CN111648923B - 风机塔筒动扰度的检测方法、系统、介质及电子设备 - Google Patents

风机塔筒动扰度的检测方法、系统、介质及电子设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种风机塔筒动扰度的检测方法、系统、介质及电子设备，所述风机塔筒的顶部设置有两个加速度传感器。所述检测方法包括：获取两个所述加速度传感器分别采集的加速度；利用两个所述加速度传感器各自采集的加速度分别计算每个所述加速度传感器各自对应的扰动位移；利用两个所述加速度传感器各自对应的扰动位移计算所述风机塔筒的动扰度。本发明技术方案通过两个加速度传感器来检测方向互相垂直的加速度，并对加速度数据进行数字信号处理，准确的检测出风机塔筒的动扰度。当检测的扰动幅度过大时，可以生成控制指令，及时调整风机的运行状态，保证整个风机系统的安全运行。

Description

风机塔筒动扰度的检测方法、系统、介质及电子设备
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种风机塔筒动扰度的检测方法、系统、介质及电子设备。
背景技术
风电作为具有清洁、可再生、不破坏地理环境等优势的新能源，越来越受到科研人员和企业的关注。风机塔筒是风力发电系统的重要组成部分，因此对风机塔筒动扰度(也可称为动态扰度)的监测关系到风力发电系统的安全运行。
现有技术中，通常利用加速度传感器直接测量塔筒扰动的加速度值，以及通过倾角传感器测量倾角来共同判断塔筒的动扰度。但是，由于风机塔筒的扰动以低频为主，而且其动态扰动频率、幅度随着风力大小和设备运行参数变化而变化，在低频的时候，加速度值可能很小，但是幅度却很大，高频时的加速度值大，但是幅度值不一定大，因此直接利用加速度传感器测得的加速度值并不能严格的直接表示塔筒的扰动幅度水平，导致检测精度较低，不利于对塔筒动扰度的准确监控。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中对风机塔筒动扰度的检测精度较低的缺陷，提供一种风机塔筒动扰度的检测方法、系统、介质及电子设备。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
一种风机塔筒动扰度的检测方法，所述风机塔筒的顶部设置有两个加速度传感器，两个所述加速度传感器各自检测的加速度方向相互垂直，且其中一个所述加速度传感器检测的加速度方向与风轮面垂直；
所述检测方法包括：
获取两个所述加速度传感器分别采集的加速度；
利用两个所述加速度传感器各自采集的加速度分别计算每个所述加速度传感器各自对应的扰动位移；
利用两个所述加速度传感器各自对应的扰动位移计算所述风机塔筒的动扰度。
较佳地，利用两个所述加速度传感器各自采集的加速度分别计算每个所述加速度传感器各自对应的扰动位移的步骤包括；
对两个所述加速度传感器各自采集的加速度分别进行低通滤波，所述低通滤波的频率为10Hz-100Hz；
根据低通滤波后的两个所述加速度传感器各自对应的加速度分别计算扰动位移。
较佳地，所述根据低通滤波后的两个所述加速度传感器各自对应的加速度分别计算扰动位移的步骤包括：
获取低通滤波后的两个所述加速度传感器分别对应的加速度分布曲线，所述加速度分布曲线为加速度相对于采样时刻的变化曲线；
分别查找每条加速度曲线中的加速度方向发生第一次改变时的第一加速度采样时刻以及加速度方向发生第二次改变时的第二加速度采样时刻；
分别计算每条加速度曲线各自对应的所述第一加速度采样时刻以及所述第二加速度采样时刻之间的多个采样时刻对应的多个加速度值的第一加和值；
以所述第一加速度采样时刻为起点，计算所述第一加速度采样时刻之后的多个采样时刻对应的多个加速度值的第二加和值；
当所述第二加和值不小于所述第一加和值的二分之一时，根据第三加速度采样时刻对加速度进行积分，以得到两个加速度传感器分别对应的扰动速度；所述第三加速度采样点为所述第二加和值不小于所述第一加和值的二分之一时对应的采样时刻；
根据两个加速度传感器分别对应的所述扰动速度分别计算所述加速度传感器各自对应的所述扰动位移。
较佳地，根据第三加速度采样时刻对加速度进行积分，以得到两个加速度传感器分别对应的扰动速度的计算公式为：
Figure BDA0002478241810000031
其中，v[i]为速度，i为加速度采样时刻，i2为所述第三加速度采样时刻，a1[i+i2]为低通滤波后的加速度，L为采集的数据个数，fs为采样频率。
较佳地，所述根据两个加速度传感器分别对应的所述扰动速度分别计算所述加速度传感器各自对应的所述扰动位移的步骤包括：
对两个加速度传感器各自对应的所述扰动速度分别去除趋势项；
以去除趋势项之后的两个加速度传感器各自对应的所述扰动速度分别计算所述加速度传感器各自对应的所述扰动位移。
较佳地，所述以去除趋势项之后的两个加速度传感器各自对应的所述扰动速度分别计算所述加速度传感器各自对应的所述扰动位移的步骤包括：
获取两个所述加速度传感器分别对应的去除趋势项之后的速度分布曲线，所述速度分布曲线为速度相对采样时刻的变化曲线；
分别查找每条速度分布曲线中速度方向发生第一次改变时的第一速度采样时刻以及速度方向发生第二次改变时的第二速度采样时刻；
分别计算每条速度曲线各自对应的所述第一速度采样时刻以及所述第二速度采样时刻之间的多个采样时刻对应的多个速度值的第一加和值；
以所述第一速度采样时刻为起点，计算所述第一速度采样时刻之后的多个采样时刻对应的多个速度值的第二加和值；
当所述第二加和值不小于所述第一加和值的二分之一时，根据第三加速度采样时刻以及第三速度采样时刻对速度进行积分，以得到两个加速度传感器分别对应的扰动位移；所述第三速度采样点为所述第二加和值不小于所述第一加和值的二分之一时对应的采样时刻。
较佳地，所述利用两个所述加速度传感器各自对应的扰动位移计算所述风机塔筒的动扰度的步骤包括：
对两个加速度传感器分别对应的所述扰动位移分别进行傅里叶变换，以得到两个加速度传感器分别对应的频域数据，从所述频域数据中分别查找所述加速度传感器各自对应的所述位移特征值，所述位移特征值为所述频域数据中的最大幅值；
根据两个加速度传感器分别对应的所述位移特征值计算所述动扰度。
较佳地，所述根据第三加速度采样时刻以及第三速度采样时刻对速度进行积分，以得到两个加速度传感器分别对应的扰动位移的计算公式为：
Figure BDA0002478241810000041
其中，所述p[j]为所述扰动位移，j为速度采样时刻，j2为所述第三速度采样时刻，v1[j+j2]为去除趋势项之后的速度。
较佳地，所述对两个加速度传感器分别对应的所述扰动位移分别进行傅里叶变换的步骤包括：
对两个加速度传感器分别对应的所述扰动位移分别去除趋势项；
对除趋势项之后的两个加速度传感器分别对应的所述扰动位移进行傅里叶变换。
较佳地，所述检测方法还包括：
判断所述动扰度是否大于第一预设阈值，若是，则生成第一控制指令，所述第一控制指令用于调控所述风机塔筒对应的风机的运行状态。
较佳地，判断加速度检测方向不与风轮面垂直的加速度传感器对应的位移特征值是否大于第二预设阈值，若是，则生成第二控制指令，所述第二控制指令用于调控所述风机塔筒对应的风机的运行状态。
一种风机塔筒动扰度的检测系统，所述风机塔筒的顶部设置有两个加速度传感器，两个所述加速度传感器各自检测的加速度方向相互垂直，且其中一个所述加速度传感器检测的加速度方向与风轮面垂直；
所述检测系统包括：
加速度获取模块，用于获取两个所述加速度传感器分别采集的加速度；
扰动位移计算模块，用于利用两个所述加速度传感器各自采集的加速度分别计算每个所述加速度传感器各自对应的扰动位移；
动扰度计算模块，用于利用两个所述加速度传感器各自对应的扰动位移计算所述风机塔筒的动扰度。
较佳地，所述扰动位移计算模块包括滤波子模块以及位移计算执行子模块；
所述滤波子模块用于对两个所述加速度传感器各自采集的加速度分别进行低通滤波，所述低通滤波的频率为10Hz-100Hz；
位移计算执行子模块用于根据低通滤波后的两个所述加速度传感器各自对应的加速度分别计算扰动位移。
较佳地，所述位移计算执行子模块包括速度计算单元；
所述速度计算单元用于获取低通滤波后的两个所述加速度传感器分别对应的加速度分布曲线，所述加速度分布曲线为加速度相对于采样时刻的变化曲线；
所述速度计算单元还用于分别查找每条加速度曲线中的加速度方向发生第一次改变时的第一加速度采样时刻以及加速度方向发生第二次改变时的第二加速度采样时刻；
所述速度计算单元还用于分别计算每条加速度曲线各自对应的所述第一加速度采样时刻以及所述第二加速度采样时刻之间的多个采样时刻对应的多个加速度值的第一加和值；
所述速度计算单元还用于以所述第一加速度采样时刻为起点，计算所述第一加速度采样时刻之后的多个采样时刻对应的多个加速度值的第二加和值；
所述速度计算单元还用于在所述第二加和值不小于所述第一加和值的二分之一时，根据第三加速度采样时刻对加速度进行积分，以得到两个加速度传感器分别对应的扰动速度；所述第三加速度采样点为所述第二加和值不小于所述第一加和值的二分之一时对应的采样时刻；
所述位移计算执行子模块还用于根据两个加速度传感器分别对应的所述扰动速度分别计算所述加速度传感器各自对应的所述扰动位移。
较佳地，所述速度计算单元根据第三加速度采样时刻对加速度进行积分，以得到两个加速度传感器分别对应的扰动速度的计算公式为：
Figure BDA0002478241810000061
其中，v[i]为速度，i为加速度采样时刻，i2为所述第三加速度采样时刻，a1[i+i2]为低通滤波后的加速度，L为采集的数据个数，fs为采样频率。
较佳地，所述位移计算执行子模块还用于对两个加速度传感器各自对应的所述扰动速度分别去除趋势项；以去除趋势项之后的两个加速度传感器各自对应的所述扰动速度分别计算所述加速度传感器各自对应的所述扰动位移。
较佳地，所述位移计算执行子模块还用于获取两个所述加速度传感器分别对应的去除趋势项之后的速度分布曲线，所述速度分布曲线为速度相对采样时刻的变化曲线；
所述位移计算执行子模块还用于分别查找每条速度分布曲线中速度方向发生第一次改变时的第一速度采样时刻以及速度方向发生第二次改变时的第二速度采样时刻；
所述位移计算执行子模块还用于分别计算每条速度曲线各自对应的所述第一速度采样时刻以及所述第二速度采样时刻之间的多个采样时刻对应的多个速度值的第一加和值；
所述位移计算执行子模块还用于以所述第一速度采样时刻为起点，计算所述第一速度采样时刻之后的多个采样时刻对应的多个速度值的第二加和值；
所述位移计算执行子模块还用于在所述第二加和值不小于所述第一加和值的二分之一时，根据第三加速度采样时刻以及第三速度采样时刻对速度进行积分，以得到两个加速度传感器分别对应的扰动位移；所述第三速度采样点为所述第二加和值不小于所述第一加和值的二分之一时对应的采样时刻。
较佳地，所述动扰度计算模块包括频域变换模块以及动扰度计算执行子模块；
所述频域变换模块用于对两个加速度传感器分别对应的所述扰动位移分别进行傅里叶变换，以得到两个加速度传感器分别对应的频域数据，从所述频域数据中分别查找所述加速度传感器各自对应的所述位移特征值，所述位移特征值为所述频域数据中的最大幅值；
所述动扰度计算执行子模块用于根据两个加速度传感器分别对应的所述位移特征值计算所述动扰度。
较佳地，所述位移计算执行子模块还用于所述根据第三加速度采样时刻以及第三速度采样时刻对速度进行积分，以得到两个加速度传感器分别对应的扰动位移的计算公式为：
Figure BDA0002478241810000071
其中，所述p[j]为所述扰动位移，j为速度采样时刻，j2为所述第三速度采样时刻，v1[j+j2]为去除趋势项之后的速度。
较佳地，所述频域变换模块用于对两个加速度传感器分别对应的所述扰动位移分别去除趋势项；对除趋势项之后的两个加速度传感器分别对应的所述扰动位移进行傅里叶变换。
较佳地，所述检测系统还包括第一判断模块以及第一指令生成模块，所述第一判断模块用于判断所述动扰度是否大于第一预设阈值，若是，则调用所述第一指令生成模块，所述第一指令生成模块用于生成第一控制指令，所述第一控制指令用于调控所述风机塔筒对应的风机的运行状态。
较佳地，所述检测系统还包括第二判断模块以及第二指令生成模块，所述第二判断模块用于判断加速度检测方向不与风轮面垂直的加速度传感器对应的位移特征值是否大于第二预设阈值，若是，则调用所述第二指令生成模块，所述第二指令生成模块用于生成第二控制指令，所述第二控制指令用于调控所述风机塔筒对应的风机的运行状态。
一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行计算机程序时实现前述的风机塔筒动扰度的检测方法的步骤。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现前述的风机塔筒动扰度的检测方法的步骤。
本发明的积极进步效果在于：本发明提供的风机塔筒动扰度的检测方法以及系统通过两个加速度传感器来检测方向互相垂直的加速度，并对加速度数据进行数字信号处理，准确的检测出风机塔筒的动扰度。
进一步地，当检测的扰动幅度过大时，可以生成控制指令，及时调整风机的运行状态，保证整个风机系统的安全运行。
附图说明
图1为本发明实施例1中的风机塔筒动扰度的检测方法的流程图。
图2为本发明实施例2中的风机塔筒动扰度的检测方法的流程图。
图3为本发明实施例2中的风机塔筒动扰度的检测方法中步骤S11的具体流程图。
图4为本发明实施例2中的风机塔筒动扰度的检测方法中步骤S115的具体流程图。
图5为本发明实施例3中的风机塔筒动扰度的检测系统的结构框图。
图6为本发明实施例4中的风机塔筒动扰度的检测系统的结构框图。
图7为本发明实施例5中的电子设备的结构框图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
本实施例提供一种风机塔筒动扰度的检测方法，所述风机塔筒是风力发电的塔杆，在风力发电机组中主要起支撑作用，同时吸收机组震动。
所述风机塔筒的顶部设置有两个加速度传感器，两个所述加速度传感器各自检测的加速度方向相互垂直，且其中一个所述加速度传感器检测的加速度方向与风轮面垂直；
具体地，在相互垂直的x轴和y轴组成的坐标系中，可以分别设置x轴加速度传感器和y轴加速度传感器，将加速度传感器水平放置并固定在塔筒顶部便于安装的位置，且x轴与风轮面垂直。
如图1所示，所述检测方法可以包括如下步骤：
步骤S0：获取两个所述加速度传感器分别采集的加速度；
优选地，两个所述加速度传感器同步检测各自对应的加速度数据。接下来，可以使用等间隔采样的方式获取两个所述加速度传感器分别采集的加速度，即等间隔获取加速度传感器检测的数据，以控制采样时间的精度。
步骤S1：利用两个所述加速度传感器各自采集的加速度分别计算每个所述加速度传感器各自对应的扰动位移；
步骤S2：利用两个所述加速度传感器各自对应的扰动位移计算所述风机塔筒的动扰度。
本实施例中，在计算得到所述动扰度之后，可以利用所述动扰度对风机进行控制，具体地，判断所述动扰度是否大于第一预设阈值，若是，则生成第一控制指令，所述第一控制指令用于调控所述风机塔筒对应的风机的运行状态。优选的，此处的调控所述风机塔筒对应的风机的运行状态可以包括调低所述风机的发电输出功率。
所述第一预设阈值可以根据具体应用场景而适应性设置，本实施例对其具体数值不做限制。
另外，当空气湍流剧烈，所述动扰度大于第一停机阈值时，可以控制所述风机停机，以保证风机的安全。
本实施例提供的风机塔筒动扰度的检测方法通过两个加速度传感器来检测方向互相垂直的加速度，可以准确的检测出风机塔筒的动扰度。当检测的扰动幅度过大时，可以生成控制指令，及时调整风机的运行状态，保证整个风机系统的安全运行。
实施例2
本实施例提供一种风机塔筒动扰度的检测方法，所述检测方法是在实施例1基础上进一步改进。
如图2所示，所述步骤S1具体可以包括：
步骤S10：对两个所述加速度传感器各自采集的加速度分别进行低通滤波，所述低通滤波的频率为10Hz-100Hz；
步骤S11：根据低通滤波后的两个所述加速度传感器各自对应的加速度分别计算扰动位移。
由于风力发电机塔筒的晃动主要为低频信号，需要分析的也是低频信号，此处低通滤波能够滤除高频干扰信号和不需要分析的高频信号，提高数据准确性。
本实施例中，如图3所示，所述步骤S11具体可以包括如下步骤：
步骤S110：获取低通滤波后的两个所述加速度传感器分别对应的加速度分布曲线，所述加速度分布曲线为加速度相对于采样时刻的变化曲线；
步骤S111：分别查找每条加速度曲线中的加速度方向发生第一次改变时的第一加速度采样时刻以及加速度方向发生第二次改变时的第二加速度采样时刻；
加速度方向改变(包括由正向变为负向，以及由负向变为正向)的采样时刻即为加速度分布曲线的过零点。
步骤S112：分别计算每条加速度曲线各自对应的所述第一加速度采样时刻以及所述第二加速度采样时刻之间的多个采样时刻对应的多个加速度值的第一加和值；
步骤S113：以所述第一加速度采样时刻为起点，计算所述第一加速度采样时刻之后的多个采样时刻对应的多个加速度值的第二加和值；
步骤S114：当所述第二加和值不小于所述第一加和值的二分之一时，根据第三加速度采样时刻对加速度进行积分，以得到两个加速度传感器分别对应的扰动速度；所述第三加速度采样点为所述第二加和值不小于所述第一加和值的二分之一时对应的采样时刻；
步骤S115：根据两个加速度传感器分别对应的所述扰动速度分别计算所述加速度传感器各自对应的所述扰动位移。
优选地，根据第三加速度采样时刻对加速度进行积分，以得到两个加速度传感器分别对应的扰动速度的计算公式为：
Figure BDA0002478241810000111
其中，v[i]为速度，i为加速度采样时刻，i2为所述第三加速度采样时刻，a1[i+i2]为低通滤波后的加速度，L为采集的数据个数，fs为采样频率。
在本实施例中，对x轴加速度传感器和y轴加速度传感器各自检测的数据，分别利用上述公式计算x轴的扰动速度和y轴的扰动速度。
优选地，所述步骤S115可以通过如下具体方式执行：对两个加速度传感器各自对应的所述扰动速度分别去除趋势项；以去除趋势项之后的两个加速度传感器各自对应的所述扰动速度分别计算所述加速度传感器各自对应的所述扰动位移。
进一步地，如图4所示，所述步骤S115还可以包括如下步骤：
步骤S1151：获取两个所述加速度传感器分别对应的去除趋势项之后的速度分布曲线，所述速度分布曲线为速度相对采样时刻的变化曲线；
步骤S1152：分别查找每条速度分布曲线中速度方向发生第一次改变时的第一速度采样时刻以及速度方向发生第二次改变时的第二速度采样时刻；
步骤S1153：分别计算每条速度曲线各自对应的所述第一速度采样时刻以及所述第二速度采样时刻之间的多个采样时刻对应的多个速度值的第一加和值；
步骤S1154：以所述第一速度采样时刻为起点，计算所述第一速度采样时刻之后的多个采样时刻对应的多个速度值的第二加和值；
步骤S1155：当所述第二加和值不小于所述第一加和值的二分之一时，根据第三加速度采样时刻以及第三速度采样时刻对速度进行积分，以得到两个加速度传感器分别对应的扰动位移；所述第三速度采样点为所述第二加和值不小于所述第一加和值的二分之一时对应的采样时刻。
具体地，所述根据第三加速度采样时刻以及第三速度采样时刻对速度进行积分，以得到两个加速度传感器分别对应的扰动位移的计算公式为：
Figure BDA0002478241810000121
其中，所述p[j]为所述扰动位移，j为速度采样时刻，j2为所述第三速度采样时刻，v1[j+j2]为去除趋势项之后的速度。
在本实施例中，对x轴加速度传感器和y轴加速度传感器各自检测的数据，分别利用上述公式计算x轴的扰动位移和y轴的扰动位移。
接下来，可以对两个加速度传感器分别对应的所述扰动位移分别进行傅里叶变换，以得到两个加速度传感器分别对应的频域数据，优选地，可以对两个加速度传感器分别对应的所述扰动位移分别去除趋势项；然后，对除趋势项之后的两个加速度传感器分别对应的所述扰动位移进行傅里叶变换。
接下来，从所述频域数据中分别查找所述加速度传感器各自对应的所述位移特征值，所述位移特征值为所述频域数据中的最大幅值；根据两个加速度传感器分别对应的所述位移特征值计算所述动扰度。
具体地，若x轴加速度传感器对应的位移特征值为Ax0，y轴加速度传感器对应的位移特征值为Ay0，则风机塔筒的动扰度A0的计算方式如下:
A0＝sqrt(Ax02+Ay02)，其中，sqrt表示开根号的计算函数。
正常情况下，Ax0远大于Ay0，当Ay0的数值过大时，则表示出现了不正常的需要采取抑制措施的塔筒扰动情况。
所述Ax0及其对应的频率特征值fx0可以共同显示给技术人员，Ay0及其对应的频率特征值fy0也可以共同显示给技术人员。
本实施例中，还可以通过y轴的位移特征值(即Ay0)的大小来调控风机的状态，具体地，判断Ay0是否大于第二预设阈值，若是，则生成第二控制指令，所述第二控制指令用于调控所述风机塔筒对应的风机的运行状态。优选的，此处的调控所述风机塔筒对应的风机的运行状态可以包括调低所述风机的发电输出功率。
所述第二预设阈值可以根据具体应用场景而适应性设置，本实施例对其具体数值不做限制。
另外，当空气湍流剧烈，Ay0的值大于第二停机阈值时，可以控制所述风机停机，以保证风机的安全。
本实施例提供的风机塔筒动扰度的检测方法通过对加速度数据进行多次数字信号处理，使用过零点的方法和去除趋势项的方法来减少积分产生的误差，从而得到相对更准确的速度和位移数据。
实施例3
本实施例通过一种风机塔筒动扰度的检测系统，所述风机塔筒是风力发电的塔杆，在风力发电机组中主要起支撑作用，同时吸收机组震动。
所述风机塔筒的顶部设置有两个加速度传感器，两个所述加速度传感器各自检测的加速度方向相互垂直，且其中一个所述加速度传感器检测的加速度方向与风轮面垂直；
具体地，在相互垂直的x轴和y轴组成的坐标系中，可以分别设置x轴加速度传感器和y轴加速度传感器，将加速度传感器水平放置并固定在塔筒顶部便于安装的位置，且x轴与风轮面垂直。
如图5所示，所述检测系统1可以包括：
加速度获取模块11，用于获取两个所述加速度传感器分别采集的加速度；
扰动位移计算模块12，用于利用两个所述加速度传感器各自采集的加速度分别计算每个所述加速度传感器各自对应的扰动位移；
动扰度计算模块13，用于利用两个所述加速度传感器各自对应的扰动位移计算所述风机塔筒的动扰度。
优选地，两个所述加速度传感器同步检测各自对应的加速度数据。所述加速度获取模块11可以包括数据采集分析器，所述数据采集分析器使用等间隔采样，即等间隔获取加速度传感器检测的数据，以控制采样时间的精度。
所述扰动位移计算模块12以及动扰度计算模块13可以集成在上位机中，上位机还可以显示最终计算出的动扰度。
本实施例中，在计算得到所述动扰度之后，可以利用所述动扰度对风机进行控制。具体地，所述检测系统1还可以包括第一判断模块14以及第一指令生成模块15，所述第一判断模块14用于判断所述动扰度是否大于第一预设阈值，若是，则调用所述第一指令生成模块15，所述第一指令生成模块15用于生成第一控制指令，所述第一控制指令用于调控所述风机塔筒对应的风机的运行状态。优选的，此处的调控所述风机塔筒对应的风机的运行状态可以包括调低所述风机的发电输出功率。
所述第一预设阈值可以根据具体应用场景而适应性设置，本实施例对其具体数值不做限制。
另外，当空气湍流剧烈，所述动扰度大于第一停机阈值时，可以控制所述风机停机，以保证风机的安全。
本实施例提供的风机塔筒动扰度的检测系统通过两个加速度传感器来检测方向互相垂直的加速度，可以准确的检测出风机塔筒的动扰度。当检测的扰动幅度过大时，可以生成控制指令，及时调整风机的运行状态，保证整个风机系统的安全运行。
实施例4
本实施例提供一种风机塔筒动扰度的检测系统，所述检测系统是在实施例3基础上进一步改进。
如图6所示，所述扰动位移计算模块12可以包括滤波子模块121以及位移计算执行子模块122；
所述滤波子模块121用于对两个所述加速度传感器各自采集的加速度分别进行低通滤波，所述低通滤波的频率为10Hz-100Hz；
所述位移计算执行子模块122用于根据低通滤波后的两个所述加速度传感器各自对应的加速度分别计算扰动位移。
由于风力发电机塔筒的晃动主要为低频信号，需要分析的也是低频信号，此处低通滤波能够滤除高频干扰信号和不需要分析的高频信号，提高数据准确性。
进一步地，所述位移计算执行子模块122可以包括速度计算单元1221；
所述速度计算单元1221用于获取低通滤波后的两个所述加速度传感器分别对应的加速度分布曲线，所述加速度分布曲线为加速度相对于采样时刻的变化曲线；
所述速度计算单元1221还用于分别查找每条加速度曲线中的加速度方向发生第一次改变时的第一加速度采样时刻以及加速度方向发生第二次改变时的第二加速度采样时刻；
加速度方向改变(包括由正向变为负向，以及由负向变为正向)的采样时刻即为加速度分布曲线的过零点。
所述速度计算单元1221还用于分别计算每条加速度曲线各自对应的所述第一加速度采样时刻以及所述第二加速度采样时刻之间的多个采样时刻对应的多个加速度值的第一加和值；
所述速度计算单元1221还用于以所述第一加速度采样时刻为起点，计算所述第一加速度采样时刻之后的多个采样时刻对应的多个加速度值的第二加和值；
所述速度计算单元1221还用于在所述第二加和值不小于所述第一加和值的二分之一时，根据第三加速度采样时刻对加速度进行积分，以得到两个加速度传感器分别对应的扰动速度；所述第三加速度采样点为所述第二加和值不小于所述第一加和值的二分之一时对应的采样时刻；
所述位移计算执行子模块122还用于根据两个加速度传感器分别对应的所述扰动速度分别计算所述加速度传感器各自对应的所述扰动位移。
优选地，所述速度计算单元1221根据第三加速度采样时刻对加速度进行积分，以得到两个加速度传感器分别对应的扰动速度的计算公式为：
Figure BDA0002478241810000161
其中，v[i]为速度，i为加速度采样时刻，i2为所述第三加速度采样时刻，a1[i+i2]为低通滤波后的加速度，L为采集的数据个数，fs为采样频率。
在本实施例中，对x轴加速度传感器和y轴加速度传感器各自检测的数据，分别利用上述公式计算x轴的扰动速度和y轴的扰动速度。
优选地，所述位移计算执行子模块122还用于对两个加速度传感器各自对应的所述扰动速度分别去除趋势项；并以去除趋势项之后的两个加速度传感器各自对应的所述扰动速度分别计算所述加速度传感器各自对应的所述扰动位移。
进一步地，所述位移计算执行子模块122还用于获取两个所述加速度传感器分别对应的去除趋势项之后的速度分布曲线，所述速度分布曲线为速度相对采样时刻的变化曲线；
所述位移计算执行子模块122还用于分别查找每条速度分布曲线中速度方向发生第一次改变时的第一速度采样时刻以及速度方向发生第二次改变时的第二速度采样时刻；
所述位移计算执行子模块122还用于分别计算每条速度曲线各自对应的所述第一速度采样时刻以及所述第二速度采样时刻之间的多个采样时刻对应的多个速度值的第一加和值；
所述位移计算执行子模块122还用于以所述第一速度采样时刻为起点，计算所述第一速度采样时刻之后的多个采样时刻对应的多个速度值的第二加和值；
所述位移计算执行子模块122还用于在所述第二加和值不小于所述第一加和值的二分之一时，根据第三加速度采样时刻以及第三速度采样时刻对速度进行积分，以得到两个加速度传感器分别对应的扰动位移；所述第三速度采样点为所述第二加和值不小于所述第一加和值的二分之一时对应的采样时刻。
优选地，所述位移计算执行子模块122还用于所述根据第三加速度采样时刻以及第三速度采样时刻对速度进行积分，以得到两个加速度传感器分别对应的扰动位移的计算公式为：
Figure BDA0002478241810000171
其中，所述p[j]为所述扰动位移，j为速度采样时刻，j2为所述第三速度采样时刻，v1[j+j2]为去除趋势项之后的速度。
在本实施例中，对x轴加速度传感器和y轴加速度传感器各自检测的数据，分别利用上述公式计算x轴的扰动位移和y轴的扰动位移。
优选地，所述动扰度计算模块13包括频域变换子模块131以及动扰度计算执行子模块132；
所述频域变换子模块131用于对两个加速度传感器分别对应的所述扰动位移分别进行傅里叶变换，以得到两个加速度传感器分别对应的频域数据，从所述频域数据中分别查找所述加速度传感器各自对应的所述位移特征值，所述位移特征值为所述频域数据中的最大幅值；
所述动扰度计算执行子模块132用于根据两个加速度传感器分别对应的所述位移特征值计算所述动扰度。
本实施例中，所述频域变换子模块131还可以用于对两个加速度传感器分别对应的所述扰动位移分别去除趋势项；并对除趋势项之后的两个加速度传感器分别对应的所述扰动位移进行傅里叶变换。
本实施例中，若x轴加速度传感器对应的位移特征值为Ax0，y轴加速度传感器对应的位移特征值为Ay0，则风机塔筒的动扰度A0的计算方式如下：
A0＝sqrt(Ax02+Ay02)，其中，sqrt表示开根号的计算函数。
所述Ax0及其对应的频率特征值fx0可以由上位机共同显示给技术人员，Ay0及其对应的频率特征值fy0也可以由上位机共同显示给技术人员。
正常情况下，Ax0远大于Ay0，当Ay0的数值过大时，则表示出现了不正常的需要采取抑制措施的塔筒扰动情况。
本实施例中，还可以通过y轴的位移特征值(即Ay0)的大小来调控风机的状态。具体地，所述检测系统1还可以包括第二判断模块16以及第二指令生成模块17，所述第二判断模块16用于判断Ay0是否大于第二预设阈值，若是，则调用所述第二指令生成模块17，所述第二指令生成模块17用于生成第二控制指令，所述第二控制指令用于调控所述风机塔筒对应的风机的运行状态。优选的，此处的调控所述风机塔筒对应的风机的运行状态可以包括调低所述风机的发电输出功率。
所述第二预设阈值可以根据具体应用场景而适应性设置，本实施例对其具体数值不做限制。
另外，当空气湍流剧烈，Ay0的值大于第二停机阈值时，可以控制所述风机停机，以保证风机的安全。
本实施例提供的风机塔筒动扰度的检测系统通过对加速度数据进行多次数字信号处理，使用过零点的方法和去除趋势项的方法来减少积分产生的误差，从而得到相对更准确的速度和位移数据。
本实施例提供的风机塔筒动扰度的检测系统通过对加速度数据进行多次数字信号处理，使用过零点的方法和去除趋势项的方法来减少积分产生的误差，从而得到相对更准确的速度和位移数据。
实施例5
本发明还提供一种电子设备，如图7所示，所述电子设备可以包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行计算机程序时实现前述实施例1或2中的风机塔筒动扰度的检测方法的步骤。
可以理解的是，图7所示的电子设备仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图7所示，电子设备2可以以通用计算设备的形式表现，例如：其可以为服务器设备。电子设备2的组件可以包括但不限于：上述至少一个处理器3、上述至少一个存储器4、连接不同系统组件(包括存储器4和处理器3)的总线5。
所述总线5可以包括数据总线、地址总线和控制总线。
所述存储器4可以包括易失性存储器，例如随机存取存储器(RAM)41和/或高速缓存存储器42，还可以进一步包括只读存储器(ROM)43。
所述存储器4还可以包括具有一组(至少一个)程序模块44的程序工具45(或实用工具)，这样的程序模块44包括但不限于：操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。
所述处理器3通过运行存储在所述存储器4中的计算机程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，例如本发明前述实施例1或2中的风机塔筒动扰度的检测方法的步骤。
所述电子设备2也可以与一个或多个外部设备6(例如键盘、指向设备等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口7进行。并且，模型生成的电子设备2还可以通过网络适配器8与一个或者多个网络(例如局域网LAN，广域网WAN和/或公共网络)通信。
如图7所示，网络适配器8可以通过总线5与模型生成的电子设备2的其它模块通信。本领域技术人员应当明白，尽管图中未示出，可以结合模型生成的电子设备2使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理器、外部磁盘驱动阵列、RAID(磁盘阵列)系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。
需要说明的是，尽管在上文详细描述中提及了电子设备的若干单元/模块或子单元/模块，但是这种划分仅仅是示例性的并非强制性的。实际上，根据本发明的实施方式，上文描述的两个或更多单元/模块的特征和功能可以在一个单元/模块中具体化。反之，上文描述的一个单元/模块的特征和功能可以进一步划分为由多个单元/模块来具体化。
实施例6
本实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，程序被处理器执行时实现前述实施例1或2中的风机塔筒动扰度的检测方法的步骤。
其中，计算机可读存储介质可以采用的更具体方式可以包括但不限于：便携式盘、硬盘、随机存取存储器、只读存储器、可擦拭可编程只读存储器、光存储器件、磁存储器件或上述的任意合适的组合。
在可能的实施方式中，本发明还可以实现为一种程序产品的形式，其包括程序代码，当程序产品在终端设备上运行时，程序代码用于使终端设备执行实现前述实施例1或2中的风机塔筒动扰度的检测方法的步骤。
其中，可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本发明的程序代码，程序代码可以完全地在用户设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户设备上部分在远程设备上执行或完全在远程设备上执行。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (20)

1.一种风机塔筒动扰度的检测方法，其特征在于，所述风机塔筒的顶部设置有两个加速度传感器，两个所述加速度传感器各自检测的加速度方向相互垂直，且其中一个所述加速度传感器检测的加速度方向与风轮面垂直；
所述检测方法包括：
获取两个所述加速度传感器分别采集的加速度；
利用两个所述加速度传感器各自采集的加速度分别计算每个所述加速度传感器各自对应的扰动位移；
利用两个所述加速度传感器各自对应的扰动位移计算所述风机塔筒的动扰度；
利用两个所述加速度传感器各自采集的加速度分别计算每个所述加速度传感器各自对应的扰动位移的步骤包括；
对两个所述加速度传感器各自采集的加速度分别进行低通滤波，所述低通滤波的频率为10Hz-100Hz；
根据低通滤波后的两个所述加速度传感器各自对应的加速度分别计算扰动位移；
所述根据低通滤波后的两个所述加速度传感器各自对应的加速度分别计算扰动位移的步骤包括：
获取低通滤波后的两个所述加速度传感器分别对应的加速度分布曲线，所述加速度分布曲线为加速度相对于采样时刻的变化曲线；
分别查找每条加速度曲线中的加速度方向发生第一次改变时的第一加速度采样时刻以及加速度方向发生第二次改变时的第二加速度采样时刻；
分别计算每条加速度曲线各自对应的所述第一加速度采样时刻以及所述第二加速度采样时刻之间的多个采样时刻对应的多个加速度值的第一加和值；
以所述第一加速度采样时刻为起点，计算所述第一加速度采样时刻之后的多个采样时刻对应的多个加速度值的第二加和值；
当所述第二加和值不小于所述第一加和值的二分之一时，根据第三加速度采样时刻对加速度进行积分，以得到两个加速度传感器分别对应的扰动速度；所述第三加速度采样点为所述第二加和值不小于所述第一加和值的二分之一时对应的采样时刻；
根据两个加速度传感器分别对应的所述扰动速度分别计算所述加速度传感器各自对应的所述扰动位移。
2.如权利要求1所述的风机塔筒动扰度的检测方法，其特征在于，
根据第三加速度采样时刻对加速度进行积分，以得到两个加速度传感器分别对应的扰动速度的计算公式为：
Figure FDA0003085581360000021
其中，v[i]为速度，i为加速度采样时刻，i2为所述第三加速度采样时刻，a1[i+i2]为低通滤波后的加速度，L为采集的数据个数，fs为采样频率。
3.如权利要求2所述的风机塔筒动扰度的检测方法，其特征在于，所述根据两个加速度传感器分别对应的所述扰动速度分别计算所述加速度传感器各自对应的所述扰动位移的步骤包括：
对两个加速度传感器各自对应的所述扰动速度分别去除趋势项；
以去除趋势项之后的两个加速度传感器各自对应的所述扰动速度分别计算所述加速度传感器各自对应的所述扰动位移。
4.如权利要求3所述的风机塔筒动扰度的检测方法，其特征在于，所述以去除趋势项之后的两个加速度传感器各自对应的所述扰动速度分别计算所述加速度传感器各自对应的所述扰动位移的步骤包括：
获取两个所述加速度传感器分别对应的去除趋势项之后的速度分布曲线，所述速度分布曲线为速度相对采样时刻的变化曲线；
分别查找每条速度分布曲线中速度方向发生第一次改变时的第一速度采样时刻以及速度方向发生第二次改变时的第二速度采样时刻；
分别计算每条速度曲线各自对应的所述第一速度采样时刻以及所述第二速度采样时刻之间的多个采样时刻对应的多个速度值的第一加和值；
以所述第一速度采样时刻为起点，计算所述第一速度采样时刻之后的多个采样时刻对应的多个速度值的第二加和值；
当所述第二加和值不小于所述第一加和值的二分之一时，根据第三加速度采样时刻以及第三速度采样时刻对速度进行积分，以得到两个加速度传感器分别对应的扰动位移；所述第三速度采样点为所述第二加和值不小于所述第一加和值的二分之一时对应的采样时刻。
5.如权利要求4所述的风机塔筒动扰度的检测方法，其特征在于，
所述利用两个所述加速度传感器各自对应的扰动位移计算所述风机塔筒的动扰度的步骤包括：
对两个加速度传感器分别对应的所述扰动位移分别进行傅里叶变换，以得到两个加速度传感器分别对应的频域数据，从所述频域数据中分别查找所述加速度传感器各自对应的所述位移特征值，所述位移特征值为所述频域数据中的最大幅值；
根据两个加速度传感器分别对应的所述位移特征值计算所述动扰度。
6.如权利要求4所述的风机塔筒动扰度的检测方法，其特征在于，
所述根据第三加速度采样时刻以及第三速度采样时刻对速度进行积分，以得到两个加速度传感器分别对应的扰动位移的计算公式为：
Figure FDA0003085581360000031
其中，所述p[j]为所述扰动位移，j为速度采样时刻，j2为所述第三速度采样时刻，v1[j+j2]为去除趋势项之后的速度。
7.如权利要求5所述的风机塔筒动扰度的检测方法，其特征在于，
所述对两个加速度传感器分别对应的所述扰动位移分别进行傅里叶变换的步骤包括：
对两个加速度传感器分别对应的所述扰动位移分别去除趋势项；
对除趋势项之后的两个加速度传感器分别对应的所述扰动位移进行傅里叶变换。
8.如权利要求1所述的风机塔筒动扰度的检测方法，其特征在于，
所述检测方法还包括：
判断所述动扰度是否大于第一预设阈值，若是，则生成第一控制指令，所述第一控制指令用于调控所述风机塔筒对应的风机的运行状态。
9.如权利要求5所述的风机塔筒动扰度的检测方法，其特征在于，
所述检测方法还包括：
判断加速度检测方向不与风轮面垂直的加速度传感器对应的位移特征值是否大于第二预设阈值，若是，则生成第二控制指令，所述第二控制指令用于调控所述风机塔筒对应的风机的运行状态。
10.一种风机塔筒动扰度的检测系统，其特征在于，所述风机塔筒的顶部设置有两个加速度传感器，两个所述加速度传感器各自检测的加速度方向相互垂直，且其中一个所述加速度传感器检测的加速度方向与风轮面垂直；
所述检测系统包括：
加速度获取模块，用于获取两个所述加速度传感器分别采集的加速度；
扰动位移计算模块，用于利用两个所述加速度传感器各自采集的加速度分别计算每个所述加速度传感器各自对应的扰动位移；
动扰度计算模块，用于利用两个所述加速度传感器各自对应的扰动位移计算所述风机塔筒的动扰度；
所述扰动位移计算模块包括滤波子模块以及位移计算执行子模块；
所述滤波子模块用于对两个所述加速度传感器各自采集的加速度分别进行低通滤波，所述低通滤波的频率为10Hz-100Hz；
位移计算执行子模块用于根据低通滤波后的两个所述加速度传感器各自对应的加速度分别计算扰动位移；
所述位移计算执行子模块包括速度计算单元；
所述速度计算单元用于获取低通滤波后的两个所述加速度传感器分别对应的加速度分布曲线，所述加速度分布曲线为加速度相对于采样时刻的变化曲线；
所述速度计算单元还用于分别查找每条加速度曲线中的加速度方向发生第一次改变时的第一加速度采样时刻以及加速度方向发生第二次改变时的第二加速度采样时刻；
所述速度计算单元还用于分别计算每条加速度曲线各自对应的所述第一加速度采样时刻以及所述第二加速度采样时刻之间的多个采样时刻对应的多个加速度值的第一加和值；
所述速度计算单元还用于以所述第一加速度采样时刻为起点，计算所述第一加速度采样时刻之后的多个采样时刻对应的多个加速度值的第二加和值；
所述速度计算单元还用于在所述第二加和值不小于所述第一加和值的二分之一时，根据第三加速度采样时刻对加速度进行积分，以得到两个加速度传感器分别对应的扰动速度；所述第三加速度采样点为所述第二加和值不小于所述第一加和值的二分之一时对应的采样时刻；
所述位移计算执行子模块还用于根据两个加速度传感器分别对应的所述扰动速度分别计算所述加速度传感器各自对应的所述扰动位移。
11.如权利要求10所述的风机塔筒动扰度的检测系统，其特征在于，
所述速度计算单元根据第三加速度采样时刻对加速度进行积分，以得到两个加速度传感器分别对应的扰动速度的计算公式为：
Figure FDA0003085581360000051
其中，v[i]为速度，i为加速度采样时刻，i2为所述第三加速度采样时刻，a1[i+i2]为低通滤波后的加速度，L为采集的数据个数，fs为采样频率。
12.如权利要求11所述的风机塔筒动扰度的检测系统，其特征在于，所述位移计算执行子模块还用于对两个加速度传感器各自对应的所述扰动速度分别去除趋势项；以去除趋势项之后的两个加速度传感器各自对应的所述扰动速度分别计算所述加速度传感器各自对应的所述扰动位移。
13.如权利要求12所述的风机塔筒动扰度的检测系统，其特征在于，所述位移计算执行子模块还用于获取两个所述加速度传感器分别对应的去除趋势项之后的速度分布曲线，所述速度分布曲线为速度相对采样时刻的变化曲线；
所述位移计算执行子模块还用于分别查找每条速度分布曲线中速度方向发生第一次改变时的第一速度采样时刻以及速度方向发生第二次改变时的第二速度采样时刻；
所述位移计算执行子模块还用于分别计算每条速度曲线各自对应的所述第一速度采样时刻以及所述第二速度采样时刻之间的多个采样时刻对应的多个速度值的第一加和值；
所述位移计算执行子模块还用于以所述第一速度采样时刻为起点，计算所述第一速度采样时刻之后的多个采样时刻对应的多个速度值的第二加和值；
所述位移计算执行子模块还用于在所述第二加和值不小于所述第一加和值的二分之一时，根据第三加速度采样时刻以及第三速度采样时刻对速度进行积分，以得到两个加速度传感器分别对应的扰动位移；所述第三速度采样点为所述第二加和值不小于所述第一加和值的二分之一时对应的采样时刻。
14.如权利要求13所述的风机塔筒动扰度的检测系统，其特征在于，
所述动扰度计算模块包括频域变换模块以及动扰度计算执行子模块；
所述频域变换模块用于对两个加速度传感器分别对应的所述扰动位移分别进行傅里叶变换，以得到两个加速度传感器分别对应的频域数据，从所述频域数据中分别查找所述加速度传感器各自对应的所述位移特征值，所述位移特征值为所述频域数据中的最大幅值；
所述动扰度计算执行子模块用于根据两个加速度传感器分别对应的所述位移特征值计算所述动扰度。
15.如权利要求13所述的风机塔筒动扰度的检测系统，其特征在于，
所述位移计算执行子模块还用于所述根据第三加速度采样时刻以及第三速度采样时刻对速度进行积分，以得到两个加速度传感器分别对应的扰动位移的计算公式为：
Figure FDA0003085581360000071
其中，所述p[j]为所述扰动位移，j为速度采样时刻，j2为所述第三速度采样时刻，v1[j+j2]为去除趋势项之后的速度。
16.如权利要求14所述的风机塔筒动扰度的检测系统，其特征在于，
所述频域变换模块用于对两个加速度传感器分别对应的所述扰动位移分别去除趋势项；对除趋势项之后的两个加速度传感器分别对应的所述扰动位移进行傅里叶变换。
17.如权利要求10所述的风机塔筒动扰度的检测系统，其特征在于，
所述检测系统还包括第一判断模块以及第一指令生成模块，所述第一判断模块用于判断所述动扰度是否大于第一预设阈值，若是，则调用所述第一指令生成模块，所述第一指令生成模块用于生成第一控制指令，所述第一控制指令用于调控所述风机塔筒对应的风机的运行状态。
18.如权利要求14所述的风机塔筒动扰度的检测系统，其特征在于，
所述检测系统还包括第二判断模块以及第二指令生成模块，所述第二判断模块用于判断加速度检测方向不与风轮面垂直的加速度传感器对应的位移特征值是否大于第二预设阈值，若是，则调用所述第二指令生成模块，所述第二指令生成模块用于生成第二控制指令，所述第二控制指令用于调控所述风机塔筒对应的风机的运行状态。
19.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行计算机程序时实现权利要求1-9任一项所述的风机塔筒动扰度的检测方法的步骤。
20.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-9任一项所述的风机塔筒动扰度的检测方法的步骤。
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