[發明專利]用于監測風力發電機組的塔筒狀態的系統和方法

在審

• 申請號: 201511001362.3
• 申請日: 2015-12-28
• 公開（公告）號: CN105626389A
• 公開（公告）日: 2016-06-01
• 發明（設計）人: 李健;張鵬飛
• 申請（專利權）人: 北京金風科創風電設備有限公司
• 主分類號: F03D17/00
• 分類號: F03D17/00;F03D80/00
• 代理公司: 北京金律言科知識產權代理事務所(普通合伙) 11461
• 代理人: 羅延紅;楊移

技術領域

本發明涉及風電技術領域，尤其涉及一種用于監測風力發電機組的塔筒狀態的系 統和方法。

背景技術

隨著人類對資源的需求不斷增加，煤和石油等不可再生能源日益減少，對可再生 資源的開發利用已成為大勢所趨，風能作為一種可再生資源在人類生活中的地位逐漸提 高，風力發電已成為人類大規模開發風能的主要方式。

風力發電機組主要包括塔筒、位于塔筒上的機艙、機艙內的發電機以及安裝在發 電機上的葉片。作為整個風力發電機組的支撐結構，塔筒對機組安全穩定的運行起到關鍵 的作用，但由于風力的作用以及機組運行過程中的偏航、變槳、剎車等操作，使得塔筒在不 斷的擺動，塔筒的擺動會產生塔筒徑向位移和基礎沉降等問題，使塔筒的結構產生形變，嚴 重影響了機組的安全運行，如果塔筒的擺動幅度過大，還可能會導致風電機組的倒塌，給企 業帶來嚴重的經濟損失，因而需要準確、實時地對塔筒的形狀變化進行監測。

現有技術中對塔筒的監測一般有兩種方法：通過安裝傳感器來進行監測以及利用 衛星定位技術進行監測。其中，在通過安裝傳感器來監測塔筒狀態改變的方法中，可使用傾 斜傳感器或加速度傳感器來執行檢測。安裝傾斜傳感器的方法是以塔筒為剛體的假設以及 傾斜傳感器的傾斜位移為線性為前提進行監測的。然而，由于塔筒的形變是非線性的，因此 該方法在監測中易產生較大的誤差。安裝加速度傳感器的方法對獲得塔筒運動的加速度進 行兩次積分得到塔筒的形變，然而通常無法準確獲得塔筒運動的初始位置，因此測量精度 低。

另一方面，在利用衛星定位技術進行監測時，通常使用單個衛星信號接收器來采 集定位坐標。由于受限于衛星定位的精度，因此也產生較大的誤差。雖然通過增加衛星信號 接收器的數量來降低該誤差，但安裝成本較高，實時性較差。

發明內容

本發明實施例提供的一種用于監測風力發電機組的塔筒狀態的系統和方法，以對 塔筒的形狀變化進行實時、較準確的監測。

為達到上述目的，本發明實施例提供了一種用于監測風力發電機組的塔筒狀態的 系統，所述系統包括第一衛星信號采集設備、第二衛星信號采集設備、衛星信號處理設備， 所述第一衛星信號采集設備設置于風電場內的預定位置，用于接收指定衛星發射的第一載 波信號，參照所述第一載波信號產生第一基準信號，并且將所述第一載波信號和第一基準 信號發送給所述衛星信號處理設備，所述第二衛星信號采集設備分別設置于風力發電機組 的機艙上，用于與所述第一衛星信號采集設備同步地接收所述指定衛星發射的第二載波信 號，參照所述第二載波信號產生第二基準信號，并且將所述第二載波信號和第二基準信號 發送給所述衛星信號處理設備，所述衛星信號處理設備用于根據從所述第一衛星信號采集 設備接收到的所述第一載波信號和第一基準信號計算衛星信號的相位修正值，并且根據從 所述第二衛星信號采集設備接收到的所述第二載波信號和第二基準信號以及計算出的相 位修正值對所述第二載波信號的相位值進行修正，并且根據經修正的所述第二載波信號的 相位值獲取所述第二衛星信號采集設備的三維坐標。

進一步地，所述第一衛星信號采集設備產生的第一基準信號與所述第一載波信號 的初相和頻率相同，所述第二衛星信號采集設備產生的第二基準信號與所述第二載波信號 的初相和頻率相同。

進一步地，所述系統還包括塔筒狀態分析設備，其中，所述衛星信號處理設備還用 于將所述第二衛星信號采集設備的三維坐標發送給所述塔筒狀態分析設備，所述塔筒狀態 分析設備根據接收的所述第二衛星信號采集設備的三維坐標確定設置有所述第二衛星信 號采集設備的風力發電機組的塔筒的位移。

進一步地，所述風力發電機組的塔筒的位移包括水平方向的位移和/或豎直方向 的位移，所述塔筒狀態分析設備包括：第一塔筒狀態分析單元，用于根據多次確定的風力發 電機組的塔筒的水平方向的位移繪制所述風力發電機組的塔筒徑向位移狀態圖，和/或，第 二塔筒狀態分析單元，用于根據多次確定的風力發電機組的塔筒的豎直方向的位移繪制所 述風力發電機組的塔筒基礎沉降狀態圖。

進一步地，所述第二衛星信號采集設備分別設置在風力發電機組的機艙頂部。

進一步地，所述第一衛星信號采集設備設置在風電場的防雷區域。