[发明专利]一种风力发电机塔筒健康状态监测方法和专用检测系统

权利要求书

1.一种风力发电机塔筒健康状态监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）利用塔筒内表面上粘贴的3-8个双轴加速度传感器采集塔筒的振动数据，每个所述双轴加速度传感器安装在塔筒横截面的同一位置，采集垂直于所述双轴加速度传感器粘贴平面方向与塔筒横截面圆环切向方向的加速度信号；

2）利用双轴倾角传感器采集塔基的倾角数据；

3）采集单元提取塔筒的加速度与塔基的倾角数据；

4）采集单元通过网线接入环网交换机，将采集到的所述振动数据、所述倾角数据及风机运行过程中的SCADA工况参数传入风场中控室安装的塔筒在线监测服务器；

5）塔筒在线监测服务器结合所述工况参数对所述振动数据、所述倾角数据进行分析，获取所述塔筒的健康状态和非健康状态，所述塔筒异常时自动报警；

6）异常数据经过单向隔离设备将所述异常数据传送到外网服务器，再由所述外网服务器传送到远程诊断中心，所述远程诊断中心对异常数据进行分析，提交诊断报告；

所述的步骤5），在线监测服务器根据获取的SCADA工况参数建立N维工况矩阵，N=工况参数数量，矩阵中每一个向量代表一个工况点，并对应一组塔筒的固有频率与振型；以固有频率为例，设置所述塔筒的标准固有频率参数，使每一个工况点指向其对应的塔筒固有频率与标准固有频率的差值；同理，每一个工况点也指向其对应的塔筒模态振型与标准振型的差值；在两个相邻工况点之间通过插值来提高分辨率；

在线监测服务器将新采集的塔筒固有频率减去对应工况点指向的减值，实现对新采集塔筒固有频率的修正。

2.根据权利要求1所述一种风力发电机塔筒健康状态监测方法，其特征在于，所述塔筒在线监测服务器对采集到的所述振动数据和所述倾角数据进行分析，对所述振动数据进行运行模态分析，获取所述塔筒的固有频率及其相应振型的模态参数；通过所述倾角数据分析塔筒的非均匀沉降状态。

3.根据权利要求2所述的一种风力发电机塔筒健康状态监测方法，其特征在于，

通过修正后塔筒固有频率的变化判断塔筒是否发生损伤、通过修正后塔筒固有频率对应振型的变化获取损伤发生的大致位置；

绘出修正后塔筒各阶固有频率随时间变化的曲线，塔筒正常时塔筒各阶固有频率随时间变化的曲线应该为水平线，如果新采集的塔筒固有频率偏离水平位置超过一定阈值，则认为该塔筒发生结构损伤；

当塔筒固有频率偏离水平位置时，对比塔筒修正后塔筒模态振型与标准振型，差异最大的位置即为损伤可能发生的区域。

4.根据权利要求1所述一种风力发电机塔筒健康状态监测方法，其特征在于，所述的塔筒的倾角通过以下方式获得：

计算公式为：，塔筒的最大沉降量为，其中为塔筒的倾斜角；、分别为双轴倾角传感器采集到的倾斜角；H为塔筒的最大沉降量；R为塔基半径。

5.用于权利要求1所述一种风力发电机塔筒健康状态监测方法的检测系统，其特征在于，塔筒内表面上粘贴有3-8个双轴加速度传感器；每个双轴加速度传感器的高度根据塔筒的前四阶弯曲振型确定，且每个双轴加速度传感器安装在塔筒横截面的同一位置，采集垂直于双轴加速度传感器粘贴平面方向与塔筒横截面圆环切向方向的加速度信号；塔筒的塔基平面上设有双轴倾角传感器，塔基或者机舱内设有采集单元；双轴加速度传感器、双轴倾角传感器与采集单元连接，采集单元通过环网交换机与在线监测服务器相连；在线监测服务器经过单向隔离器与外网服务器相连，在线监测服务器根据获取的SCADA工况参数建立N维工况矩阵，N=工况参数数量，矩阵中每一个向量代表一个工况点，并对应一组塔筒的固有频率与振型；以固有频率为例，设置所述塔筒的标准固有频率参数，使每一个工况点指向其对应的塔筒固有频率与标准固有频率的差值；同理，每一个工况点也指向其对应的塔筒模态振型与标准振型的差值；在两个相邻工况点之间通过插值来提高分辨率；

在线监测服务器将新采集的塔筒固有频率减去对应工况点指向的减值，实现对新采集塔筒固有频率的修正。