[发明专利]一种对风力发电设备的塔筒进行监测的系统和方法

说明书

本发明公开了一种对风力发电设备的塔筒进行监测的方法，塔筒底部塔基平面布置有第一双轴倾角传感器，顶部机舱平面布置有第二双轴倾角传感器和晃动传感器，方法包括步骤：经由第一双轴倾角传感器获取第一双轴倾角；至少根据第一双轴倾角计算静态双轴倾角；经由第二双轴倾角传感器计算第二双轴倾角；经由晃动传感器获取双轴晃动加速度；以及至少根据第一双轴倾角、静态双轴倾角、第二双轴倾角和双轴晃动加速度中的一个或多个计算塔筒的状态指标，状态指标指示塔筒的健康状态，并包括塔基指标、塔顶指标和塔筒指标中的至少一个。本发明还公开了一种对风力发电设备的塔筒进行监测的系统和相应的塔筒。

技术领域

本发明涉及塔筒状态监测领域，尤其涉及一种对风力发电设备的塔筒进行监测的系统和方法。

背景技术

风力发电作为一种重要的可再生新能源，受到广泛关注。而风力发电设备的塔筒作为风力发电机组的关键部位，其健康状态是风电运营和发展过程中重点关注的问题。

相比于一类风能资源地区，通常在二、三类风能资源开发风电需要更长的叶片和更高的塔架。因此随着二、三类风能资源逐渐成为风电开发的主要对象，塔筒高度不断增加，目前陆上风电机组的塔筒高度大多在50m-120m之间。塔筒承受着自重和叶片旋转产生的动荷载，而在自然风的作用下，风速、风向和风压的改变对塔筒产生的动荷载影响比较复杂。这诸多因素的共同作用会引起塔筒的变形和晃动，这种晃动不但引起塔筒本身的附加应力、影响结构强度和塔基稳定，而且还会影响塔筒顶端叶轮的变形和振动。并且塔筒的振动还有可能与叶轮旋转产生共振，从而影响风力机组性能。此外，过大的摆动还将导致塔体结构产生疲劳，甚至使得塔筒基础发生倾斜，产生安全隐患，造成巨大的经济损失。因此需要对塔筒的变形和晃动状态进行连续的在线监测。

目前，对于风力发电设备的塔筒常见的监测手段有：(1)利用GPS定位进行位移监测，此种方案精度目前不能满足风电机组塔筒毫米级的倾斜测量要求，并且采用多个GPS的方案不仅成本高，同时受工程施工的限制，必须安装在塔体外壁。(2)采用倾角传感器测量塔筒晃动的位移，此种方案虽然可行，但是由于现有技术未能考虑塔体的非线性变形特点以及目前静态倾角传感器测量动态倾角时的误差问题，导致基于刚体变形的假设和直接测量倾角结果所计算得到的位移量将远大于实际位移量。(3)采用加速度传感器进行两次积分计算塔筒位移，此种方法则存在初始位置无法准确获取，积分运算受积分参数干扰而精度较低等问题。

因此，需要一种新型的对塔筒进行监测的方案，实现对塔筒健康状况有效且可靠的在线监测。

发明内容

鉴于此，本发明提供了一种新的对风力发电设备的塔筒进行监测方案，以力图解决或至少缓解上面存在的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种对风力发电设备的塔筒进行监测的方法，塔筒底部的塔基平面布置有第一双轴倾角传感器，塔筒顶部的机舱平面布置有第二双轴倾角传感器和晃动传感器，该方法包括步骤：经由第一双轴倾角传感器获取塔基的第一双轴倾角；至少根据第一双轴倾角计算塔筒顶部的静态双轴倾角；经由第二双轴倾角传感器计算塔筒顶部晃动处于平衡位置时塔筒顶部的第二双轴倾角；经由晃动传感器获取塔筒顶部的双轴晃动加速度；以及至少根据第一双轴倾角、静态双轴倾角、第二双轴倾角和双轴晃动加速度中的一个或多个计算塔筒的状态指标，状态指标指示塔筒的健康状态，并包括塔基指标、塔顶指标和塔筒指标中的至少一个。

可选地，在根据本发明的方法中，塔基指标包括塔基倾斜角指标和塔基最大沉降量指标，计算塔基指标的步骤包括：根据第一双轴倾角计算塔基倾斜角指标；以及根据所述塔基倾斜角指标和塔底半径计算塔基最大沉降量指标。

可选地，在根据本发明的方法中，根据第一双轴倾角计算塔基倾斜角指标的公式如下：以及根据塔基倾斜角指标和塔底半径计算塔基最大沉降量指标的公式如下：Δr＝2R·sinα；其中，α为塔基倾斜角指标，Δr为塔基最大沉降量指标，α_x、α_y为第一双轴倾角，R为塔底半径。