CN110748461B - 一种风力发电机组的机舱位移监测方法 - Google Patents

一种风力发电机组的机舱位移监测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种风力发电机组的机舱位移监测方法，在机舱的底部，塔筒中心线上安装一根钢丝绳，钢丝绳从机舱往下一直到离地面高度2‑3m处，钢丝绳下端悬挂一个吊坠，使钢丝绳处于完全垂直和紧绷状态；在塔筒内离地面高度5‑6m处设置一个平台，平台上开一个圆孔，钢丝绳垂直穿过圆孔；在平台上方的钢丝绳上，悬挂一个双轴倾角传感器，该双轴倾角传感器其中一个轴的方向对准机舱的朝向，用于检测机舱的前后运动，另一个轴的方向对准机舱的侧向，用于检测机舱的左右运动；当风力发电机组运行时，由于机舱的前后运动和左右运动，会带动钢丝绳发生前后倾斜和左右倾斜，通过倾斜角即可计算出机舱发生的前后和左右位移。本发明方法简单可靠，准确度高。

Description

一种风力发电机组的机舱位移监测方法
技术领域
本发明涉及风力发电的技术领域，尤其是指一种风力发电机组的机舱位移监测方法。
背景技术
随着风力发电机组的塔筒高度越来越高，柔软性也随着增加，弯曲程度不断增大，如果塔筒弯曲过于严重，可能带来危险的后果。机舱位移是塔筒弯曲程度的一个指标，机舱位移定义为，风力发电机组运行过程中，机舱偏离其自身在风力发电机组静止状态下的水平距离。因此，在风力发电机组运行过程中，需要实时监测机舱位移，当机舱位移大于某个阈值时，应当采取相应措施，确保机组安全。
目前监测机舱位移的方法主要是采用定位法，在机舱上安装一个传感器，在离风力发电机组约500m处的地面上安装一个服务器，通过卫星遥感，定位到风力发电机组静止状态时传感器即机舱的原始坐标，当风力发电机组运行时，传感器相对位置发生变化，服务器通过卫星实时监测到传感器的新坐标，通过新坐标和原始坐标的对比，即可计算出机舱位移。但机舱位移本身数值并不大，一般在0-3m之间，采用卫星定位技术，精度和误差都无法保证，并且稳定性也不好。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种准确可靠的风力发电机组的机舱位移监测方法，可精准测量机舱位移，规避传统技术存在的精度、误差和稳定性都无法保证的问题。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种风力发电机组的机舱位移监测方法，该方法是将机舱位移转化为塔筒中心线的倾角变化进行检测，所述机舱是安装在塔筒顶部，风力发电机组的叶片在风力作用下旋转，塔筒随之发生前后和左右摆动，机舱相对地面的位置也会随之发生变化，所以无论塔筒发生几阶模态弯曲，塔筒中心线的倾角始终都能代表机舱的位移，其具体情况如下：
在机舱的底部，塔筒中心线上安装一根钢丝绳，钢丝绳从机舱往下一直到离地面高度2-3m处，钢丝绳下端悬挂一个吊坠，使钢丝绳处于完全垂直和紧绷状态；
在塔筒内离地面高度5-6m处设置一个平台，平台上开一个圆孔，钢丝绳垂直穿过圆孔；
在平台上方的钢丝绳上，悬挂一个双轴倾角传感器，该双轴倾角传感器其中一个轴的方向对准机舱的朝向，用于检测机舱的前后运动，另一个轴的方向对准机舱的侧向，用于检测机舱的左右运动，该双轴倾角传感器的信号线接入风力发电机组的主控器；
当风力发电机组运行时，由于机舱的前后运动和左右运动，会带动钢丝绳发生前后倾斜和左右倾斜，通过倾斜角即可计算出机舱发生的前后和左右位移，如下：
在风力发电机组在静止时，记录下双轴倾角传感器此时的倾角为φ0前后和φ0左右，在风力发电机组运行时，通过主控器读取到的倾角为φ前后和φ左右，而后结合平台到机舱底部的距离h，通过公式X前后＝tan(φ前后-φ0前后)×h计算出机舱的前后位移X前后，通过公式X左右＝tan(φ左右-φ0左右)×h计算出机舱的左右位移X左右；如果计算得出的机舱的前后位移X前后或左右位移X左右超过阈值，表明塔筒弯曲和受力过大，此时，需要主控器控制风力发电机组的叶片动作，使机组保持在安全运行状态。
进一步，所述平台为匹配塔筒内径的圆形平台，圆孔开设在圆形平台的中心处。
本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
1、本发明采用钢丝绳、双轴倾角传感器等器械，操作简单，可靠性高。
2、本发明采用倾角计算位移，方法简单可靠，准确度高，可以实现对机舱位移的精准监测。
附图说明
图1为实施例中机舱位移监测示意图。
图2为实施例中平台示意图。
图3为实施例中双轴倾角传感器的简示图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
参见图1所示，风力发电机组主要由塔筒1、机舱2和叶片3组成，叶片3在风力作用下旋转，塔筒1随之发生前后和左右摆动，机舱2相对地面的位置也随之发生变化，本实施例所提供的风力发电机组的机舱位移监测方法，其具体情况如下：
在机舱2的底部，塔筒中心线上安装一根钢丝绳4，钢丝绳4从机舱2往下一直到离地面高度2-3m处(小于该高度范围，塔筒弯曲时，吊坠可能会碰到地面)，钢丝绳4的下端悬挂一个吊坠5，使钢丝绳4处于完全垂直和紧绷状态。
在塔筒1内离地面高度5-6m处设置一个匹配塔筒1内径的圆形平台6(见附图2所示)，圆形平台6中心处开一个圆孔，钢丝绳4刚好可以垂直穿过圆孔。
在圆形平台6上方的钢丝绳上，固定一个双轴倾角传感器7(见附图3所示)，其中一个轴的方向对准机舱2的朝向，用于检测机舱2的前后运动，另一个轴的方向对准机舱2的侧向，用于检测机舱2的左右运动；双轴倾角传感器7的信号线接入风力发电机组的主控器8。
当风力发电机组运行时，由于机舱2的前后摆动和左右摆动，会带动钢丝绳4发生前后倾斜和左右倾斜，通过倾斜角即可计算出机舱2发生的前后和左右位移，如下：
在风力发电机组在静止时，由于机舱2重量的作用，此时塔筒1可能已经有一定的弯曲，记录下双轴倾角传感器7此时的倾角为φ0前后和φ0左右；在风力发电机组运行时，通过主控器8读取到的倾角为φ前后和φ左右，而后结合圆形平台6到机舱2底部的距离h，通过公式X前后＝tan(φ前后-φ0前后)*h计算出机舱的前后位移X前后，通过公式X左右＝tan(φ左右-φ0左右)*h计算出机舱的左右位移X左右。如果如果计算得出的机舱的前后位移X前后或左右位移X左右超过阈值，表明塔筒1弯曲和受力过大，主控器8可控制叶片3动作，使机组保持在安全运行状态。
另外，双轴倾角传感器7的角度分辨率与计算的位移分辨率的关系是：假设塔筒高度为100m，角度分辨率为0.01度，则计算的位移分辨率为17mm，可以满足机舱位移监测的要求。其中，角度分辨率是双轴倾角传感器的一个参数，就是相当于屏幕的分辨率，即传感器能感知到的最小角度变化，传感器是不可能检测到非常微弱的变化，那么角度分辨率就是其能检测到的最小变化角度，但不是最小角度，例如，现在检测到2.15度，如果角度分辨率为0.01度，那么下一个值只能是大于或等于2.16度，而不可能是2.155度，位移分辨率就是通过上述角度分辨率计算得到的，逻辑为X＝tan(φ-φ0)×h，φ0为风力发电机组静止状态下记录的双轴倾角传感器的倾角，φ为风力发电机组运行过程中记录的双轴倾角传感器的倾角，h为平台到机舱底部的距离。
以上所述实施例只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种风力发电机组的机舱位移监测方法，其特征在于：该方法是将机舱位移转化为塔筒中心线的倾角变化进行检测，所述机舱是安装在塔筒顶部，风力发电机组的叶片在风力作用下旋转，塔筒随之发生前后和左右摆动，机舱相对地面的位置也会随之发生变化，所以无论塔筒发生几阶模态弯曲，塔筒中心线的倾角始终都能代表机舱的位移，其具体情况如下：
在机舱的底部，塔筒中心线上安装一根钢丝绳，钢丝绳从机舱往下一直到离地面高度2-3m处，钢丝绳下端悬挂一个吊坠，使钢丝绳处于完全垂直和紧绷状态；
在塔筒内离地面高度5-6m处设置一个平台，平台上开一个圆孔，钢丝绳垂直穿过圆孔；
在平台上方的钢丝绳上，悬挂一个双轴倾角传感器，该双轴倾角传感器其中一个轴的方向对准机舱的朝向，用于检测机舱的前后运动，另一个轴的方向对准机舱的侧向，用于检测机舱的左右运动，该双轴倾角传感器的信号线接入风力发电机组的主控器；
当风力发电机组运行时，由于机舱的前后运动和左右运动，会带动钢丝绳发生前后倾斜和左右倾斜，通过倾斜角即可计算出机舱发生的前后和左右位移，如下：
在风力发电机组在静止时，记录下双轴倾角传感器此时的倾角为φ0前后和φ0左右，在风力发电机组运行时，通过主控器读取到的倾角为φ前后和φ左右，而后结合平台到机舱底部的距离h，通过公式X前后＝tan(φ前后-φ0前后)×h计算出机舱的前后位移X前后，通过公式X左右＝tan(φ左右-φ0左右)×h计算出机舱的左右位移X左右；如果计算得出的机舱的前后位移X前后或左右位移X左右超过阈值，表明塔筒弯曲和受力过大，此时，需要主控器控制风力发电机组的叶片动作，使机组保持在安全运行状态。
2.根据权利要求1所述的一种风力发电机组的机舱位移监测方法，其特征在于：所述平台为匹配塔筒内径的圆形平台，圆孔开设在圆形平台的中心处。
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