[發明專利]一種傾角傳感器和陀螺儀融合的塔架監測系統及方法

有效

• 申請號: 202010106201.5
• 申請日: 2020-02-21
• 公開（公告）號: CN111397577B
• 公開（公告）日: 2021-11-12
• 發明（設計）人: 羅勇水;曹夢楠;卓沛駿;艾真偉
• 申請（專利權）人: 浙江運達風電股份有限公司
• 主分類號: G01C5/00
• 分類號: G01C5/00;G01C23/00;G08B21/18
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏

本發明公開了一種傾角傳感器和陀螺儀融合的塔架監測系統，包括塔頂傳感器組、基礎傳感器組、數據單元和主控系統，所述塔頂傳感器組、基礎傳感器組通過數據單元與主控系統相連。使用工作方法包括：獲得塔頂和基礎的傾斜角以及傾斜方向上的角速度；基于塔頂和基礎的動態特性采用Kalman方法建立濾波方程，獲得塔頂和基礎動態傾斜角的最優估計；建立風電塔架的撓度曲線，獲得塔架晃動的動態位移量；獲得基礎不均勻沉降量。通過測量獲得塔頂和基礎的傾斜角以及傾斜方向上的角速度，結合基礎的結構和尺寸特征參數，提高監測精度，減少因系統自身誤差而導致的誤判，同時能夠及時將監測信息反饋給主控系統，以便現場運維人員及時發現，保障機組安全。

技術領域

本發明涉及風電監測領域，尤其涉及一種傾角傳感器和陀螺儀融合的塔架監測系統及方法。

背景技術

有資料顯示，隨著風電市場發展的進一步深入，風電機組逐漸在向更高塔架的趨勢發展。近些年，高度在100m以上的柔性高塔技術取得了突破性的進展，尤其是120m甚至140m以上的高塔機組已有成功的應用案例。隨著塔架高度不斷升高，人們對風電塔架安全性的關注度越來越強，尤其是由二階振動等因素導致的塔架非線性變形，塔架安全對機組整體安全性的影響也越來越大。

機組運行過程中的塔架變形，對應到的是塔架頂端晃動和基礎傾斜，現有監測方法通常采用單一傾角傳感器或加速度傳感器等，受傳感器原理及使用條件限制，在進行塔架傾角測量時存在一定誤差。同時，將風電塔架用線性變形曲線近似或當作懸臂梁結構，從而根據傾角求解塔頂晃動的位移量，該方法僅在塔架高度較低時具有一定適用性，而對柔性高塔的非線性變形做同樣的近似將引入較大誤差。

中國專利文獻CN105370506A公開了一種“風電機組塔架傾斜與沉降監測裝置”。由激光發射接收單元、信號處理運算單元、通信單元和上位機組成；激光發射接收單元由3個激光測距傳感器和3個激光反射板組成，激光測距傳感器用來測量傳感器與反射板之間的距離；當塔架出現傾斜或沉降時，傳感器與反射板之間的距離即3個激光測距傳感器的檢測數據發生改變，將檢測數據通過信號處理運算單元中的算法處理，通信單元將運算得到結果送到上位計算機進行實時顯示得到的塔架傾斜角度及沉降距離。上述技術方案僅適用于塔架高度較低的情況，對柔性高塔的非線性變形進行測量時誤差較大。

發明內容

本發明主要解決原有的測量高度較高塔架的傾角和位移誤差較大的技術問題，提供一種傾角傳感器和陀螺儀融合的塔架監測系統及方法，在風電塔架的頂端壁面和基礎位置分別設置一個傳感器組，所述傳感器組包含傾角傳感器和陀螺儀，通過測量獲得塔頂和基礎的傾斜角以及傾斜方向上的角速度，結合基礎的結構和尺寸特征參數，提高監測精度，減少因系統自身誤差而導致的誤判，同時能夠及時將監測信息反饋給主控系統，以便現場運維人員及時發現，保障機組安全。

本發明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的：一種傾角傳感器和陀螺儀融合的塔架監測系統，包括塔頂傳感器組、基礎傳感器組、數據單元和主控系統，所述塔頂傳感器組、基礎傳感器組通過數據單元與主控系統相連。傳感器組在塔架頂端壁面和基礎位置各至少安裝一組，用于采集塔架和基礎傾斜的角度和角速度信息。數據單元用于處理和分析傳感器信號，并將數據上傳至主控系統。主控系統用于對數據單元上傳的數據進行分析并展示，判斷塔頂晃動和基礎不均勻沉降狀態，當發現塔頂晃動和基礎不均勻沉降超過限定值，則機組產生報警并停機。

作為優選，所述的塔頂傳感器組安裝在塔架頂端壁面，包括塔頂雙軸傾角傳感器和塔頂雙軸陀螺儀。傾角傳感器和陀螺儀成組安裝在相同位置，同時采集，并且測量方向一致，獲得所測位置在同一時刻、同一方向上的傾斜角度和角速度信息。

作為優選，所述的基礎傳感器組安裝在塔架基礎位置，包括基礎雙軸傾角傳感器和基礎雙軸陀螺儀。

作為優選，所述的數據單元安裝在塔基控制柜中，包括通用模塊，分別與塔頂傳感器組、基礎傳感器組、主控系統相連。數據單元既可以獨立工作，也可以作為附加功能，集成到機組控制系統之中。