[發明專利]一種風塔及測量和計算風塔微型姿態的方法

有效

• 申請號: 201710670179.5
• 申請日: 2017-08-08
• 公開（公告）號: CN109387202B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發明（設計）人: 郭秋芬;石明泉;李瑋燕;胡雄;李佳;王福增;賀鳴;焦向明
• 申請（專利權）人: 航天科工慣性技術有限公司
• 主分類號: G01C21/18
• 分類號: G01C21/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明一方面提供了一種風塔，風塔外部安裝至少一個測量計算裝置，用以測量風塔的姿態，測量計算裝置包括陀螺儀、加速度慣性傳感器和采集傳輸電路，加速度慣性傳感器與陀螺儀安裝在風塔的同一高度的同一徑向上；本發明的另一方面提供了風塔實現測量計算微型姿態的方法。本發明結構簡單，測量精度高，所用部件成本較低，既解決了技術問題，又具有成本優勢，具有推廣應用價值。

技術領域

本發明涉及風力發電領域，尤其涉及一種風塔及測量和計算風塔微型姿態的方法。

背景技術

風能是重要的可再生清潔能源之一，我國海上風能資源豐富，加快海上風電建設，對于促進沿海地區治理霧霾、調整能源結構和轉變經濟發展方式具有重要意義。

風力發電機是將風能轉換為電能的重要電力設備，一般由風輪、發電機、調向器、塔架(風塔)、限速安全機構和儲能裝置等構建組成。風塔與基礎相連接，支撐位于空中的發電機，承受發電機運行引起的各種載荷以及風、地震等自然環境施加的載荷，是主要的受力部件之一，容易出現共振、疲勞等現象，影響風塔的穩定性，從而威脅整個風力發電機組的安全運作。海上風電單機裝機容量大，自然環境更為復雜，相應地，風塔的穩定性受到了更大的挑戰。

為了保障發電機運行過程中的安全，需要在發電機運行過程中，時時監測風塔的微型姿態，以及時了解風塔的性能和狀態的變化，從而及時發現潛在風險并順利應對突發情況。但是風塔姿態變化非常小，同時由于風塔受到多種因素的影響，其姿態變化并不規律，因此，目前現有的風塔不具備直接測量或者通過計算間接測得自身微型姿態的裝置及相應的計算方法，這將給風力發電機的運行造成安全隱患。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術不足，提供了一種風塔及測量和計算風塔微型姿態的方法，能夠解決當前風塔不具備測量和計算自身微型姿態功能，無法實時監測、保障發電機運行安全的問題。

為了實現上述目的，本發明的一個方面提供了一種風塔，風塔外部安裝至少一個測量計算裝置，測量計算裝置包括陀螺儀、加速度慣性傳感器和采集傳輸電路，加速度慣性傳感器與陀螺儀安裝在風塔的同一高度的同一徑向上。

陀螺儀用于測量風塔運動的角速度；加速度慣性傳感器用于測量風塔運動軌跡的切向合加速度；采集傳輸電路用于采集陀螺儀測得的風塔運動的角速度以及加速度慣性傳感器測得的風塔運動軌跡的切向合加速度，并結合角速度和切向合加速度計算風塔的微型姿態。

進一步地，測量計算裝置還包括濾波電路，用于對加速度慣性傳感器測得的信號進行濾波處理；

進一步地，采集傳輸電路結合角速度和切向合加速度計算風塔的微型姿態為：其中，L是測量計算裝置距離風塔底部的安裝高度，ω是角速度，a是切向合加速度，g是重力加速度；

進一步地，測量計算裝置為多個，沿風塔同一高度的徑向依次排布；

進一步地，測量計算裝置為多個，沿風塔的軸向依次排布；

本發明的另一方面提供了一種基于上述風塔的測量計算裝置實現的測量和計算風塔微型姿態的方法，將風塔簡化成一個梁，在外力作用下，風塔的運動簡化成以風塔底部為圓心，以測量計算裝置距離風塔底部的安裝高度為半徑的圓周運動，該方法包括以下步驟：

步驟一，測量風塔運動軌跡的切向合加速度a；

步驟二，測量風塔運動的角速度ω；

步驟三，根據公式計算得到風塔的微型姿態θ，其中，L是測量計算裝置距離風塔底部的安裝高度，ω是角速度，a是切向合加速度，g是重力加速度。

本發明實施例提供的風塔具備測量和計算自身微型姿態的功能，借助加速度慣性傳感器、陀螺儀、采集傳輸電路以及相應的計算方法實現對風塔微型姿態的實時監測。本發明結構簡單，測量精度較高，所用部件成本較低，既解決了技術問題，又具有成本優勢，具有推廣應用價值。

附圖說明