CN211258896U

CN211258896U - 一种风力发电机塔筒状态监测控制系统

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Publication number: CN211258896U
Application number: CN201922242793.9U
Authority: CN
Inventors: 张亮; 辛理夫; 张爵; 陈兆圣; 高俊亮; 田月葆
Original assignee: Ruidian Technology Co ltd
Current assignee: Ruidian Technology Co ltd
Priority date: 2019-12-12
Filing date: 2019-12-12
Publication date: 2020-08-14
Anticipated expiration: 2029-12-12

Abstract

一种风力发电机塔筒状态监测控制系统，包括竖直设置在地面上的塔筒，塔筒的顶端设置有机舱，机舱上设置有风轮，风轮具有叶片以及可调节叶片角度的变桨电机，机舱内设置有调节机舱方向的偏航电机；所述塔筒内设置有偏转监测装置，可以通过监测标记的位移、转动从而检测塔筒的位移、转动；还包括设置在机舱内与变桨电机、偏航电机、偏转检测装置电连接的控制单元；其中，控制单元通过偏转监测装置检测到的位移、转动信息控制变桨电机及偏航电机调节叶片角度及风轮方向。采用如上结构，可以通过监测塔筒的位移、转动数据，控制变桨电机、偏航电机对叶片角度及机舱方向进行调节，以降低塔筒的摇摆、扭转在阈值内。

Description

一种风力发电机塔筒状态监测控制系统

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，特别是指一种风力发电机塔筒状态监测控制系统。

背景技术

我国风电产业随着装机容量的快速上升及存量机组运行时间的积累，风力发电机组暴露出很多问题。风电多位于地势条件复杂的地区，加上严酷的外界自然环境作用。一些极端的自然现象(如雨雪、台风等)以及煤矿开采、工程施工、人为破坏、工程质量不合格，塔筒疲劳损伤等原因造成塔体倾斜、形变和基础不规则沉降的情况时有发生。风力发电机组塔筒支撑机舱和风轮，本身还承受自身的重力、风的推力、扭力等复杂多变的负荷。塔筒会有一定程度幅度的摇摆和扭曲等弹性变形。在运行过程中不断的的摆动将导致塔体结构加速疲劳，产生安全隐患。塔筒的疲劳损伤和多变的载荷会降低塔筒的固有频率，当塔筒频率和接近叶轮转频时，会使风力发电机产生共振，严重影响风风力发电机组性能，甚者会引起塔筒倾覆，造成巨大经济损失。现有技术只通过塔顶的震动传感器进行震动数据收集，通过特定算法发滤波后作为数据参考值，当录波后的数值大于阈值时，报警停机。因此，亟需一种更加精准地检测风力发电机组塔筒摇摆及扭曲数据的系统，以保障风力发电机组的正常运转。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种风力发电机塔筒状态监测控制系统，以能准确检测风力发电机组塔筒摇摆及扭曲数据，并进行调节。

本发明提供的风力发电机塔筒状态监测控制系统，包括竖直设置在地面上的塔筒，塔筒的顶端设置有机舱，机舱上设置有风轮，风轮具有叶片以及可调节叶片角度的变桨电机，机舱内设置有调节机舱方向的偏航电机；所述塔筒内设置有偏转监测装置，可以通过监测标记的位移、转动从而检测塔筒的位移、转动；还包括设置在机舱内与变桨电机、偏航电机、偏转检测装置电连接的控制单元；其中，控制单元通过偏转监测装置检测到的位移、转动信息控制变桨电机及偏航电机调节叶片角度及风轮方向。

采用如上结构，可以通过监测塔筒的位移、转动数据，控制变桨电机、偏航电机对叶片角度及机舱方向进行调节，以降低塔筒的摇摆、扭转在阈值内。

进一步地，所述偏转监测装置包括设置在塔筒内顶部的摄像头及底部的标记；其中，摄像头与控制单元电连接，通过摄像头采集标记图像相对原图像的对比实现所述监测标记的位移、转动。

采用如上结构，标记在地面固定不动，塔筒由于摇摆扭转带动摄像头产生摇摆、扭转，通过摄像头采集标记图像相对原图像的对比从而可以计算出塔筒摇摆、扭转的数据。

进一步地，所述标记由灯条构成。

采用如上结构，可以在光线不佳的条件下使摄像头对标记的拍摄更加清晰，尤其是塔筒内通常为封闭的黑暗空间。

进一步地，所述标记为十字形标记。

采用如上结构，通过十字交叉位置的位移即可确定标记的位移数据，通过十字与原十字位置的角度变化即可确定标记的转动数据，可以使计算标记的位移、转动数据更加方便。

进一步地，所述摄像头为长焦距摄像头。

采用如上结构，塔筒一般高度可达100米，使用长焦摄像头可以保证对标记拍摄的清晰度，从而保证了位移、转动数据的准确性。

进一步地，所述偏转监测装置包括设置在塔筒内顶部的感光板及底部的激光灯；其中，感光板与控制单元电连接，通过激光灯照射到感光板上的标记与原标记的对比实现所述监测标记的位移、转动。

采用如上结构，激光灯在地面固定不动，因此激光灯发出的标记也是处于固定位置，塔筒由于摇摆扭转带动感光板产生摇摆、扭转，通过感光板采集感光板上标记相对原位置的对比从而可以计算出塔筒摇摆、扭转的数据。

进一步地，还包括设置在机舱上的风速传感器、风向传感器，设置在机舱内的转速传感器，以及设置在塔筒上的若干振动传感器；其中，风速传感器、风向传感器、转速传感器、振动传感器分别与控制单元电连接，控制单元通过风速传感器、风向传感器、转速传感器、振动传感器的数据控制变桨电机调节叶片角度。

采用如上结构，可以采集塔筒的振动数据，判断振动大小是否风轮的某转速的转动导致了共振，进而控制变桨电机改变叶片的角度从而调节风轮的转速，避免共振的产生。

附图说明

图1为本申请实施方式的风电机组的结构示意图；

图2为图1中机舱及风轮部分剖开后的结构示意图；

图3为图1中判断塔筒摇摆、扭转的示意图；

图4为本申请实施方式的电连接关系图；

图5为变形例的风电机组的结构示意图；

图6为图5中判断塔筒摇摆、扭转的示意图。

附图标记说明

塔筒1；摄像头11；感光板11’；十字标记12；激光灯12’；振动传感器13；机舱2；风向传感器21；风速传感器22；偏航电机23；控制柜24；控制单元241；报警单元242；转速传感器25；风轮3；轮毂31；叶片32；变桨电机33；导流罩34；上位机4。

具体实施方式

下面参照附图，对本实用新型的具体实施方式进行说明。

如图1示出了本申请的风电机组的结构示意图。如图1所示，风电机组包括：竖直固定在地面上的圆柱形塔筒1，水平设置在塔筒1顶部的圆柱形机舱2，以及设置在机舱2一端的风轮3。其中风轮3可在机舱2上转动，机舱2可在塔筒1上转动。

如图2示出了图1中机舱2及风轮3部分剖开后的结构示意图。如图2所示，机舱2后端(指定风轮3安装端为前端)顶部设置有风向传感器21及风速传感器22，可以分别检测风向及风速。机舱2内设置有偏航电机23以及控制柜24，偏航电机23可以调节机舱2在塔筒1上的方向角，进而可以调节风轮3的方向。风轮3包括与机舱2转动连接的轮毂31，以及安装在轮毂31上的三个叶片32，三个叶片32安装后，叶片32之间呈120°角。叶片32与轮毂31的连接位置设置有变桨电机33，可以调节叶片32的角度。轮毂31外设置有导流罩34，可以对空气进行导流，同时可以保护内部零件。

如图1所示，在塔筒1内的不同高度及位置设置有多个不同的振动传感器13，可以检测塔筒1的振动频率及大小。塔筒1内的顶部设置一朝下采集图像的摄像头11，较佳的，具有长焦距摄像头，以更清楚的采集远处图像(风机塔筒1高度可达100米)。塔筒1底部正对摄像头11有十字标记12，十字标记12由灯条构成(塔筒1内无光，故使用灯条构成十字标记12)。安装摄像头11时使正对十字标记12。图3为图1中判断塔筒1摇摆、扭转的示意图。如图3所示，根据采集的图像相对原始图像的位移、转动情况，例如十字标记12与原位置相比，中心位置发生了偏移，则塔筒1发生了摇摆；十字标记12与原标记产生了一定的角度，则塔筒1发生了扭转。以此可以判断塔筒1产生的摇摆、扭转。

图4为本申请的电连接关系图。如图所示，还包括控制单元241、报警单元242、上位机4、转速传感器25。控制单元241分别与报警单元242、上位机4、转速传感器25以及上述的风向传感器21、风速传感器22、偏航电机23、变桨电机33、振动传感器13、摄像头11电连接。其中转速传感器25设置在机舱2内的前端，控制单元241及报警单元242设置在控制柜24内。

工作时，风向传感器21、风速传感器22、转速传感器25、振动传感器13将数据发送给控制单元241，判断振动大小，是否风机的某转速的转动导致了共振。当产生共振时，控制变桨电机33转动使叶片32变桨以控制风机转速改变，躲开共振对应的转速。摄像头11将拍摄的十字标记12图像发送给控制单元241。根据采集的图像相对原始图像的位移、转动情况，判断塔筒1产生摇摆、扭转。并据此控制变桨电机33及偏航电机23转动，使叶片32变桨、风轮3偏航，以降低塔筒1摇摆、扭转幅度，使其保持在阈值内。如果塔筒1的摇摆、扭转幅度超出了一定的阈值，则报警单元242发出警报，并停止风机运行。通过上位机4可以查看风力发电机运行的各项参数，并可进行相应的设置。

变形例

本申请还提供了一种变形例。

图5为变形例的风电机组的结构示意图。图6为图5中塔筒1摇摆、扭转判断示意图。如图5所示，变形例将设置在塔筒1顶部的摄像头11以及设置在塔筒1底部由灯条构成的十字标记12替换为：水平固定设置在塔筒1顶部的由光感传感器构成的感光板11’，以及固定设置在塔筒1底部正对感光板11’竖直设置的激光灯12’。感光板11’与控制单元241电连接，激光灯12’可向感光板11’发射十字形的光。除此之外，变形例采用了与实施例相同的结构，并使用相同的数字进行标注。

工作时，激光灯12’向感光板11’发射十字形的光，感光板11’可以感应十字形的光在感光板11’的位置，通过感应位置与原始位置的位移、转动比较，可以判断塔筒1是否发生摇摆及扭转。并据此控制变桨电机33及偏航电机23转动，使叶片32变桨、风轮3偏航，以降低塔筒1摇摆、扭转幅度，使其保持在阈值内。

另外，上述十字形还可以其他形状替代，例如三角形。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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保护范围之内。

Claims

1.一种风力发电机塔筒状态监测控制系统，包括竖直设置在地面上的塔筒，塔筒的顶端设置有机舱，机舱上设置有风轮，风轮具有叶片以及可调节叶片角度的变桨电机，机舱内设置有调节机舱方向的偏航电机，其特征在于，

所述塔筒内设置有偏转监测装置，可以通过监测标记的位移、转动从而检测塔筒的位移、转动；

还包括设置在机舱内与变桨电机、偏航电机、偏转检测装置电连接的控制单元；

其中，控制单元通过偏转监测装置检测到的位移、转动信息控制变桨电机及偏航电机调节叶片角度及风轮方向。

2.根据权利要求1所述的风力发电机塔筒状态监测控制系统，其特征在于，所述偏转监测装置包括设置在塔筒内顶部的摄像头及底部的标记；其中，摄像头与控制单元电连接，通过摄像头采集标记图像相对原图像的对比实现所述监测标记的位移、转动。

3.根据权利要求2所述的风力发电机塔筒状态监测控制系统，其特征在于，所述标记由灯条构成。

4.根据权利要求2所述的风力发电机塔筒状态监测控制系统，其特征在于，所述标记为十字形标记。

5.根据权利要求2所述的风力发电机塔筒状态监测控制系统，其特征在于，所述摄像头为长焦距摄像头。

6.根据权利要求1所述的风力发电机塔筒状态监测控制系统，其特征在于，所述偏转监测装置包括设置在塔筒内顶部的感光板及底部的激光灯；其中，感光板与控制单元电连接，通过激光灯照射到感光板上的标记与原标记的对比实现所述监测标记的位移、转动。

7.根据权利要求1-6任一所述的风力发电机塔筒状态监测控制系统，其特征在于，还包括设置在机舱上的风速传感器、风向传感器，设置在机舱内的转速传感器，以及设置在塔筒上的若干振动传感器；其中，风速传感器、风向传感器、转速传感器、振动传感器分别与控制单元电连接，控制单元通过风速传感器、风向传感器、转速传感器、振动传感器的数据控制变桨电机调节叶片角度。

8.根据权利要求7所述的风力发电机塔筒状态监测控制系统，其特征在于，所述振动传感器设置在塔筒的不同高度上。