CN115450850B - 基于加速度的风电机组机舱位移计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于加速度的风电机组机舱位移计算方法，将振动监视系统传送至可编程逻辑控制器的机舱加速度原始信号经带通滤波后，获得机舱加速度可用信号，经过一次积分得到速度原始信号，再对速度原始信号进行带通滤波后获得机舱速度可用信号，经二次积分获得机舱位移值。以上步骤均在安装于风电机组上的可编程逻辑控制器中通过软件实现，从而实现不增加额外成本的情况下，获得风电机组机舱前后位移、左右位移数据，为风电机组的安全运行提供重要数据，风电机组可设定机舱位移大于故障阈值时，及时停机，从而保证风电机组在恶劣工况下的运行安全。

Description

基于加速度的风电机组机舱位移计算方法

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，更具体地，涉及一种基于加速度的风电机组机舱位移计算方法。

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，机舱位于塔筒上部，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，通过实时监测机舱位移，获取塔筒的弯曲程度，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。

申请号为CN201911000692.9的中国发明专利，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。该发明需要投入一定的成本，购入钢丝绳和双轴倾角传感器等以搭建检测系统，并且施工过程会产生一定的人工工作量。

发明内容

本发明针对上述现有技术中的不足，提供一种不增加额外成本就可以获得机舱位移的基于加速度的风电机组机舱位移计算方法。

一种基于加速度的风电机组机舱位移计算方法，具体包括以下步骤：

S1：将振动监视系统传送至可编程逻辑控制器的机舱加速度原始信号经带通滤波后，得到机舱一阶加速度分量信号；经带通滤波后，得到机舱二阶加速度分量信号；

S2：机舱一阶加速度分量信号和机舱二阶加速度分量信号相加得到机舱加速度可用信号；

S3：机舱加速度可用信号经过一次积分后得到机舱速度原始信号；

S4：机舱速度原始信号经过带通滤波后，得到机舱一阶速度分量信号；机舱加速度原始信号经过带通滤波后，得到机舱二阶速度分量信号；

S5：机舱一阶速度分量信号和二阶速度分量信号相加得到机舱速度可用信号；

S6：机舱速度可用信号经过一次积分后得到机舱位移值。

所述机舱加速度原始信号包括机舱前后加速度原始信号和机舱左右加速度原始信号，机舱前后加速度原始信号和机舱左右加速度原始信号分别经以上所述步骤后获得机舱前后位移和机舱左右位移；以上步骤均在安装于风电机组上的可编程逻辑控制器中通过软件实现。

风电机组一般安装有振动监视系统，该系统输出的信号包含了机舱前后加速度信号和机舱左右加速度信号，加速度信号中除真实的塔筒一阶和二阶加速度信号外，还含有大量的低频和高频噪声，故需要利用带通滤波器提取可用的塔筒一阶和二阶加速度信号，经过系列计算后得到机舱位移。

本发明中，机舱加速度原始信号和机舱速度原始信号中包含低频信号，低频信号中包括有一阶信号、二阶信号及低频噪音，如果通过低通滤波的方式获得的低频信号，其中还包含有低频噪音，影响位移计算结果，使计算结果不准确。本发明通过带通滤波的方式获得的是纯净的一阶、二阶低频信号，不包含有低频噪音，因此，位移的计算结果精确。

进一步地，所述积分的方式为时域积分。

进一步地，所述带通滤波传递函数形式为：

传递函数中的系数通过如下公式计算得到：

公式中的：K为增益，ω为频率，为阻尼系数，/>为时间常数，T为执行周期。增益、频率、阻尼系数、时间常数和执行周期根据风电机组的可编程逻辑控制器的执行周期，塔筒一阶和二阶信号频率值进行调整。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的一种基于加速度的风电机组机舱位移计算方法，利用风电机组采集的机舱前后加速度、机舱左右加速度信号，通过带通滤波和积分算法计算得到机舱前后位移、左右位移。从而实现不增加额外成本的情况下，获得风电机组机舱前后位移、左右位移数据，为风电机组的安全运行提供重要数据，风电机组可设定机舱位移大于故障阈值时，及时停机，从而保证风电机组在恶劣工况下的运行安全。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是机舱前后位移计算流程图。

图2是机舱左右位移计算流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例1

提供一种基于加速度的风电机组机舱位移计算方法，具体包括以下步骤：

机舱前后位移计算方法，如图1所示的流程图：

S1：将振动监视系统传送至可编程逻辑控制器的机舱前后加速度原始信号经带通滤波1后，得到机舱前后一阶加速度分量信号；经带通滤波2后，得到机舱前后二阶加速度分量信号；

S2：机舱前后一阶加速度分量信号和机舱前后二阶加速度分量信号相加得到机舱前后加速度可用信号；

S3：机舱前后加速度可用信号经过一次积分后得到机舱前后速度原始信号；

S4：机舱前后速度原始信号经过带通滤波1后，得到机舱前后一阶速度分量信号；机舱前后加速度原始信号经过带通滤波2后，得到机舱前后二阶速度分量信号；

S5：机舱前后一阶速度分量信号和二阶速度分量信号相加得到机舱前后速度可用信号；

S6：机舱前后速度可用信号经过一次积分后得到机舱前后位移值。

机舱左右位移计算方法，如图2所示的流程图：

S1：将振动监视系统传送至可编程逻辑控制器的机舱左右加速度原始信号经带通滤波3后，得到机舱左右一阶加速度分量信号；经带通滤波4后，得到机舱左右二阶加速度分量信号；

S2：机舱左右一阶加速度分量信号和机舱左右二阶加速度分量信号相加得到机舱左右加速度可用信号；

S3：机舱左右加速度可用信号经过一次积分后得到机舱左右速度原始信号；

S4：机舱左右速度原始信号经过带通滤波3后，得到机舱左右一阶速度分量信号；机舱左右加速度原始信号经过带通滤波4后，得到机舱左右二阶速度分量信号；

S5：机舱左右一阶速度分量信号和二阶速度分量信号相加得到机舱左右速度可用信号；

S6：机舱左右速度可用信号经过一次积分后得到机舱左右位移值。

以上步骤均在安装于风电机组上的可编程逻辑控制器中通过软件实现。

所述积分的方式为时域积分。

所述带通滤波传递函数形式为：

传递函数中的系数通过如下公式计算得到：

公式中的：K为增益，ω为频率，为阻尼系数，/>为时间常数，T为执行周期。

本实施例实现了不增加额外成本的情况下，获得风电机组机舱前后位移、左右位移数据，为风电机组的安全运行提供重要数据，风电机组可设定机舱位移大于故障阈值时，及时停机，从而保证风电机组在恶劣工况下的运行安全。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的包含范围之内。

Claims (2)

1.一种基于加速度的风电机组机舱位移计算方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1：将振动监视系统传送至可编程逻辑控制器的机舱加速度原始信号经带通滤波后，得到机舱一阶加速度分量信号；经带通滤波后，得到机舱二阶加速度分量信号；

S2：机舱一阶加速度分量信号和机舱二阶加速度分量信号相加得到机舱加速度可用信号；

S3：机舱加速度可用信号经过一次积分后得到机舱速度原始信号；

S4：机舱速度原始信号经过带通滤波后，得到机舱一阶速度分量信号；机舱加速度原始信号经过带通滤波后，得到机舱二阶速度分量信号；

S5：机舱一阶速度分量信号和二阶速度分量信号相加得到机舱速度可用信号；

S6：机舱速度可用信号经过一次积分后得到机舱位移值。

所述机舱加速度原始信号包括机舱前后加速度原始信号和机舱左右加速度原始信号，机舱前后加速度原始信号和机舱左右加速度原始信号分别经以上所述步骤后获得机舱前后位移和机舱左右位移；以上步骤均在安装于风电机组上的可编程逻辑控制器中通过软件实现；

所述带通滤波传递函数形式为：

传递函数中的系数通过如下公式计算得到：

b₁＝2ω²T²-8

公式中的：K为增益，ω为频率，为阻尼系数，τ为时间常数，T为执行周期。

2.根据权利要求1所述的基于加速度的风电机组机舱位移计算方法，其特征在于，所述积分的方式为时域积分。