CN111648922A - 风力发电机塔筒稳定性的监测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种风力发电机塔筒稳定性的监测系统及方法，其中监测系统包括风力发电机组主控系统以及控制器和振动传感器A、振动传感器B和载荷监测设备C；基础和基础环上布置振动传感器A；控制器用于执行各工况下基础环与基础振动参数比对实时监测处理及趋势跟踪处理；在塔顶布置振动传感器B；控制器还用于执行塔筒固有频率实时监测处理并进行趋势跟踪处理；在塔筒布置载荷监测设备C；控制器还用于执行塔筒载荷状态监测处理：本发明提供的风力发电机塔筒稳定性的监测系统及方法，具有监测方式准确，可靠，有利于风力发电机组塔筒的全面稳定的监测和反馈控制处理。
Description
技术领域
本发明涉及参数测量技术领域，尤其涉及一种风力发电机塔筒稳定性的监测系统及方法。
背景技术
随着风力发电技术的不断发展，大功率风力发电机的应用规模日益增大。由于大功率风力发电机的体积和重量较大，对支撑大功率风力发电机的塔筒的稳定性要求也较高。为了保证大功率风力发电机的安全运行，需要对塔筒的稳定性进行实时监测。
目前，传统的监测塔筒稳定性的方法是：在顶段塔筒的内壁上沿塔筒周向选择合适的测点布置监测装置；利用该监测装置测得顶段塔筒相对于地面的横向位移值；与该监测装置电连接的在线监测设备获得该横向位移值后判断该值是否超出了预设的警戒值；如果超出了警戒值则向维护人员发出告警信息。上述的监测装置通常为振动传感器。在使用上述监测装置对风力发电机塔筒相对于地面的横向位移进行监测时，由于风力发电机的叶片长度不同，塔架高度不同，塔筒的载荷就不同，所以在上述监测系统中预设警戒值时，无法设定一个准确的警戒值来作为判断塔筒稳定性好坏的依据，导致监测结果不能准确反应塔筒的稳定性。
举例说明，关于中国专利即申请日2012年12月26日提出的专利技术CN201220731216，《风力发电机塔筒稳定性的监测装置及系统》。上述专利技术还记载了如下技术内容：本实用新型实施例提供的风力发电机塔筒稳定性的监测装置中，风力发电机塔筒中底段塔筒的第一法兰与固设在地面上的基础环的第二法兰固定连接，该监测装置包括用于测量基础环相对于地面的纵向位移的传感器。
随着该塔筒监测技术的不断发展，随着各类监控设备的出现，塔筒状态监测方法及相关专利不断更新，包括结构危险点应力监测、塔筒载荷监测、塔筒及地基光纤光栅应力监测、塔顶振动监测、塔筒倾角监测等等。
但是研究发现，以上手段监测参数为逻辑开关量，大多反馈的为风机运行状态。监测参数在极限工况下会反馈超限信号停机，在工况恢复正常后，其监测参数也恢复正常。但是塔筒或地基本身损伤及其恶化程度无法监测得出。而且上述相关手段大多只将塔筒监测定位为报警或停机设置，并没有将信号引入主控程序进行优化控制，不利于降载控制。
综上，如何克服现有技术中风力发电机塔筒稳定性监测存在的技术缺陷，是本领域技术人员急需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种风力发电机塔筒稳定性的监测系统及方法，以解决上述问题。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明还提供了一种风力发电机塔筒稳定性的监测系统，包括风力发电机组主控系统以及控制器和信号采集设备；
所述信号采集设备包括振动传感器A；
所述信号采集设备与所述控制器连接，且所述控制器还与所述风力发电机组主控系统连接；
其中，在风力发电机组塔筒基础和基础环上布置振动传感器A;所述振动传感器A用于监测基础和基础环振动情况；所述控制器用于执行各工况下基础环与基础振动参数比对实时监测处理及趋势跟踪处理，并判断基础以及和基础环松动情况；当振动值突然超限或者有缓慢超限趋势后，向风力发电机组主控系统发送报警信号；
所述风力发电机组主控系统用于在接收到信号后，执行报警和停机检查操作。
优选的，作为一种可实施方案；所述信号采集设备还包括振动传感器B和载荷监测设备C；
其中，在塔顶布置振动传感器B；所述振动传感器B用于监测塔筒振动情况；所述控制器还用于执行塔筒固有频率实时监测处理并进行趋势跟踪处理，并通过振动信号频谱分析，判断塔筒结构松动情况；在实时监测时，当判定固有频率值突然超限或者有缓慢超限趋势后，向风力发电机组主控系统发送报警信号；或者在进行监测数据长期趋势跟踪分析时，当获取到振动倍频信号放大后，向风力发电机组主控系统发送报警信号。
其中，在塔筒布置载荷监测设备C；所述载荷监测设备C用于监测塔筒载荷数据；所述控制器还用于执行塔筒载荷状态监测处理：当实时载荷增大，风力发电机组主控系统进行降载控制；当实时载荷超限，向风力发电机组主控系统发送报警信号；
所述信号采集设备与所述控制器电连接，且所述控制器还与所述风力发电机组主控系统通过通信接口连接。
相应地，本发明还提供了一种风力发电机塔筒稳定性的监测方法，其利用风力发电机塔筒稳定性的监测系统，包括如下步骤:
实时采集基础振动信号以及塔底基础环振动信号，然后对上述振动信号进行低通滤波处理；实时采集监测塔筒振动信号；实时采集塔底载荷监测系统；在工况信息库比对，并实施基础环与基础振动参数比对监测处理、塔筒固有频率监测处理、塔筒载荷状态监测处理以及三个方面的监测处理；
执行各工况下基础环与基础振动参数比对实时监测处理及趋势跟踪处理：在进行实时监测以及趋势跟踪时，当振动值突然超限或者有缓慢超限趋势后，向风力发电机组主控系统发送报警信号；所述风力发电机组主控系统执行报警和停机检查操作；
执行塔筒固有频率实时监测处理并进行趋势跟踪处理：在实时监测时，当判定固有频率值突然超限或者有缓慢超限趋势后，向风力发电机组主控系统发送报警信号；或者在进行监测数据长期趋势跟踪分析时，当获取到振动倍频信号放大后，向风力发电机组主控系统发送报警信号；所述风力发电机组主控系统执行报警和停机检查操作；
执行塔筒载荷状态监测处理：当实时载荷增大，风力发电机组主控系统进行降载控制；当实时载荷超限，向风力发电机组主控系统发送报警信号；所述风力发电机组主控系统执行报警和停机检查操作；
优选的，作为一种可实施方案；在所述实施基础环与基础振动参数比对监测处理、塔筒固有频率监测处理、塔筒载荷状态监测处理以及三个方面的监测处理，之前还包括如下操作步骤：
在执行监测之前，所有监测数据输入所述风力发电机组主控系统，设定有关固有频率以及振动值的报警值和停机值、塔筒载荷状态超限阈值，保证机组正常运行。
优选的，作为一种可实施方案；所述实时采集基础振动信号以及塔底基础环振动信号，然后对上述振动信号进行低通滤波处理，具体包括如下步骤：
振动传感器A设置在风力发电机组塔筒基础和基础环处；所述振动传感器A监测基础以及基础环振动，并将采集的基础振动信号以及塔底基础环振动信号，进行低通滤波处理，然后发给控制器。
优选的，作为一种可实施方案；所述在进行实时监测以及趋势跟踪时，当振动值突然超限或者有缓慢超限趋势后，向风力发电机组主控系统发送报警信号，具体包括如下步骤：
控制器接收所述振动传感器A针对塔筒的基础以及基础环的振动信号，并获取到实时的基础振动值和基础环振动值；
在不同工况下，执行实时的基础环与基础振动参数比对监测处理操作：
当基础环振动值A1<振动限值ai，且基础振动值A2<振动限值ai时，则判定基础环、基础安全性能良好；
当基础环振动值A1>振动限值ai，且基础振动值A2<振动限值ai时，则判定基础环相对于基础松动；
当基础环振动值A1>振动限值ai，且基础振动值A2>振动限值ai时，则判定基础本身松动；
在相同工况下，执行监测数据长期趋势跟踪分析操作：
当相同工况下，基础环振动值A1长期为增大趋势或是突然增大，且基础振动值A2变化不明显时，则判定基础环相对于基础松动；
当相同工况下，基础环振动值A1长期为增大趋势或是突然增大，且基础振动值A2为增大趋势或是突然增大时，则判定基础本身松动。
优选的，作为一种可实施方案；所述实时采集监测塔筒振动信号，具体包括如下步骤：
振动传感器B设置在塔顶；所述振动传感器B监测塔筒振动，并将采集的塔筒的振动信号发给控制器。
优选的，作为一种可实施方案；所述在实时监测时，当判定固有频率值突然超限或者有缓慢超限趋势后，向风力发电机组主控系统发送报警信号；或者在进行监测数据长期趋势跟踪分析时，当获取到振动倍频信号放大后，向风力发电机组主控系统发送报警信号；具体包括如下步骤：
控制器接收所述振动传感器B针对塔筒的振动信号，并通过振动信号频谱分析；
在实时监测时，实时监控比对塔筒振动固有频率数值；当塔筒的固有频率突然超限或者有缓慢超限趋势后，向风力发电机组主控系统发送报警信号；
或者，
在进行监测数据长期趋势跟踪分析时，控制器获取振动倍频信号；如果监测到所述振动倍频信号放大，则判定当前塔筒松动，向风力发电机组主控系统发送报警信号。
优选的，作为一种可实施方案；所述实时采集塔底载荷监测系统，具体包括如下步骤：
在所述塔筒设置载荷监测设备C; 所述载荷监测设备C实时监测塔筒的载荷情况，并发送塔筒载荷信号给控制器。
优选的，作为一种可实施方案；在执行塔筒载荷状态监测处理之前，还包括如下步骤：控制器接收所述载荷监测设备C发送的塔筒载荷信号，并根据实时获取的塔筒载荷信号，获取得到当前载荷数据。
与现有技术相比，本发明实施例的优点在于：
本发明提供的一种风力发电机塔筒稳定性的监测系统及方法，分析上述主要技术内容可知：
一方面：本发明提供了一种风力发电机塔筒稳定性的监测系统，其主要包括风力发电机组主控系统以及控制器和信号采集设备；同时该信号采集设备包括振动传感器A、振动传感器B和载荷监测设备C；
其中，在风力发电机组塔筒基础和基础环上布置振动传感器A;所述振动传感器A用于监测基础和基础环振动情况；所述控制器用于执行各工况下基础环与基础振动参数比对实时监测处理及趋势跟踪处理，并判断基础以及和基础环松动情况；当振动值突然超限或者有缓慢超限趋势后，向风力发电机组主控系统发送报警信号；
需要说明的是，控制器根据振动传感器A对基础、基础环的振动进行监测，然后通过实时振动值监测和长期趋势监测，判断基础或基础环松动情况，并进行主控（即风力发电机组主控系统）报警停机逻辑控制。
其中，在塔顶布置振动传感器B；所述振动传感器B用于监测塔筒振动情况；所述控制器还用于执行塔筒固有频率实时监测处理并进行趋势跟踪处理，并通过振动信号频谱分析，判断塔筒结构松动情况；在实时监测时，当判定固有频率值突然超限或者有缓慢超限趋势后，向风力发电机组主控系统发送报警信号；或者在进行监测数据长期趋势跟踪分析时，当获取到振动倍频信号放大后，向风力发电机组主控系统发送报警信号；
需要说明的是，控制器根据振动传感器B对塔筒振动进行监测，通过监测塔筒固有频率是否降低以及塔筒振动信号是否出现较大倍频信号，来判断结构是否存在松动，并进行主控报警停机逻辑控制；
其中，在塔筒布置载荷监测设备C；所述载荷监测设备C用于监测塔筒载荷数据；所述控制器还用于执行塔筒载荷状态监测处理：当实时载荷增大，风力发电机组主控系统进行降载控制；当实时载荷超限，向风力发电机组主控系统发送报警信号；
需要说明的是，控制器根据载荷监测设备C对塔筒载荷数据进行监测，然后其利用数据进行分析，并将处理结果反馈给主控（即风力发电机组主控系统），最终由风力发电机组主控系统完成有利于降载及共振工况避开控制。
所述风力发电机组主控系统用于在接收到信号后，执行报警和停机检查操作。
另一方面，本发明还提供了一种风力发电机塔筒稳定性的监测方法，其利用风力发电机塔筒稳定性的监测系统进行监测操作；分析本发明上述风力发电机塔筒稳定性的监测系统以及检测方法的应用可知：
上述利用该风力发电机塔筒稳定性的监测系统是监测方式更为准确，更为可靠；其避免了传统技术中采用手段监测参数为逻辑开关量，大多反馈的仅为风机运行状态。本发明实施例采用的技术方案，其可以对塔筒或地基本身损伤及其恶化程度进行监测，并判断得出基础、基础环是否松动，判断塔筒是否松动，判断载荷情况。本发明实施例采用的技术方案，不仅实现了报警而且还与风力发电机组主控系统进行了接入交互；将控制信号引入主控程序进行优化控制，其有利于风力发电机组塔筒的全面稳定的监测和反馈控制处理。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的风力发电机塔筒稳定性的监测系统的系统原理示意图；
图2为本发明实施例提供的风力发电机塔筒稳定性的监测方法中控制器执行基础环与基础振动参数比对监测处理、塔筒固有频率监测处理、塔筒载荷状态监测处理三个方面监测处理的流程图；
图3为本发明实施例提供的风力发电机塔筒稳定性的监测方法中控制器执行判断松动的具体流程图；
图4为本发明实施例提供的风力发电机塔筒稳定性的监测方法主要流程图。
标号：
风力发电机组主控系统1；
控制器2；
信号采集设备3；振动传感器A；振动传感器B；载荷监测设备C。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，某些指示的方位或位置关系的词语，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
实施例一
参见图1，本发明实施例一提供了一种风力发电机塔筒稳定性的监测系统，包括风力发电机组主控系统1以及控制器2和信号采集设备3；
所述信号采集设3备包括振动传感器A、振动传感器B和载荷监测设备C；
所述信号采集设备与所述控制器电连接，且所述控制器还与所述风力发电机组主控系统电连接；
其中，在风力发电机组塔筒基础和基础环上布置振动传感器A;所述振动传感器A用于监测基础和基础环振动情况；所述控制器用于执行各工况下基础环与基础振动参数比对实时监测处理及趋势跟踪处理，并判断基础以及和基础环松动情况；当振动值突然超限或者有缓慢超限趋势后，向风力发电机组主控系统发送报警信号；
其中，在塔顶布置振动传感器B；所述振动传感器B用于监测塔筒振动情况；所述控制器还用于执行塔筒固有频率实时监测处理并进行趋势跟踪处理，并通过振动信号频谱分析，判断塔筒结构松动情况；在实时监测时，当判定固有频率值突然超限或者有缓慢超限趋势后，向风力发电机组主控系统发送报警信号；或者在进行监测数据长期趋势跟踪分析时，当获取到振动倍频信号放大后，向风力发电机组主控系统发送报警信号；
其中，在塔筒布置载荷监测设备C；所述载荷监测设备C用于监测塔筒载荷数据；所述控制器还用于执行塔筒载荷状态监测处理：当实时载荷增大，风力发电机组主控系统进行降载控制；当实时载荷超限，向风力发电机组主控系统发送报警信号；
所述风力发电机组主控系统用于在接收到信号后，执行报警和停机检查操作。
实施例二
参见图4，相应地，本发明实施例二还提供了一种风力发电机塔筒稳定性的监测方法，其利用了上述风力发电机塔筒稳定性的监测系统，包括如下步骤:
步骤S100、实时采集基础振动信号以及塔底基础环振动信号，然后对上述振动信号进行低通滤波处理；实时采集监测塔筒振动信号；实时采集塔底载荷监测系统；在工况信息库比对，并实施基础环与基础振动参数比对监测处理、塔筒固有频率监测处理、塔筒载荷状态监测处理以及三个方面的监测处理；
步骤S200、执行各工况下基础环与基础振动参数比对实时监测处理及趋势跟踪处理：在进行实时监测以及趋势跟踪时，当振动值突然超限或者有缓慢超限趋势后，向风力发电机组主控系统发送报警信号；所述风力发电机组主控系统执行报警和停机检查操作，紧固相关构件；
需要说明的是，通过实时振动值监测和长期趋势监测，判断基础或基础环松动情况，并进行主控（即风力发电机组主控系统）报警停机逻辑控制。
步骤S300、执行塔筒固有频率实时监测处理并进行趋势跟踪处理：在实时监测时，当判定固有频率值突然超限或者有缓慢超限趋势后，向风力发电机组主控系统发送报警信号；或者在进行监测数据长期趋势跟踪分析时，当获取到振动倍频信号放大后，向风力发电机组主控系统发送报警信号；所述风力发电机组主控系统执行报警和停机检查操作，紧固相关构件；
需要说明的是，通过监测塔筒固有频率是否降低以及塔筒振动信号是否出现较大倍频信号，来判断结构是否存在松动，并进行主控报警停机逻辑控制；
步骤S400、执行塔筒载荷状态监测处理：当实时载荷增大，风力发电机组主控系统进行降载控制；当实时载荷超限，向风力发电机组主控系统发送报警信号；所述风力发电机组主控系统执行报警和停机检查操作，紧固相关构件；
需要说明的是，载荷及塔筒固有频率等信号反馈给主控（即风力发电机组主控系统），有利于降载及共振工况避开控制。
在执行监测之前，所有监测数据输入所述风力发电机组主控系统，设定有关固有频率以及振动值的报警值和停机值、塔筒载荷状态超限阈值，保证机组正常运行。
分析上述技术内容可知，本发明实施例的技术方案点在于：1、通过实时振动值监测和长期趋势监测，判断基础或基础环松动情况，并进行主控（即风力发电机组主控系统）报警停机逻辑控制。2、塔筒固有频率长期对比监测塔筒或地基是否松动。通过监测塔筒固有频率是否降低以及塔筒振动信号是否出现较大倍频信号，来判断结构是否存在松动，并进行主控（即风力发电机组主控系统）报警停机逻辑控制。3、载荷及塔筒固有频率等信号反馈给主控（即风力发电机组主控系统），有利于降载及共振工况避开控制。
下面对本发明实施例二提供的风力发电机塔筒稳定性的监测方法的具体操作步骤进行详细的说明：
有关风力发电机塔筒稳定性的监测方法的具体流程可同时见，图2以及图3。
优选的，作为一种可实施方案；所述实时采集基础振动信号以及塔底基础环振动信号，然后对上述振动信号进行低通滤波处理，具体包括如下步骤：
振动传感器A设置在风力发电机组塔筒基础和基础环处；所述振动传感器A监测基础以及基础环振动，并将采集的基础振动信号以及塔底基础环振动信号，进行低通滤波处理，然后发给控制器。
优选的，作为一种可实施方案；所述在进行实时监测以及趋势跟踪时，当振动值突然超限或者有缓慢超限趋势后，向风力发电机组主控系统发送报警信号，具体包括如下步骤：
控制器接收所述振动传感器A针对塔筒的基础以及基础环的振动信号，并获取到实时的基础振动值和基础环振动值；
在不同工况下，执行实时的基础环与基础振动参数比对监测处理操作：
当基础环振动值A1<振动限值ai，且基础振动值A2<振动限值ai时，则判定基础环、基础安全性能良好；
当基础环振动值A1>振动限值ai，且基础振动值A2<振动限值ai时，则判定基础环相对于基础松动；
当基础环振动值A1>振动限值ai，且基础振动值A2>振动限值ai时，则判定基础本身松动；
在相同工况下，执行监测数据长期趋势跟踪分析操作：
当相同工况下，基础环振动值A1长期为增大趋势或是突然增大，且基础振动值A2变化不明显时，则判定基础环相对于基础松动；
当相同工况下，基础环振动值A1长期为增大趋势或是突然增大，且基础振动值A2为增大趋势或是突然增大时，则判定基础本身松动。
需要说明的是，上述振动传感器A是一种传感器装置；该振动传感器A的主要作用是针对塔筒进行振动监测；然后把振动监测信号发给控制器；该控制器才是后续进行振动信号分析判定的电器件；最后控制器通过这些信号进一步的判断基础以及基础环结构是否松动。
关于基础和基础环振动数据监测：1、风力发电机组塔筒基础和基础环上布置振动传感器A，监测基础和基础环实时振动参数，通过振动大小和基础-基础环相对振动对比，判断基础以及基础环松动情况；
2、通过监测基础和基础环振动参数（其中，A1为基础环振动值(即振动幅值或者振动有效值)；A2为基础振动值），并比对分析，进行基础或基础环松动判断。其中，ai为不同工况下的振动限值。通过载荷、风速、功率等信号统计分类，将不同工况下的振动信号区间化监测分析。
优选的，作为一种可实施方案；所述实时采集监测塔筒振动信号，具体包括如下步骤：
振动传感器B设置在塔顶；所述振动传感器B监测塔筒振动，并将采集的塔筒的振动信号发给控制器。
优选的，作为一种可实施方案；所述在实时监测时，当判定固有频率值突然超限或者有缓慢超限趋势后，向风力发电机组主控系统发送报警信号；或者在进行监测数据长期趋势跟踪分析时，当获取到振动倍频信号放大后，向风力发电机组主控系统发送报警信号；具体包括如下步骤：
控制器接收所述振动传感器B针对塔筒的振动信号，并通过振动信号频谱分析；
在实时监测时，实时监控比对塔筒振动固有频率数值；当塔筒的固有频率突然超限或者有缓慢超限趋势后，向风力发电机组主控系统发送报警信号；
或者，
在进行监测数据长期趋势跟踪分析时，控制器获取振动倍频信号；如果监测到所述振动倍频信号放大，则判定当前塔筒松动，向风力发电机组主控系统发送报警信号。
需要说明的是，上述振动传感器B只是一种传感器装置；该传感器装置的主要作用是针对塔筒进行振动监测；然后把振动监测信号发给控制器；该控制器才是后续进行振动信号频谱分析，其还可以通过频谱分析获得振动倍频信号放大，最后控制器通过这些信号进一步的判断塔筒结构是否松动。
一般情况下，在判定松动后，控制器都会向风力发电机组主控系统发送报警信号；最终由风力发电机组主控系统执行报警和停机检查操作。
有关塔筒振动频谱监测：1、实时采集塔顶振动信号，并在控制器内进行频谱分析，实时监控比对塔筒振动固有频率大小，当固有频率突降或者有降低趋势时，进行相应的报警或停机保护。2、当构件松动，发生碰撞时，会产生方波信号，方波信号进行福利叶变换后，为一系列倍频谐波。因此监测塔筒振动信号，并在控制器内进行频谱分析，如果振动倍频信号放大，说明塔筒松动，主控进行报警或停机保护控制。
优选的，作为一种可实施方案；所述实时采集塔底载荷监测系统，具体包括如下步骤：
在所述塔筒设置载荷监测设备C; 所述载荷监测设备C实时监测塔筒的载荷情况，并发送塔筒载荷信号给控制器。
在执行塔筒载荷状态监测处理之前，还包括如下步骤：控制器接收所述载荷监测设备C发送的塔筒载荷信号，并根据实时获取的塔筒载荷信号，获取得到当前载荷数据。
需要说明的是，上述载荷监测设备C其可以采用应变片、光纤光栅等相关的载荷监测装置；上述载荷监测设备C（即应变片、光纤光栅等），其主要作用是对塔筒进行载荷情况监测，并将监测结果通过塔筒载荷信号发送给控制器，供给控制器进行分析判定。然后，控制器接收所述载荷监测设备C发送的塔筒载荷信号；当实时载荷增大，风力发电机组主控系统进行降载控制；当实时载荷超限，向风力发电机组主控系统发送报警信号；所述风力发电机组主控系统执行报警和停机检查操作。
本发明实施例提供的风力发电机塔筒稳定性的监测系统及方法具有如下方面的技术优势：
一、本发明实施例提供的风力发电机塔筒稳定性的监测系统及方法，其中，风力发电机塔筒稳定性的监测系统设计更合理；很显然，上述风力发电机组主控系统以及控制器和振动传感器A、振动传感器B和载荷监测设备C等具体结构的功能和作用都具有独到的设计，同时各个具体结构之间的连接关系都有合理的布局设计；因此本发明实施例提供的风力发电机塔筒稳定性的监测系统及方法，其技术构造更合理，且功能更加完善，且监测效果也更好，实用性也更强。
二、本发明实施例提供的风力发电机塔筒稳定性的监测系统及方法，其主要利用如下方案：1、基础和塔筒振动信号对比监测塔筒的稳定性。通过实时振动值监测和长期趋势监测，判断基础或基础环松动情况，并进行主控报警停机逻辑控制（即反馈塔筒以及基础松动程度，以及松动恶化趋势）。2、塔筒固有频率长期对比监测塔筒或地基是否松动。通过监测塔筒固有频率是否降低以及塔筒振动信号是否出现较大倍频信号，来判断结构是否存在松动，并进行主控报警停机逻辑控制（即反馈塔筒松动程度及恶化趋势）。3、载荷及塔筒固有频率等信号反馈给主控，有利于降载及共振工况避开控制。
三、本发明实施例提供的风力发电机塔筒稳定性的监测系统及方法，监测方式更为准确，监测方式方法更为可靠且合理；其避免了传统技术中采用手段监测参数为逻辑开关量，大多反馈的仅为风机运行状态。
四、本发明实施例采用的技术方案，其可以对塔筒或地基本身损伤及其恶化程度进行监测，并判断得出基础、基础环是否松动，判断塔筒是否松动，判断载荷情况。本发明实施例采用的技术方案，不仅实现了报警而且还与风力发电机组主控系统进行了接入交互；将控制信号引入主控程序进行优化控制，其有利于风力发电机组塔筒的全面稳定的监测和反馈控制处理。
基于以上诸多显著的技术优势，本发明提供的风力发电机塔筒稳定性的监测系统及方法必将带来良好的市场前景和经济效益。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种风力发电机塔筒稳定性的监测系统，其特征在于，包括风力发电机组主控系统以及控制器和信号采集设备；
所述信号采集设备包括振动传感器A；
所述信号采集设备与所述控制器连接，且所述控制器还与所述风力发电机组主控系统连接；
其中，在风力发电机组塔筒基础和基础环上布置振动传感器A;所述振动传感器A用于监测基础和基础环振动情况；所述控制器用于执行各工况下基础环与基础振动参数比对实时监测处理及趋势跟踪处理，并判断基础以及和基础环松动情况；当振动值突然超限或者有缓慢超限趋势后，向风力发电机组主控系统发送报警信号；
所述风力发电机组主控系统用于在接收到信号后，执行报警和停机检查操作。
2.如权利要求1所述的风力发电机塔筒稳定性的监测系统，其特征在于，
所述信号采集设备还包括振动传感器B和载荷监测设备C；
其中，在塔顶布置振动传感器B；所述振动传感器B用于监测塔筒振动情况；所述控制器还用于执行塔筒固有频率实时监测处理并进行趋势跟踪处理，并通过振动信号频谱分析，判断塔筒结构松动情况；在实时监测时，当判定固有频率值突然超限或者有缓慢超限趋势后，向风力发电机组主控系统发送报警信号；或者在进行监测数据长期趋势跟踪分析时，当获取到振动倍频信号放大后，向风力发电机组主控系统发送报警信号。
其中，在塔筒布置载荷监测设备C；所述载荷监测设备C用于监测塔筒载荷数据；所述控制器还用于执行塔筒载荷状态监测处理：当
实时载荷增大，风力发电机组主控系统进行降载控制；当实时载荷超限，向风力发电机组主控系统发送报警信号；
所述信号采集设备与所述控制器电连接，且所述控制器还与所述风力发电机组主控系统通过通信接口连接。
3.一种风力发电机塔筒稳定性的监测方法，其特征在于，其利用权利要求1-2任一项所述的风力发电机塔筒稳定性的监测系统，包括如下步骤:
实时采集基础振动信号以及塔底基础环振动信号，然后对上述振动信号进行低通滤波处理；实时采集监测塔筒振动信号；实时采集塔底载荷监测系统；在工况信息库比对，并实施基础环与基础振动参数比对监测处理、塔筒固有频率监测处理、塔筒载荷状态监测处理以及三个方面的监测处理；
执行各工况下基础环与基础振动参数比对实时监测处理及趋势跟踪处理：在进行实时监测以及趋势跟踪时，当振动值突然超限或者有缓慢超限趋势后，向风力发电机组主控系统发送报警信号；所述风力发电机组主控系统执行报警和停机检查操作；
执行塔筒固有频率实时监测处理并进行趋势跟踪处理：在实时监测时，当判定固有频率值突然超限或者有缓慢超限趋势后，向风力发电机组主控系统发送报警信号；或者在进行监测数据长期趋势跟踪分析时，当获取到振动倍频信号放大后，向风力发电机组主控系统发送报警信号；所述风力发电机组主控系统执行报警和停机检查操作；
执行塔筒载荷状态监测处理：当实时载荷增大，风力发电机组主控系统进行降载控制；当实时载荷超限，向风力发电机组主控系统发送报警信号；所述风力发电机组主控系统执行报警和停机检查操作。
4.如权利要求3所述的风力发电机塔筒稳定性的监测方法，其特征在于，
在所述实施基础环与基础振动参数比对监测处理、塔筒固有频率监测处理、塔筒载荷状态监测处理以及三个方面的监测处理，之前还包括如下操作步骤：
在执行监测之前，所有监测数据输入所述风力发电机组主控系统，设定有关固有频率以及振动值的报警值和停机值、塔筒载荷状态超限阈值，保证机组正常运行。
5.如权利要求3所述的风力发电机塔筒稳定性的监测方法，其特征在于，
所述实时采集基础振动信号以及塔底基础环振动信号，然后对上述振动信号进行低通滤波处理，具体包括如下步骤：
振动传感器A设置在风力发电机组塔筒基础和基础环处；所述振动传感器A监测基础以及基础环振动，并将采集的基础振动信号以及塔底基础环振动信号，进行低通滤波处理，然后发给控制器。
6.如权利要求5所述的风力发电机塔筒稳定性的监测方法，其特征在于，
所述在进行实时监测以及趋势跟踪时，当振动值突然超限或者有缓慢超限趋势后，向风力发电机组主控系统发送报警信号，具体包括如下步骤：
控制器接收所述振动传感器A针对塔筒的基础以及基础环的振动信号，并获取到实时的基础振动值和基础环振动值；
在不同工况下，执行实时的基础环与基础振动参数比对监测处理操作：
当基础环振动值A1<振动限值ai，且基础振动值A2<振动限值ai时，则判定基础环、基础安全性能良好；
当基础环振动值A1>振动限值ai，且基础振动值A2<振动限值ai时，则判定基础环相对于基础松动；
当基础环振动值A1>振动限值ai，且基础振动值A2>振动限值ai时，则判定基础本身松动；
在相同工况下，执行监测数据长期趋势跟踪分析操作：
当相同工况下，基础环振动值A1长期为增大趋势或是突然增大，且基础振动值A2变化不明显时，则判定基础环相对于基础松动；
当相同工况下，基础环振动值A1长期为增大趋势或是突然增大，且基础振动值A2为增大趋势或是突然增大时，则判定基础本身松动。
7.如权利要求5所述的风力发电机塔筒稳定性的监测方法，其特征在于，
所述实时采集监测塔筒振动信号，具体包括如下步骤：
振动传感器B设置在塔顶；所述振动传感器B监测塔筒振动，并将采集的塔筒的振动信号发给控制器。
8.如权利要求7所述的风力发电机塔筒稳定性的监测方法，其特征在于，
所述在实时监测时，当判定固有频率值突然超限或者有缓慢超限趋势后，向风力发电机组主控系统发送报警信号；或者在进行监测数据长期趋势跟踪分析时，当获取到振动倍频信号放大后，向风力发电机组主控系统发送报警信号；具体包括如下步骤：
控制器接收所述振动传感器B针对塔筒的振动信号，并通过振动信号频谱分析；
在实时监测时，实时监控比对塔筒振动固有频率数值；当塔筒的固有频率突然超限或者有缓慢超限趋势后，向风力发电机组主控系统发送报警信号；
或者，
在进行监测数据长期趋势跟踪分析时，控制器获取振动倍频信号；如果监测到所述振动倍频信号放大，则判定当前塔筒松动，向风力发电机组主控系统发送报警信号。
9.如权利要求5所述的风力发电机塔筒稳定性的监测方法，其特征在于，
所述实时采集塔底载荷监测系统，具体包括如下步骤：
在所述塔筒设置载荷监测设备C; 所述载荷监测设备C实时监测塔筒的载荷情况，并发送塔筒载荷信号给控制器。
10.如权利要求9所述的风力发电机塔筒稳定性的监测方法，其特征在于，
在执行塔筒载荷状态监测处理之前，还包括如下步骤：
控制器接收所述载荷监测设备C发送的塔筒载荷信号，并根据实时获取的塔筒载荷信号，获取得到当前载荷数据。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113279920A (zh) * | 2021-06-25 | 2021-08-20 | 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 | 一种大兆瓦风电机组塔筒固有频率监测装置及方法 |
| CN113565701A (zh) * | 2021-08-24 | 2021-10-29 | 大唐广元风电开发有限公司 | 一种风电塔筒振动监测系统及其监测方法 |
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| CN113847212A (zh) * | 2021-10-29 | 2021-12-28 | 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 | 一种风电机组叶片固有频率监测方法 |
| CN117345550A (zh) * | 2023-10-24 | 2024-01-05 | 银川科技学院 | 一种小型水平轴风力机车载试验方法 |
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