CN111022270A - 一种风力发电机组塔顶位移实时测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风力发电机组塔顶位移实时测量方法，包括步骤：1)安装高精度卫星导航定位系统；2)机组信息标定；3)计算塔顶位移，在机组运行当中，机组的主控实时记录机组的机舱位置角度、卫星导航定位系统所测机组运行航向角以及经纬度坐标，根据所测信息以及机组标定信息，将其在线实时转化为塔顶位移，包括机组塔顶整体位移、相对于机舱位置前后方向塔顶位移以及左右方向的塔顶位移。本发明方法可以实时在线精确测量风力发电机组的塔顶位移，包括机组塔顶整体位移以及相对于机舱位置前后方向以及左右方向的塔顶位移，为机组的设计优化提供相应的参考，同时能对机组运行的安全性进行实时评估，具有实际应用价值。

Description

一种风力发电机组塔顶位移实时测量方法

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塔顶位移实时测量方法。

背景技术

近些年来，随着可再生能源的大力发展，风力发电机组单机容量越来越大，风力发电机组的塔筒高度也越来越高，而机组塔顶所承受的载荷也越来越大。在某些极端工况下，机组的塔顶位移可能超过设计阈值，存在一定的安全隐患。塔顶位移是机组设计中需考虑的关键参数，其可以用于对整机载荷进行评估，进而进行相应的降载控制，为保证机组的运行的安全性，对高塔架机组的塔顶位移进行监测十分必要。

目前常用塔顶位移监测方法有以下几种：1、对机组塔顶的振动加速度信号进行积分，得到位移信号；2、拍摄塔顶运动图像，计算塔顶位移；3、红外摄像头拍摄塔底红外投影图像，计算塔顶位移。其中方法1存在积分漂移问题，定位误差随时间而增长，长期测量精度差；方法2和3存在实时性和精度问题，无法满足实时在线精确测量的要求，另外所测的位移为机组的整体位移，无法转化为机组前后和左右方向的位移。因此，目前急需一种能实时在线的高精度机组塔顶位移测量方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种可行的风力发电机组塔顶位移实时测量方法，能够实时、精准地监测机组塔顶位移。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种风力发电机组塔顶位移实时测量方法，包括以下步骤：

1)安装高精度卫星导航定位系统

安装卫星导航定位系统到机组的塔顶，该系统能精确测量航向和经纬度信息，并能与机组的主控进行实时通信；

2)机组信息标定

首先，对机组的机舱位置进行对北校准，确保机组的机头方向在正北方向时机舱位置角度值是0°，机组的机头方向在正南方向时机舱位置角度值是180°；其次，机组在待风状态，即当前风速小于切入风速，且无偏航动作时，记录下当前机舱位置角度θ₁以及卫星导航定位系统所测的机组航向角θ₂，其中0≤θ₁,θ₂＜2π；在机组处于待风状态时，手动偏航至少两圈，偏航过程中记录机组的经纬度数据；根据记录的数据，绘出偏航过程中机组的经纬度曲线，进而确定机组塔顶的中心经纬度坐标A(Lon0,Lat0)，并选取该曲线上任一坐标B(Lon1,Lat1)，根据以上数据，得到以下标定信息：

航向偏置角β＝θ₂-θ₁；

机组静态时卫星导航定位系统距机组塔顶中心坐标距离

式中，R为地球半径；

3)计算塔顶位移

在机组运行当中，机组的主控实时记录机组的机舱位置角度α₁、卫星导航定位系统所测机组运行航向角α₂以及经纬度坐标C(Lon2,Lat2)，根据所测信息以及机组标定信息，将其在线实时转化为塔顶位移，包括机组塔顶整体位移X、相对于机舱位置前后方向塔顶位移X₁以及左右方向的塔顶位移X₂，具体计算如下：

根据当前时刻经纬度坐标计算塔顶整体位移X＝|X_T|

其中，X_T为一个临时变量；

根据塔顶整体位移和航向信息计算前后位移X₁及左右位移X₂，如下：

X₁＝X*cos(α₂-α₁-β)*sgn(-X_T)

X₂＝X*sin(α₂-α₁-β)*sgn(-X_T)

其中，前后方向位移正方向为机头指向机尾位置；左右方向位移正方向为机头指向机尾位置的正右方位置。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

本发明方法可以实时在线精确测量风力发电机组的塔顶位移，其中所测的塔顶位移包括机组塔顶整体位移以及相对于机舱位置前后方向以及左右方向的塔顶位移，为机组的设计优化提供相应的参考，同时能对机组运行的安全性进行实时评估，具有实际应用价值，值得推广。

附图说明

图1为本发明逻辑流程示意图。

图2为机组标定经纬度曲线图。

图3为位移方向示意图。

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。

如图1所示，本实施例所提供的风力发电机组塔顶位移实时测量方法，包括以下步骤：

1)安装高精度卫星导航定位系统

安装卫星导航定位系统到机组的塔顶，该系统能精确测量航向和经纬度信息，并能与机组的主控进行实时通信。

2)机组信息标定

首先，对机组的机舱位置进行对北校准，确保机组的机头方向在正北方向时机舱位置角度值是0°，机组的机头方向在正南方向时机舱位置角度值是180°；其次，机组在待风状态(当前风速小于切入风速)，且无偏航动作时，记录下当前机舱位置角度θ₁以及卫星导航定位系统所测的机组航向角θ₂，其中0≤θ₁,θ₂＜2π；在机组处于待风状态时，手动偏航至少两圈，偏航过程中记录机组的经纬度数据；根据记录的数据，绘出偏航过程中机组的经纬度曲线，进而确定机组塔顶的中心经纬度坐标A(Lon0,Lat0)，并选取该曲线上任一坐标B(Lon1,Lat1)，如图2所示，根据以上数据，得到以下标定信息：

航向偏置角β＝θ₂-θ₁；

机组静态时卫星导航定位系统距机组塔顶中心坐标距离

式中，R为地球半径，单位为m；角度及经纬度单位为rad。

3)计算塔顶位移

在机组运行当中，机组的主控实时记录机组的机舱位置角度α₁、卫星导航定位系统所测机组运行航向角α₂以及经纬度坐标C(Lon2,Lat2)，根据所测信息以及机组标定信息，将其在线实时转化为塔顶位移，包括机组塔顶整体位移X、相对于机舱位置前后方向塔顶位移X₁以及左右方向的塔顶位移X₂，具体计算如下：

根据当前时刻经纬度坐标计算塔顶整体位移X＝|X_T|

其中，X_T为一个临时变量；

根据塔顶整体位移和航向信息计算前后位移X₁及左右位移X₂，如下：

X₁＝X*cos(α₂-α₁-β)*sgn(-X_T)

X₂＝X*sin(α₂-α₁-β)*sgn(-X_T)

其中，前后方向位移正方向为机头指向机尾位置；左右方向位移正方向为机头指向机尾位置的正右方位置，如图3所示。

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 (1)

1.一种风力发电机组塔顶位移实时测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)安装高精度卫星导航定位系统

安装卫星导航定位系统到机组的塔顶，该系统能精确测量航向和经纬度信息，并能与机组的主控进行实时通信；

2)机组信息标定

首先，对机组的机舱位置进行对北校准，确保机组的机头方向在正北方向时机舱位置角度值是0°，机组的机头方向在正南方向时机舱位置角度值是180°；其次，机组在待风状态，即当前风速小于切入风速，且无偏航动作时，记录下当前机舱位置角度θ₁以及卫星导航定位系统所测的机组航向角θ₂，其中0≤θ₁,θ₂＜2π；在机组处于待风状态时，手动偏航至少两圈，偏航过程中记录机组的经纬度数据；根据记录的数据，绘出偏航过程中机组的经纬度曲线，进而确定机组塔顶的中心经纬度坐标A(Lon0,Lat0)，并选取该曲线上任一坐标B(Lon1,Lat1)，根据以上数据，得到以下标定信息：

航向偏置角β＝θ₂-θ₁；

机组静态时卫星导航定位系统距机组塔顶中心坐标距离

式中，R为地球半径；

3)计算塔顶位移

在机组运行当中，机组的主控实时记录机组的机舱位置角度α₁、卫星导航定位系统所测机组运行航向角α₂以及经纬度坐标C(Lon2,Lat2)，根据所测信息以及机组标定信息，将其在线实时转化为塔顶位移，包括机组塔顶整体位移X、相对于机舱位置前后方向塔顶位移X₁以及左右方向的塔顶位移X₂，具体计算如下：

根据当前时刻经纬度坐标计算塔顶整体位移X＝|X_T|

其中，X_T为一个临时变量；

根据塔顶整体位移和航向信息计算前后位移X₁及左右位移X₂，如下：

X₁＝X*cos(α₂-α₁-β)*sgn(-X_T)

X₂＝X*sin(α₂-α₁-β)*sgn(-X_T)

其中，前后方向位移正方向为机头指向机尾位置；左右方向位移正方向为机头指向机尾位置的正右方位置。

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