和报警电路；主控制器分别与倾角采集装置、相对式测振装置、信号调理模块和报警电路电连接；信号调理模块与倾角采集装置电连接；包括如下步骤：
(1-1)获取倾角数据：通过倾角采集装置获得塔顶位置的倾角信号，并输出塔顶实时倾角数据至主控制器；
(1-2)获取塔顶振动水平位移数据：通过相对式测振装置采集同一时刻的塔顶振动水平位移数据至主控制器；
(1-3)求取倾角-位移回归方程：对采集时刻获取的塔顶倾角数据和塔顶振动水平位移数据进行回归分析，求取倾角-位移回归方程；
(1-4)实时塔顶振动水平位移监控：通过倾角采集装置实时采集倾角信号，通过倾角-位移回归方程获得实时塔顶振动水平位移，实现对塔顶振动水平位移的实时监控。
本发明通过倾角采集装置获得塔顶位置的倾角信号，通过相对式测振装置采集同一时刻的塔顶振动水平位移数据；对采集时刻获取的塔顶倾角数据和塔顶振动水平位移数据求取回归方程；实现实时塔顶振动水平位移监控。
作为优选，倾角采集装置包括2对角度传感器；2对角度传感器均与主控制器电连接；2对角度传感器成对分布于风电机组塔顶塔壁主振动正反方向和正交90°方向；步骤(1-1)的具体步骤如下：
(2-1)位于风电机组塔顶塔壁主振动正反方向和正交90°方向的2对角度传感器采集角度信号；
(2-2)主控制器获得2对角度传感器传输过来的角度信号，获得风电机组塔顶塔壁主振动正反方向和正交90°方向的实时倾角数据。
作为优选，步骤(1-2)的具体步骤如下：
(3-1)对塔顶塔壁主振动正反方向和正交90°方向，在地面运用相对式测振装置同步测量倾角采集装置安装位置的实时塔顶振动水平位移；
(3-2)主控制器获得相同时刻的塔顶振动水平位移数据。
作为优选，步骤(1-3)的具体步骤如下：
(4-1)根据采集的数据点集合{(Xi,yi)}(i＝0,1,2,......,m)，采用回归模型建立两个线性变量之间的关系式y＝P(Xi)，其中，Xi表示时刻i的塔顶倾角数据，yi表示时刻i的塔顶振动水平位移数据；
(4-2)利用最小二乘法进行曲线拟合，使y与yi之间误差的平方和E2最小，其中，E2＝∑[p(Xi)-yi]2；
(4-3)求得塔顶倾角与塔顶振动水平位移之间的回归方程。
作为优选，信号调理模块包括信号放大电路和滤波电路；信号放大电路分别与倾角采集装置和滤波电路电连接，滤波电路与主控制器电连接；步骤(1-4)的具体步骤如下：
(5-1)设置塔顶振动水平位移的最大值；
(5-2)通过倾角采集装置采集角度信号；
(5-3)角度信号通过信号调理模块进行信号放大和滤波处理，传输给主控制器；
(5-4)主控制器根据获得的倾角-位移回归方程获得相对应的塔顶振动水平位移数据，如果获得的塔顶振动水平位移数据大于设置的塔顶振动水平位移的最大值，主控制器控制报警电路进行报警，提醒相关人员塔顶振动水平位移数据存在异常；如果获得的塔顶振动水平位移数据小于设置的塔顶振动水平位移的最大值，转入步骤(5-2)，进行塔顶振动水平位移数据的实时在线监测。
使用回归模型得到倾角-位移回归方程，再以实测塔顶振动水平位移数据对标实测角度数据，打破了理论计算的各个假设条件限制，提高了监测数据的有效性，有利于理论数据和实测数据的融合
作为优选，使用的回归模型为一元线性回归模型。
作为优选，相对式测振装置为激光测振装置。
因此，本发明具有如下有益效果：本发明以塔顶实时角度测量来间接得到对应的实时塔顶水平位移值，大大降低了现场数据采集的难度；以运用一次相对式测振装置对倾角和水平位移的定标来替代终生外部远距离振动位移监测，极大地降低了监测成本；以实测水平位移数据对标实测角度数据，打破了理论计算的各个假设条件限制，提高了监测数据的有效性，有利于理论数据和实测数据的融合。
附图说明
图1是本发明的一种***框图；
图2是本发明的一种流程图。
图中：主控制器1、倾角采集装置2、相对式测振装置3、信号调理模块4、报警电路5、角度传感器21、信号放大电路41、滤波电路42。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步描述：
如图1所示的实施例是一种塔顶低频振动水平位移监测方法，监测装置包括主控制器1、倾角采集装置2、相对式测振装置3、信号调理模块4和报警电路5；倾角采集装置包括2对角度传感器21；信号调理模块包括信号放大电路41和滤波电路42；2对角度传感器成对分布于风电机组塔顶塔壁主振动正反方向和正交90°方向；主控制器分别与2对角度传感器、相对式测振装置、滤波电路和报警电路电连接；信号放大电路分别与2对角度传感器和滤波电路电连接；相对式测振装置为激光测振装置；如图2所示，监测方法包括如下步骤：
步骤100，获取倾角数据：通过倾角采集装置获得塔顶位置的倾角信号，并输出塔顶实时倾角数据至主控制器；
步骤101，位于风电机组塔顶塔壁主振动正反方向和正交90°方向的2对角度传感器采集角度信号；
步骤102，主控制器获得2对角度传感器传输过来的角度信号，获得风电机组塔顶塔壁主振动正反方向和正交90°方向的实时倾角数据；
步骤200，获取塔顶振动水平位移数据：通过激光测振装置采集同一时刻的塔顶振动水平位移数据至主控制器；
步骤201，对塔顶塔壁主振动正反方向和正交90°方向，在地面运用激光测振装置同步测量倾角采集装置安装位置的实时塔顶振动水平位移；
步骤202，主控制器获得相同时刻的塔顶振动水平位移数据；
步骤300，求取倾角-位移回归方程：对采集时刻获取的塔顶倾角数据和塔顶振动水平位移数据进行回归分析，求取倾角-位移回归方程；
步骤301，根据采集的数据点集合{(Xi,yi)}(i＝0,1,2,......,m)，采用回归模型建立两个线性变量之间的关系式y＝P(Xi)，其中，Xi表示时刻i的塔顶倾角数据，yi表示时刻i的塔顶振动水平位移数据；
步骤302，利用最小二乘法进行曲线拟合，使y与yi之间误差的平方和E2最小，其中，E2＝∑[p(Xi)-yi]2；
步骤303，求得塔顶倾角与塔顶振动水平位移之间的回归方程；
步骤400，实时塔顶振动水平位移监控：通过倾角采集装置实时采集倾角信号，通过倾角-位移回归方程获得实时塔顶振动水平位移，实现对塔顶振动水平位移的实时监控；
步骤401，设置塔顶振动水平位移的最大值；
步骤402，通过2对角度传感器采集角度信号；
步骤403，角度信号通过信号调理模块进行信号放大和滤波处理，传输给主控制器；
步骤404，主控制器根据获得的倾角-位移回归方程获得相对应的塔顶振动水平位移数据，如果获得的塔顶振动水平位移数据大于设置的塔顶振动水平位移的最大值，主控制器控制报警电路进行报警，提醒相关人员塔顶振动水平位移数据存在异常；如果获得的塔顶振动水平位移数据小于设置的塔顶振动水平位移的最大值，转入步骤402，进行塔顶振动水平位移数据的实时在线监测。
应理解，本实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (7)

1.一种塔顶低频振动水平位移监测方法，其特征在于，包括主控制器(1)、倾角采集装置(2)、相对式测振装置(3)、信号调理模块(4)和报警电路(5)；主控制器分别与倾角采集装置、相对式测振装置、信号调理模块和报警电路电连接；信号调理模块与倾角采集装置电连接；包括如下步骤：
(1-1)获取倾角数据：通过倾角采集装置获得塔顶位置的倾角信号，并输出塔顶实时倾角数据至主控制器；
(1-2)获取塔顶振动水平位移数据：通过相对式测振装置采集同一时刻的塔顶振动水平位移数据至主控制器；
(1-3)求取倾角-位移回归方程：对采集时刻获取的塔顶倾角数据和塔顶振动水平位移数据进行回归分析，求取倾角-位移回归方程；
(1-4)实时塔顶振动水平位移监控：通过倾角采集装置实时采集倾角信号，通过倾角-位移回归方程获得实时塔顶振动水平位移，实现对塔顶振动水平位移的实时监控。
2.根据权利要求1所述的塔顶低频振动水平位移监测方法，其特征在于，倾角采集装置包括2对角度传感器(21)；2对角度传感器均与主控制器电连接；2对角度传感器成对分布于风电机组塔顶塔壁主振动正反方向和正交90°方向；步骤(1-1)的具体步骤如下：
(2-1)位于风电机组塔顶塔壁主振动正反方向和正交90°方向的2对角度传感器采集角度信号；
(2-2)主控制器获得2对角度传感器传输过来的角度信号，获得风电机组塔顶塔壁主振动正反方向和正交90°方向的实时倾角数据。
3.根据权利要求1所述的塔顶低频振动水平位移监测方法，其特征在于，步骤(1-2)的具体步骤如下：
(3-1)对塔顶塔壁主振动正反方向和正交90°方向，在地面运用相对式测振装置同步测量倾角采集装置安装位置的实时塔顶振动水平位移；
(3-2)主控制器获得相同时刻的塔顶振动水平位移数据。
4.根据权利要求1所述的塔顶低频振动水平位移监测方法，其特征在于，步骤(1-3)的具体步骤如下：
(4-1)根据采集的数据点集合{(Xi,yi)}(i＝0,1,2,......,m)，采用回归模型建立两个线性变量之间的关系式y＝P(Xi)，其中，Xi表示时刻i的塔顶倾角数据，yi表示时刻i的塔顶振动水平位移数据；
(4-2)利用最小二乘法进行曲线拟合，使y与yi之间误差的平方和E2最小，其中，E2＝∑[p(Xi)-yi]2；
(4-3)求得塔顶倾角与塔顶振动水平位移之间的回归方程。
5.根据权利要求1所述的塔顶低频振动水平位移监测方法，其特征在于，信号调理模块包括信号放大电路(41)和滤波电路(42)；信号放大电路分别与倾角采集装置和滤波电路电连接，滤波电路与主控制器电连接；步骤(1-4)的具体步骤如下：
(5-1)设置塔顶振动水平位移的最大值；
(5-2)通过倾角采集装置采集角度信号；
(5-3)角度信号通过信号调理模块进行信号放大和滤波处理，传输给主控制器；
(5-4)主控制器根据获得的倾角-位移回归方程获得相对应的塔顶振动水平位移数据，如果获得的塔顶振动水平位移数据大于设置的塔顶振动水平位移的最大值，主控制器控制报警电路进行报警，提醒相关人员塔顶振动水平位移数据存在异常；如果获得的塔顶振动水平位移数据小于设置的塔顶振动水平位移的最大值，转入步骤(5-2)，进行塔顶振动水平位移数据的实时在线监测。
6.根据权利要求4所述的塔顶低频振动水平位移监测方法，其特征在于，使用的回归模型为一元线性回归模型。
7.根据权利要求1或3所述的塔顶低频振动水平位移监测方法，其特征在于，相对式测振装置为激光测振装置。
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