CN113982863B - 一种基于机舱加速度监测机组湍流和载荷的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于机舱加速度监测机组湍流和载荷的方法及系统，包括：建立湍流、机舱加速度及风机状态数据对应关系库；获取实时机舱加速度，当实时机舱加速度超过机舱加速度阈值时，风机停机，否则进入下一步判断；将实时机舱加速度转化为新的机舱加速度判断指标，对比对应关系库，获取湍流数据，若湍流数据超过设计值，调整变桨角度进行安全保护，否则进入下一步判断；根据湍流数据，对比对应关系库，当塔筒顶部载荷超过设计阈值时，风机降载，否则继续运行；系统包括与对应关系库分别连接的第一辨识模块、第二辨识模块和第三辨识模块；本发明在机舱加速度数据基础上，实现风机的安全监测和保护，具有成本更低，无需再次额外投入设备的优点。

Description

一种基于机舱加速度监测机组湍流和载荷的方法及系统

技术领域

本发明涉及风电机组的湍流及载荷监测领域，特别是涉及一种基于机舱加速度监测机组湍流和载荷的方法及系统。

背景技术

随着山区风场和低风速风区的开发，风电发电机组所遭受的环境条件越来越恶劣，山地低风速大湍流的环境给机组带来的安全风险越来越大，又随着高柔塔的发展，进行实时机舱加速度监测并参与机组安全控制越来越必要。

现有技术中，关于风电机组的安全监控及保护多为仅根据机舱加速度进行机组故障判定变桨停机的方法，或者通过深度学习法进行大气湍流监测，或者通过直接监测湍流进行预判降载，又或者是通过传感器监测机组载荷大小来决定风机是否需要降载，以保障风机的安全运行，上述方法中普遍存在投入大、监测数据复杂，判断系统重复等问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于机舱加速度监测机组湍流和载荷的方法，通过建立湍流、机舱加速度及风机状态数据的对应关系库，解决了数据重复获取、投入较大，设备较多的问题，相较于使用多种设备直接采集风机前端湍流或使用应变片测量机组载荷来实现载荷监测，在已有机舱加速度数据的基础上，具有成本更低，无需再次额外投入设备的优点。

本发明为了解决现有技术问题所采用的技术方案如下：

提供一种基于机舱加速度监测机组湍流和载荷的方法，包括：

S1.建立湍流、机舱加速度及风机状态数据对应关系库；

S2.获取实时机舱加速度，对比机舱加速度阈值，当所述实时机舱加速度超过所述机舱加速度阈值时，风机停机，否则进入下一步判断；

S3.根据实时机舱加速度，对比所述对应关系库，获取实时机舱加速度对应的风机状态数据；当其中任意风机状态数据达到阈值时，风机停机，否则进入下一步判断；

S4.对实时机舱加速度进行转化，转化为新的机舱加速度判断指标，所述新的机舱加速度判断指标记为：A=a+1.282*σ，根据所述新的机舱加速度判断指标，对比所述对应关系库，获取湍流数据，若所述湍流数据超过设计值，调整变桨角度进行安全保护，否则进入下一步判断；

S5.根据所述湍流数据，对比所述对应关系库，获取塔筒顶部应变，将所述应变转换为塔筒顶部载荷，当所述塔筒顶部载荷超过设计阈值时，风机降载，否则继续运行。

进一步地，所述实时机舱加速度通过设置机舱内的加速度传感器测得。

进一步地，所述湍流、机舱加速度及风机状态数据对应关系库包括不同湍流强度条件下的风机状态数据和加速度、湍流和风机状态数据、湍流和加速度的二维插值表中的任意一个或多个。

进一步地，当风机状态数据、机舱加速度及湍流在所述对应关系库中无直接对应数据时，根据最接近的两组数据进行线性插值计算。

进一步地，所述风机状态数据包括发电功率、风轮转速、发电机转速、发电机转矩、桨距角和变桨速率。

进一步地，所述湍流、机舱加速度及风机状态数据间的对应关系库由实测得到，并经过风电机组的实测数据的验证。

进一步地，作为另一种判断方法，所述步骤S4中还包括：根据湍流设计值，对比所述对应关系库，获取机舱加速度对应值，记为B，当所述A大于B，判定机组所遭遇的湍流超过设计值，调整变桨角度进行安全保护，否则进入下一步骤S5。

本发明还提供一种基于机舱加速度监测机组湍流和载荷的系统，解决了上述方法的实现问题，通过第一辨识模块、第二辨识模块及第三辨识模块间数据转换的方式，实现了仅通过机舱加速度实现多维度风机安全状态的判断，进而实现风机的安全监测和保护。

具体的，包括与对应关系库分别连接的第一辨识模块、第二辨识模块和第三辨识模块，所述第一辨识模块作为输入与所述第二辨识模块连接，所述第二辨识模块作为输入与所述第三辨识模块连接，所述第一辨识模块包括数据接收模块，所述数据接收模块与加速度传感器连接用于接收实时机舱加速度，所述第二辨识模块包括加速度转换模块用于将第一辨识模块中输入的实时加速度转换为新的机舱加速度判断指标，所述第三辨识模块包括湍流转换模块用于将所述第二辨识模块中输入的湍流数据转化为塔筒顶部载荷。

进一步地，所述对应关系库包括不同湍流强度条件下的风机状态数据和加速度、湍流和风机状态数据、湍流和加速度的二维插值表中的任意一个或多个。

进一步地，所述对应关系库由实测得到，并经过风电机组的实测数据的验证。

具体原理如下：第一辨识模块中的数据接收模块接收到由机舱加速度传感器检测的实时机舱加速度，在第一辨识模块中，通过实时机舱加速度与机舱加速度阈值的比较，判断是否停机；

若实时机舱加速度小于机舱加速度阈值，将所述实时机舱加速度输入第二辨识模块，由加速度转换模块对所述实时机舱加速度进行转换，转换后得到新的机舱加速度判断指标，后续包括两种判断方式，方式一：将所述新的机舱加速度判断指标在对应关系库中找到对应的湍流强度，对比所述湍流强度与湍流强度设计值，判断是否变桨或停机；方式二：将湍流强度设计值在对应关系库中找到对应的机舱加速度，对比机舱加速度与新的机舱加速度判断指标，判断是否变桨或停机；

若上述湍流强度均未达到变桨或停机指标，则将上述湍流强度输入第三辨识模块，由湍流转换模块对所述湍流强度进行转换，通过对比对应关系库，转换得到塔筒顶部载荷，对比塔筒顶部载荷阈值判断是否变桨或停机，实现风机的保护。

有益效果如下：

本发明通过建立湍流、机舱加速度及风机状态数据的对应关系库，解决了数据重复获取、投入较大，设备较多的问题，相较于使用多种设备直接采集风机前端湍流或使用应变片测量机组载荷来实现载荷监测，在已有机舱加速度数据的基础上，具有成本更低，无需再次额外投入设备的优点。

附图说明

图1为本实施例中基于机舱加速度监测机组湍流和载荷的系统示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

如图1所示，本实施例提供一种基于机舱加速度监测机组湍流和载荷的系统，包括与对应关系库0分别连接的第一辨识模块1、第二辨识模块2和第三辨识模块3，第一辨识模块1作为输入与第二辨识模块2连接，第二辨识模块2作为输入与第三辨识模块3连接，第一辨识模块1包括数据接收模块11，数据接收模块11与加速度传感器（未示出）连接用于接收实时机舱加速度，第二辨识模块2包括加速度转换模块21用于将第一辨识模块1中输入的实时加速度转换为新的机舱加速度判断指标，第三辨识模块3包括湍流转换模块31用于将所述第二辨识模块2中输入的湍流数据转化为塔筒顶部载荷。

本实施例中，对应关系库0包括不同湍流强度条件下的风机状态数据和加速度、湍流和风机状态数据、湍流和加速度的二维插值表。

对应关系库0由实测得到，并经过风电机组的实测数据的验证。

本实施例中系统工作原理如下：第一辨识模块1中的数据接收模块11接收到由机舱加速度传感器检测的实时机舱加速度，在第一辨识模块1中，通过实时机舱加速度与机舱加速度阈值的比较，判断是否停机。

若实时机舱加速度小于机舱加速度阈值，将实时机舱加速度输入第二辨识模块2，由加速度转换模块21对实时机舱加速度进行转换，转换后得到新的机舱加速度判断指标，后续包括两种判断方式，本实施例中采用方式一：将新的机舱加速度判断指标在对应关系库中找到对应的湍流强度，对比湍流强度与湍流强度设计值，判断是否变桨或停机。

若上述湍流强度均未达到变桨或停机指标，则将上述湍流强度输入第三辨识模块3，由湍流转换模块31对湍流强度进行转换，通过对比对应关系库，转换得到塔筒顶部载荷，对比塔筒顶部载荷阈值判断是否变桨或停机，实现风机的保护。

本实施例还提供一种基于机舱加速度监测机组湍流和载荷的方法，具体包括：

第一步：如表1所示，建立湍流、机舱加速度及风机状态数据对应关系库，包括不同湍流强度条件下的风机状态数据、加速度和湍流的二维插值表，风机状态数据包括发电功率、风轮转速、发电机转速、发电机转矩、桨距角和变桨速率；湍流、机舱加速度及风机状态数据间的对应关系库由实测得到，并经过风电机组的实测数据的验证；通过实测得到的数据库实际验证有效且可重复使用，随着实测的增加，数据库将越发完善，监测及对比精度更高。

如下表1所示，风机状态数据、加速度和湍流间的对应关系库对应关系如下：

表1

结合表1所示，具体监控方法包括以下步骤：

获取实时机舱加速度N₁，对比机舱加速度阈值，当实时机舱加速度N₁超过机舱加速度阈值时，风机停机，否则进入下一步判断；

根据实时机舱加速度N₁，对比对应关系库，获取实时机舱加速度对应的风机状态数据A₁~L₁；当其中任意风机状态数据A₁~L₁达到阈值时，风机停机，否则进入下一步判断；

对实时机舱加速度N₁进行转化，转化为新的机舱加速度判断指标N_n，新的机舱加速度判断指标N_n记为：A=a+1.282*σ，根据新的机舱加速度判断指标N_n，对比对应关系库，获取湍流数据M_n，若湍流数据M_n超过设计值，调整变桨角度进行安全保护，否则进入下一步判断；

根据湍流数据M_n，对比对应关系库，获取塔筒顶部应变，将应变转换为塔筒顶部载荷D_n，当塔筒顶部载荷D_n超过设计阈值时，风机降载，否则继续运行。

本实施例中，为了更精确的进行对应关系库中数据的转换，当风机状态数据、机舱加速度及湍流在所述对应关系库中无直接对应数据时，根据最接近的两组数据进行线性插值计算。

本实施例通过建立湍流、机舱加速度及风机状态数据的对应关系库，解决了数据重复获取、投入较大，设备较多的问题，相较于使用多种设备直接采集风机前端湍流或使用应变片测量机组载荷来实现载荷监测，在已有机舱加速度数据的基础上，具有成本更低，无需再次额外投入设备的优点。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型的技术方案所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护之内。

Claims (10)

1.一种基于机舱加速度监测机组湍流和载荷的方法，其特征在于，包括：

S1.建立湍流、机舱加速度及风机状态数据对应关系库；

S2.获取实时机舱加速度，对比机舱加速度阈值，当所述实时机舱加速度超过所述机舱加速度阈值时，风机停机，否则进入下一步判断；

S3.根据实时机舱加速度，对比所述对应关系库，获取实时机舱加速度对应的风机状态数据；当其中任意风机状态数据达到阈值时，风机停机，否则进入下一步判断；

S4.对实时机舱加速度进行转化，转化为新的机舱加速度判断指标，所述新的机舱加速度判断指标记为：A=a+1.282*σ，根据所述新的机舱加速度判断指标，对比所述对应关系库，获取湍流数据，若所述湍流数据超过设计值，调整变桨角度进行安全保护，否则进入下一步判断；

S5.根据所述湍流数据，对比所述对应关系库，获取塔筒顶部应变，将所述应变转换为塔筒顶部载荷，当所述塔筒顶部载荷超过设计阈值时，风机降载，否则继续运行。

2.根据权利要求1所述基于机舱加速度监测机组湍流和载荷的方法，其特征在于，所述实时机舱加速度通过设置机舱内的加速度传感器测得。

3.根据权利要求1所述基于机舱加速度监测机组湍流和载荷的方法，其特征在于，所述湍流、机舱加速度及风机状态数据对应关系库包括不同湍流强度条件下的风机状态数据和加速度、湍流和风机状态数据、湍流和加速度的二维插值表中的任意一个或多个。

4.根据权利要求1所述基于机舱加速度监测机组湍流和载荷的方法，其特征在于，当风机状态数据、机舱加速度及湍流在所述对应关系库中无直接对应数据时，根据最接近的两组数据进行线性插值计算。

5.根据权利要求1所述基于机舱加速度监测机组湍流和载荷的方法，其特征在于，所述风机状态数据包括发电功率、风轮转速、发电机转速、发电机转矩、桨距角和变桨速率。

6.根据权利要求1所述基于机舱加速度监测机组湍流和载荷的方法，其特征在于，所述湍流、机舱加速度及风机状态数据间的对应关系库由实测得到，并经过风电机组的实测数据的验证。

7.根据权利要求1所述基于机舱加速度监测机组湍流和载荷的方法，其特征在于，所述步骤S4中还包括：根据湍流设计值，对比所述对应关系库，获取机舱加速度对应值，记为B，当所述A大于B，判定机组所遭遇的湍流超过设计值，调整变桨角度进行安全保护，否则进入下一步骤S5。

8.一种基于权利要求1~7任意一项所述方法的系统，其特征在于，包括与对应关系库分别连接的第一辨识模块、第二辨识模块和第三辨识模块，所述第一辨识模块作为输入与所述第二辨识模块连接，所述第二辨识模块作为输入与所述第三辨识模块连接，所述第一辨识模块包括数据接收模块，所述数据接收模块与加速度传感器连接用于接收实时机舱加速度，所述第二辨识模块包括加速度转换模块用于将第一辨识模块中输入的实时加速度转换为新的机舱加速度判断指标，所述第三辨识模块包括湍流转换模块用于将所述第二辨识模块中输入的湍流数据转化为塔筒顶部载荷。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述对应关系库包括不同湍流强度条件下的风机状态数据和加速度、湍流和风机状态数据、湍流和加速度的二维插值表中的任意一个或多个。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述对应关系库由实测得到，并经过风电机组的实测数据的验证。