CN215486391U - 一种风电机组运行状态监控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种风电机组运行状态监控系统，包括机舱柜处理器和变桨控制柜处理器，机舱柜处理器通过第一数据采集仪与第一位姿监测装置连接，变桨控制柜处理器通过第二数据采集仪与第二位姿监测装置连接，第一位姿监测装置和第二位姿监测装置分别包括壳体以及封装于壳体内部的PCB板，PCB板上设有处理器以及分别与处理器电性连接的惯性测量装置、双天线GNSS定位定向接收机和重力加速度传感器，处理器与数据信息接口连接，数据信息接口用于与第一数据采集仪或第二数据采集仪连接。本实用新型内部子模块技术成熟、成本低、易于组建，能够对影响风电机组运行的状态数据进行全面采集，作为风电机组安全状态监测的重要依据。

Description

一种风电机组运行状态监控系统

技术领域

本实用新型涉及一种风电机组运行状态监控系统，属于风电机组监测技术领域。

背景技术

风电机组是由叶轮迎风转动带动风力发电机转动，将风能转换为机械能，再转换为电能的设备。在风电机组运行过程中，需要实时调整叶片变桨角度和偏航方向，以便最大限度地利用风能、提高发电小时数，并降低风电机组各主要部件载荷。风电机组工作环境恶劣，在不断变化的风速风向、风切变、塔影效应、湍流等外界条件作用下，风速风向传感器、变桨系统、主控系统等可能会出现故障，进一步导致变桨偏航故障或偏差过大，最终可能造成叶轮转动不平衡，偏航误差超标，叶片、轮毂、机舱、塔筒载荷过大等故障风险。

近几年风电机组不断朝着大型化、智能化方向发展，在线故障监测系统在风电机组上的应用越来越普遍，目前的在线故障监测系统一般是通过监测风电机组主要部件的振动、应变、裂纹、温度、转速等状态参数来反馈风电机组是否出现故障，但该类监测方法是在风速风向传感系统、变桨系统、主控系统出现一定故障导致主要部件参数出现异常后才能监测到其异常数据，存在一定的滞后性，且监测结果无法直接体现是什么原因导致的部件状态异常，实际应用效果具有一定的局限性。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本实用新型提供了一种风电机组运行状态监控系统，利用封装有惯性测量装置(Inertial Measurement Unit，IMU)、双天线GNSS(GlobalNavigation Satellite System，全球导航卫星系统)定位定向接收机和重力加速度传感器的位姿监测装置对风电机组数据进行采集，内部子模块技术成熟、成本低、易于组建，能够对影响风电机组运行的状态数据进行全面采集，作为风电机组安全状态监测的重要依据。

本实用新型为解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了一种风电机组运行状态监控系统，包括机舱柜处理器和变桨控制柜处理器，机舱柜处理器通过第一数据采集仪与第一位姿监测装置连接，变桨控制柜处理器通过第二数据采集仪与第二位姿监测装置连接，第一位姿监测装置和第二位姿监测装置分别包括壳体以及封装于壳体内部的PCB板(Printed Circuit Board，印制电路板)，PCB板上设有处理器以及分别与处理器电性连接的惯性测量装置、双天线GNSS定位定向接收机和重力加速度传感器，处理器与数据信息接口连接，数据信息接口用于与第一数据采集仪或第二数据采集仪连接。

数据信息接口位于壳体侧部。

壳体底部固定于安装板上，安装板设有一组螺栓固定孔。

机舱柜处理器和变桨控制柜处理器之间通过电滑环连接，机舱柜处理器与变桨控制柜处理器之间互传输数据。

机舱柜处理器与风向传感器连接。

机舱柜处理器和变桨控制柜处理器通过边缘网关与上位机连接。

本实用新型基于其技术方案所具有的有益效果在于：

本实用新型提供的一种风电机组运行状态监控系统，利用封装有惯性测量装置、双天线GNSS定位定向接收机和重力加速度传感器的位姿监测装置对风电机组数据进行采集，内部子模块技术成熟、成本低、易于组建，能够对影响风电机组运行的状态数据进行全面采集，作为风电机组安全状态监测的重要依据。在原有叶轮转速监测传感器失效或滑环故障，机舱柜无法将叶轮转速控制要求或需要调整变桨角度信息传递给变桨控制柜的情况下，变桨控制柜处理器根据第二位姿监测装置监测数据得到的叶轮转动速度，可作为变桨控制柜控制变桨的重要参考，大幅提高风机运行安全性。

附图说明

图1是2个位姿监测装置安装位置及坐标轴指向示意图。

图2是第二位姿监测装置坐标轴指向示意图。

图3是位姿监测装置结构示意图。

图4是位姿监测装置内部模块布置示意图。

图中：1-叶轮旋转轴线，2-塔筒，3-叶片A，4-叶片B，5-叶片C，6-第二位姿监测装置，6.1-螺栓固定孔，6.2-数据信息接口，6.3-壳体，6.4-惯性测量装置，6.5-双天线GNSS定位定向接收机，6.6-重力加速度传感器，7-机舱。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

本实用新型提供了一种风电机组运行状态监控系统，参照图1至图4，包括机舱柜处理器和变桨控制柜处理器，机舱柜处理器通过第一数据采集仪与第一位姿监测装置连接，变桨控制柜处理器通过第二数据采集仪与第二位姿监测装置6连接，第一位姿监测装置和第二位姿监测装置分别包括壳体6.3以及封装于壳体内部的PCB板(Printed CircuitBoard，印制电路板)，PCB板上设有处理器以及分别与处理器电性连接的惯性测量装置6.4、双天线GNSS定位定向接收机6.5和重力加速度传感器6.6，处理器与数据信息接口6.2连接，数据信息接口用于与第一数据采集仪或第二数据采集仪连接。

数据信息接口位于壳体侧部，便于与第一数据采集仪或第二数据采集仪连接。壳体底部固定于安装板上，安装板设有一组螺栓固定孔6.1，便于安装固定。

机舱柜处理器和变桨控制柜处理器之间通过电滑环连接，机舱柜处理器与变桨控制柜处理器之间相可互传输数据。

机舱柜处理器与风向传感器连接，可结合风向数据对比监控机舱7、叶轮与风向的偏离角度状态。

机舱柜处理器和变桨控制柜处理器通过边缘网关与上位机连接，可实现采集数据的存储以及控制参数的配置。

本实用新型提供的一种风电机组运行状态监控系统的工作过程为：

(1)安装：将第一位姿监测装置安装在机舱内部、正对塔筒2顶部中心位置，其中惯性测量装置的x轴沿机舱长度方向，y轴垂直于塔筒顶部平面；第二位姿监测装置安装在轮毂内部、叶轮旋转轴线1上，其中惯性测量装置的x’轴沿叶轮旋转轴线方向，y’轴指向其中一个叶片，将该叶片标记为叶片A3，沿顺时针方向将另外两个叶片分别记为叶片B4、叶片C5；

(2)采集：利用第一数据采集仪和第二数据采集仪采集来自第一位姿监测装置和第二位姿监测装置的数据，包括以下状态数据：

机舱在x、y、z三个直角坐标轴方向的线性加速度和绕x、y、z轴的角加速度数据，第一位姿监测装置对线性加速度、角加速度处理后可得到相应的速度、位移和转动角速度、角度；第一位姿监测装置中的双天线GNSS定位定向接收机实时监测机舱的位移速度及位置数据；第一位姿监测装置中的重力加速度传感器实时监测机舱位置的重力加速度变化；

叶轮在x’、y’、z’三个直角坐标轴方向的线性加速度和绕x’、y’、z’轴的角度加速度数据，第二位姿监测装置对线性加速度、角加速度处理后可得到相应的速度、位移和转动角速度、角度；第二位姿监测装置中的双天线GNSS定位定向接收机实时监测叶轮的位移速度及位置数据；第二位姿监测装置中的重力加速度传感器实时监测叶轮位置的重力加速度变化；

(3)逻辑判断及修正操作：

(3.1)当发现机舱沿z轴转角|φ(z)|较大、且达到设定阈值时，说明机舱受到的叶轮推力超出设计范围，此时机舱柜处理器向变桨控制柜处理器发出预警信息，变桨控制柜处理器收到预警信息后向变桨系统发出收桨动作信号，变桨机构执行收桨动作，增大变桨角度，直至机舱沿z轴转角减小至合理设计范围内，变桨机构停止收桨动作；根据此监控方法可及时发现、修正叶轮推力超出设计范围的问题；

(3.2)通过将y轴转角φ(y)数据和机舱柜收集的风向传感器数据对比分析，可得到机舱、叶轮与风向的偏离角度，若偏离角度较大、且达到设定阈值时，机舱柜处理器向机舱柜偏航系统出预警信息，偏航系统收到预警信息后，向偏航机构发出偏航动作信号，偏航机构执行偏航动作，减小机舱、叶轮与风向的偏离角度，直至机舱、叶轮与风向的偏离角度减小至合理设计区域，偏航机构停止偏航动作；根据此监控方法可及时发现、修正机舱、叶轮与风向的偏离角度超出设计范围的问题；

(3.3)根据机舱柜处理器得到的机舱沿y轴转角φ(y)数据、沿z轴转角φ(z)数据和根据变桨控制柜处理器得到的叶轮沿y’轴转角φ(y’)数据、沿z’轴转角φ(z’)数据，令ψ(y’)＝φ(y’)-φ(y)、ψ(z’)＝φ(z’)-φ(z)，则ψ(y’)、ψ(z’)为去掉机舱转角影响后的叶轮偏转角度，将其与设定值进行对比分析可及时发现、修正叶轮旋转不平衡超出设计范围的问题；

(3.4)机舱柜处理器对第一位姿监测装置监测到的位移速度、位置数据进行处理后，可得到机舱在x、z方向的位移速度、位置数据信息，当机舱在x方向的位移速度或位置数据达到设定阈值时，说明叶轮推力超过设计范围，此时机舱柜处理器向变桨控制柜处理器发出预警信息，变桨控制柜处理器收到预警信息后，向变桨系统发出收桨动作信号，变桨机构执行收桨动作，减小变桨角度，直至机舱在x方向的位移速度和位置数据减小合理设计区域，变桨机构停止收桨动作；可作为步骤(3.1)的备用和辅助方案；

(3.5)变桨控制柜处理器对第二位姿监测装置监测到重力加速度数据分析、处理后，可根据重力加速度变化数据得到叶轮的转动速度数据。在原有叶轮转速监测传感器失效或滑环故障，机舱柜无法将叶轮转速控制要求或需要调整变桨角度信息传递给变桨控制柜的情况下，变桨控制柜处理器根据第二位姿监测装置监测数据得到的叶轮转动速度，可作为变桨控制柜控制变桨的重要参考，大幅提高风机运行安全性。

本实用新型提供了一种风电机组运行状态监控系统，利用封装有惯性测量装置、双天线GNSS定位定向接收机和重力加速度传感器的位姿监测装置对风电机组数据进行采集，内部子模块技术成熟、成本低、易于组建，能够对影响风电机组运行的状态数据进行全面采集，作为风电机组安全状态监测的重要依据。

Claims (6)

1.一种风电机组运行状态监控系统，包括机舱柜处理器和变桨控制柜处理器，其特征在于：机舱柜处理器通过第一数据采集仪与第一位姿监测装置连接，变桨控制柜处理器通过第二数据采集仪与第二位姿监测装置连接，第一位姿监测装置和第二位姿监测装置分别包括壳体以及封装于壳体内部的PCB板，PCB板上设有处理器以及分别与处理器电性连接的惯性测量装置、双天线GNSS定位定向接收机和重力加速度传感器，处理器与数据信息接口连接，数据信息接口用于与第一数据采集仪或第二数据采集仪连接。

2.根据权利要求1所述的风电机组运行状态监控系统，其特征在于：数据信息接口位于壳体侧部。

3.根据权利要求1所述的风电机组运行状态监控系统，其特征在于：壳体底部固定于安装板上，安装板设有一组螺栓固定孔。

4.根据权利要求1所述的风电机组运行状态监控系统，其特征在于：机舱柜处理器和变桨控制柜处理器之间通过电滑环连接，机舱柜处理器与变桨控制柜处理器之间相互传输数据。

5.根据权利要求1所述的风电机组运行状态监控系统，其特征在于：机舱柜处理器与风向传感器连接。

6.根据权利要求1所述的风电机组运行状态监控系统，其特征在于：机舱柜处理器和变桨控制柜处理器通过边缘网关与上位机连接。

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