CN101839806B - 风力发电机组及其疲劳载荷监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种疲劳载荷监测系统，用于风力发电机组，包括第一检测装置(211)，用于检测塔筒根部的疲劳状态，得到第一检测信号，第二检测装置(212)，用于检测除塔筒根部以外至少一个部位的疲劳状态，得到第二检测信号；控制装置(22)，用于接收第一检测信号和第二检测信号，并根据预定策略处理第一检测信号和第二检测信号，得到实际损伤值，比较实际损伤值与预定损伤值，判断风力发电机组的被测部位的损伤状态；输出装置(23)，用于输出被测部位的实际损伤值。该疲劳载荷监测系统具有较高的监测精确度，从而及时地对风力发电机组的各部件进行维修，延长各部件的使用寿命。本发明还公开了一种包括上述疲劳载荷监测系统的风力发电机组。

Description

风力发电机组及其疲劳载荷监测系统

技术领域

本发明涉及发电系统领域，特别是涉及一种用于风力发电机组的疲劳载荷监测系统。此外，本发明还涉及一种包括上述疲劳载荷监测系统的风力发电机组。

背景技术

随着环境保护意识的增强以及新能源工业领域的不断壮大，风力发电作为多种发电方式中的一种越来越受到人们的重视，风力发电机组也得到了快速的发展。

风力发电就是把风的动能转化为电能的一种发电方式。风力发电所需要的装置称为风力发电机组，风力发电机组一般包括塔筒、风轮和风力发电机三部分，工作过程中，风作用在风轮的叶片上，产生气动扭矩，叶片的根部将扭矩传递给轮毂，进而带动主轴、变速箱内的齿轮以及风力发电机的旋转轴旋转，产生电能。

目前，大型风力发电机组的设计寿命通常是20年，在风力发电机组的使用寿命中，其主要部件一直承受循环变化的载荷的作用，从而会产生疲劳损伤，当损伤积累到一定程度时，就必须对风机的主要部件特别是各部件连接处的焊缝、螺栓等进行检测和维修，以确保风力发电机组的安全运行。

现有技术中，通常是根据各机械部件的寿命曲线，制定其检测维修计划，检测维修人员根据上述计划定期对风力发电机组的各部件进行检修。然而，由于风力发电机组的外在运行条件具有不确定性，使得疲劳载荷对风力发电机组的各主要部件的损伤具有在时间的分布上的不均匀性，从而可能会造成以下情况：定期检修时风力发电机组的各主要部件的损伤程度很小，无需维修；或者检修时风力发电机的各主要部件已经发生了较大程度的损伤，无法进行维修，只能进行补救处理。

请参考图1，图1为现有技术中一种用于风力发电机组的疲劳载荷监测系统的结构示意图。

为解决上述问题，目前提供了一种用于风力发电机组的疲劳载荷监测系统，包括检测装置11，用于检测风力发电机组的塔筒根部的疲劳载荷，控制装置12，用于根据塔筒根部的载荷情况估计风力发电机组的整体载荷，并根据控制策略对风力发电机组进行控制，减小载荷。如果监测到的载荷频繁地或不断地超过一给定的最大值时，输出装置13将其输出，操作员就及时地对其进行维修，以防止风力发电机组的各部件进一步地损坏。

然而，上述监测装置的监测精度是建立在风力发电机组的根部承受了绝大部分的载荷，风力发电机组的其他部分的载荷仅占总载荷的一小部分的基础上的，而在实际运行中，风力发电机组中还有一些部位的疲劳载荷也是比较大的，而这些部位的疲劳载荷不容易通过对塔筒根部载荷的监测得到，从而不能准确地对风力发电机组的载荷状态进行检测，很有可能影响检测的精确度，影响维修工作。

因此，如何提高疲劳载荷监测装置的监测精确度，从而及时地对风力发电机组的各部件进行维修，延长各部件的使用寿命是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种风力发电机组的疲劳载荷监测系统，该疲劳载荷监测系统具有较高的监测精确度，从而及时地对风力发电机组的各部件进行维修，延长各部件的使用寿命。本发明的另一目的是提供一种包括上述疲劳载荷监测系统的风力发电机组。

为解决上述技术问题，本发明提供一种疲劳载荷监测系统，用于风力发电机组，包括第一检测装置，用于检测所述风力发电机组的塔筒根部的疲劳状态，得到第一检测信号，还包括：

第二检测装置，用于检测所述风力发电机组除所述塔筒根部以外至少一个部位的疲劳状态，得到第二检测信号；

控制装置，用于接收所述第一检测信号和所述第二检测信号，并根据预定策略处理所述第一检测信号和所述第二检测信号，得到实际损伤值，比较所述实际损伤值与预定损伤值，判断所述风力发电机组的被测部位的损伤状态；

输出装置，用于输出所述被测部位的实际损伤值。

优选地，所述第二检测装置包括叶片根部检测装置和齿轮箱主动轴检测装置二者之中的至少一者。

优选地，还包括无线信号发射装置，用于接收所述第一检测装置和所述第二检测装置的检测信号，并将所述检测信号传输至所述控制装置。

优选地，所述预定损伤值包括建议维修值和报警值。

优选地，所述输出装置包括报警装置，当所述实际损伤值达到所述报警值时，所述控制装置控制所述报警装置报警。

优选地，所述第一检测装置和所述第二检测装置均为电阻应变载荷传感器。

优选地，所述第一检测装置和所述第二检测装置的数目均为多个。

优选地，还包括存储装置，用于存储所述实际损伤值。

优选地，所述预定策略为：利用雨流计数法对所述第一检测信号和所述第二检测信号进行计数，并根据疲劳损伤值计算方法进行计算。

为解决上述问题，本发明还公开一种风力发电机组，包括如上述任一项所述的疲劳载荷监测系统。

本发明所提供的用于风力发电机组的疲劳载荷监测系统，包括：第一检测装置，用于检测风力发电机组的塔筒根部的疲劳状态，得到第一检测信号；第二检测装置，用于检测风力发电机组除塔筒根部以外至少一个部位的疲劳状态，得到第二检测信号；控制装置，用于接收第一检测信号和第二检测信号，并根据预定策略处理第一检测信号和第二检测信号，得到实际损伤值，比较实际损伤值与预定损伤值，判断风力发电机组的被测部位的损伤状态；以及输出装置，用于输出被测部位的实际损伤值。这样，在风力发电机组的工作过程中，第一检测装置时刻监测塔筒根部的疲劳状态，同时，第二检测装置时刻检测除塔筒根部以外的部位的疲劳状态，控制装置接受第一检测信号和第二检测信号，按照预定策略处理后，将各实际损伤值与相应的预定损伤值进行比较，得出检测部位的损伤状态，并通过输出装置输出，从而工作人员就可以根据损伤情况对被测风力发电机组进行维护和维修。可以看出，本发明所提供的疲劳载荷监测系统增加了第二检测装置，从而提高了对风力发电机组所受的疲劳载荷的监测精确度，能够及时地对风力发电机组的各部件进行维修，使风力发电机组的工作可靠性提高，延长了风力发电机组及其各部件的使用寿命；另一方面，由于风电场的工作状态还需根据电网电力调度情况进行调整，很有可能出现减少电力生产的情况，这样，风电场的监控系统就可以根据实际损伤值对风机进行排序，从而使疲劳损伤较为严重的风力发电机组优先停机，保证风电场内各风力发电机组损伤的同步性，减少维修次数，降低维修成本。

在一种优选实施方式中，本发明所提供的疲劳载荷监测系统的第二检测装置包括叶片根部检测装置和齿轮箱主动轴检测装置二者之中的至少一者。由于风力发电机组的叶片的根部和齿轮箱所受的疲劳载荷较大，属于较易发生疲劳损伤的部位，对上述两者中的至少一者所受的疲劳载荷进行检测可以更全面、更具代表性地反映风力发电机组的疲劳状态，在提高疲劳载荷监测系统的精确度的基础上，提高了疲劳载荷监测系统的针对性，使得检测结果更具有参考性。

在另一种优选实施方式中，所述预定损伤值包括建议维修值和报警值。由于风电场内的安装有多台风力发电机组，而各风力发电机组所处的局部环境是不同的，因此各台风力发电机组的疲劳损伤情况会有所不同，风电场的监控系统会对所有风机的疲劳损伤状态进行统计，同时设置建议维修值和报警值两个预定损伤值，一方面，可以根据统计制定维修计划，当风电场内的多数风力发电机组达到建议维修值时，对整个风电场的风力发电机组进行一次检修，恢复风力发电机组的性能，减小风力发电机组停机维修的概率，提高风电场运行的可靠性，避免了由于一台风力发电机组的实际损伤值达到建议维修值即进行维修而造成的资源浪费；另一方面，可以在个别风力发电机组达到报警值时，及时地对风力发电机组执行停机命令，进行全面检修，避免风力发电机组在较危险的状态下工作，造成严重事故的发生；同时，还可以在风力发电机组的实际损伤值达到建议维修值时，限制风力发电机组在极端的条件下运行，延长风力发电机组的使用寿命。

本发明所提供的风力发电机组的有益效果与疲劳载荷监测系统的有益效果类似，在此不再赘述。

附图说明

图1为现有技术中一种用于风力发电机组的疲劳载荷监测系统的结构示意图；

图2为本发明第一种具体实施方式所提供的用于风力发电机组的疲劳载荷监测系统的结构示意图；

图3为本发明第二种具体实施方式所提供的用于风力发电机组的疲劳载荷监测系统的结构示意图；

图4为本发明第三种具体实施方式所提供的用于风力发电机组的疲劳载荷监测系统的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种风力发电机组的疲劳载荷监测系统，该疲劳载荷监测系统具有较高的监测精确度，从而及时地对风力发电机组的各部件进行维修，延长各部件的使用寿命。本发明的另一核心是提供一种包括上述疲劳载荷监测系统的风力发电机组。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图2，图2为本发明第一种具体实施方式所提供的用于风力发电机组的疲劳载荷监测系统的结构示意图。

在一种具体实施方式中，本发明所提供的用于风力发电机组的疲劳载荷监测系统包括，第一检测装置211，用于检测风力发电机组的塔筒根部的疲劳状态，得到第一检测信号；第二检测装置212，用于检测风力发电机组除塔筒根部以外至少一个部位的疲劳状态，得到第二检测信号；控制装置22，用于接收第一检测信号和第二检测信号，并根据预定策略处理第一检测信号和第二检测信号，得到实际损伤值，比较实际损伤值与预定损伤值，判断风力发电机组的被测部位的损伤状态；以及输出装置23，用于输出被测部位的实际损伤值。

这样，在风力发电机组的工作过程中，第一检测装置211时刻监测塔筒根部的疲劳状态，同时，第二检测装置212时刻检测除塔筒根部以外的部位的疲劳状态，控制装置22接受第一检测信号和第二检测信号，按照预定策略处理后，将各实际损伤值与相应的预定损伤值进行比较，得出检测部位的损伤状态，并通过输出装置23输出，从而工作人员就可以根据损伤情况对被测风力发电机组进行维护和维修。

可以看出，本发明所提供的疲劳载荷监测系统增加了第二检测装置212，从而提高了对风力发电机组所受的疲劳载荷的监测精确度，能够及时地对风力发电机组的各部件进行维修，使风力发电机组的工作可靠性提高，延长了风力发电机组及其各部件的使用寿命；另一方面，由于风电场的工作状态还需根据电网电力调度情况进行调整，很有可能出现减少电力生产的情况，这样，风电场的监控系统就可以根据精度较高的实际损伤值对风机进行排序，从而使疲劳损伤较为严重的风力发电机组优先停机，保证风电场内各风力发电机组损伤程度的同步性，减少维修次数，降低维修成本。

具体地，由于风力发电机组的叶片的根部和齿轮箱所受的疲劳载荷较大，属于较易发生疲劳损伤的部位，因此，本发明所提供的疲劳载荷监测系统的第二检测装置212包括叶片根部检测装置和齿轮箱主动轴检测装置二者之中的至少一者。

对风力发电机组的叶片的根部和齿轮箱二者中的至少一者所受的疲劳载荷进行检测，可以更真实、更具代表性地反映风力发电机组的疲劳状态，在提高疲劳载荷监测系统的精确度的基础上，提高了疲劳载荷监测系统的针对性，使得检测结果更具有参考性。

请参考图3，图3为本发明第二种具体实施方式所提供的用于风力发电机组的疲劳载荷监测系统的结构示意图。

在第二种具体实施方式中，本发明所提供的疲劳载荷监测系统还包括无线信号发射装置24，用于接收第一检测装置211和第二检测装置212的检测信号，并将检测信号传输至控制装置23。

无线信号发射装置24的使用，使得第一检测装置211和第二检测装置212无需通过连接线与控制装置23连接，从而方便了各装置的安装，可以在安装时根据检测需要布置；同时，无线信号发射装置24的使用，还可以减少连接线的使用，从而避免了布置过程中线束之间的相互干扰，提高了信号传递的可靠性。

由于风电场内的安装有多台风力发电机组，而各风力发电机组所处的局部环境是不同的，因此各台风力发电机组的疲劳损伤情况会有所不同，风电场的监控系统会对所有风机的疲劳损伤状态进行统计，为了合理地对风电场内的多台风力发电机组进行维护，还可以使预定损伤值具体包括建议维修值和报警值。

同时设置建议维修值和报警值两个预定损伤值，一方面，可以根据统计结果制定维修计划，当风电场内的多数风力发电机组达到建议维修值时，对整个风电场的风力发电机组进行一次检修，恢复风力发电机组的性能，减小风力发电机组停机维修的概率，提高整个风电场运行的可靠性，避免了由于一台风力发电机组的实际损伤值达到建议维修值即进行维修而造成的资源浪费；另一方面，可以在个别风力发电机组达到报警值时，及时地对风力发电机组执行停机命令，进行全面检修，避免风力发电机组在较危险的状态下工作，可能造成严重安全事故；同时，还可以在风力发电机组的实际损伤值达到建议维修值时，限制风力发电机组在极端的条件下运行，延长风力发电机组的使用寿命。

为了在风力发电机组的实际损伤值达到报警值时及时地对其进行维修，输出装置23可以包括报警装置，以便当实际损伤值达到报警值时，所述控制装置控制报警装置报警，维修人员及时地对风力发电机组进行维修。

由于电阻应变载荷传感器在检测疲劳载荷方面的适用性，可以使第一检测装置和第二检测装置均为电阻应变载荷传感器。

当然，为了保证检测结果的准确性，可以设置多个第一检测装置211和第二检测装置212。

请参考图4，图4为本发明第三种具体实施方式所提供的用于风力发电机组的疲劳载荷监测系统的结构示意图。

如图4所示，本发明所提供的疲劳载荷监测系统还可以包括存储装置25，用于存储实际损伤值。

这样，维修人员就可以根据存储的实际损伤值制定维修计划，比如：临时维修计划和定损维修计划，从而使风力发电机组具有更高地工作可靠性。

具体地，为了降低对数据处理过程中的存储部件的要求，预定策略可以为：利用雨流计数法对第一检测信号和第二检测信号进行计数，将检测信号转换为一定均值和幅值范围内的计数信息，然后再根据疲劳损伤值的计算方法进行计算即可。

除了上述疲劳载荷监测系统，本发明还提供一种包括上述疲劳载荷监测系统的风力发电机组，该风力发电机组的其他各部分的结构请参考现有技术，本文不再赘述。

以上对本发明所提供的风力发电机组及其疲劳载荷监测系统进行了详细介绍。本文中运用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种疲劳载荷监测系统，用于风力发电机组，包括第一检测装置(211)，用于检测所述风力发电机组的塔筒根部的疲劳状态，得到第一检测信号，其特征在于，还包括：

第二检测装置(212)，用于检测所述风力发电机组除所述塔筒根部以外至少一个部位的疲劳状态，得到第二检测信号；

控制装置(22)，用于接收所述第一检测信号和所述第二检测信号，并根据预定策略处理所述第一检测信号和所述第二检测信号，得到实际损伤值，比较所述实际损伤值与预定损伤值，判断所述风力发电机组的被测部位的损伤状态；

输出装置(23)，用于输出所述被测部位的实际损伤值。

2.根据权利要求1所述的疲劳载荷监测系统，其特征在于，所述第二检测装置(212)包括叶片根部检测装置和齿轮箱主动轴检测装置二者之中的至少一者。

3.根据权利要求2所述的疲劳载荷监测系统，其特征在于，还包括无线信号发射装置(24)，用于接收所述第一检测装置(211)和所述第二检测装置(212)的检测信号，并将所述检测信号传输至所述控制装置(22)。

4.根据权利要求2所述的疲劳载荷监测系统，其特征在于，所述预定损伤值包括建议维修值和报警值。

5.根据权利要求4所述的疲劳载荷监测系统，其特征在于，所述输出装置(23)包括报警装置，当所述实际损伤值达到所述报警值时，所述控制装置(22)控制所述报警装置报警。

6.根据权利要求2所述的疲劳载荷监测系统，其特征在于，所述第一检测装置(211)和所述第二检测装置(212)均为电阻应变载荷传感器。

7.根据权利要求6所述的疲劳载荷监测系统，其特征在于，所述第一检测装置(211)和所述第二检测装置(212)的数目均为多个。

8.根据权利要求1至7任一项所述的疲劳载荷监测系统，其特征在于，还包括存储装置(25)，用于存储所述实际损伤值。

9.根据权利要求1至7任一项所述的疲劳载荷监测系统，其特征在于，所述预定策略为：利用雨流计数法对所述第一检测信号和所述第二检测信号进行计数，并根据疲劳损伤值计算方法进行计算。

10.一种风力发电机组，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的疲劳载荷监测系统。

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