[發明專利]一種風電場塔筒渦激振動預警方法及預警系統

在審

• 申請號: 202010889691.0
• 申請日: 2020-08-28
• 公開（公告）號: CN111878324A
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 王千;褚景春;袁凌;王曉丹;藺雪峰
• 申請（專利權）人: 國電聯合動力技術有限公司
• 主分類號: F03D17/00
• 分類號: F03D17/00;F03D13/20
• 代理公司: 北京方韜法業專利代理事務所(普通合伙) 11303
• 代理人: 朱麗華

本發明公開了一種風電場塔筒渦激振動預警方法及預警系統，該預警方法通過對機組振動信號、風電場風速風向信號采集，計算所采集時間段內的機組振動峰值、振動有效值、平均風速及平均風向；并通過將該平均風速與風電機組理論臨界共振風速值比較，改變采集頻率,進一步對每臺機組的振動峰值和振動有效值趨勢分析，實現塔筒發生渦激振動的準確預測，及時發出預警和報警信號。該預警系統包括振動傳感器、風向傳感器、風速傳感器和與其連接的服務器，振動傳感器設在機艙或塔筒內部，風向傳感器和風速傳感器設在氣象架上。本發明能解決機組無法上電運行時塔筒渦激共振帶來的危險，通過對塔筒渦激振動預警，及時利用臨時供電使機組偏航，保證塔筒的安全。

技術領域

本發明涉及風電技術領域，特別是涉及一種風電場塔筒渦激振動預警方法及預警系統。

背景技術

為了捕捉更多的風能，風電機組的風輪直徑越來越大，還為了提高風電機組的運行風速，風電機組塔筒的高度也越來越高。這兩種發展趨勢必然促使風電機組的整機的固有頻率逐漸降低。

固有頻率的降低會導致風電機組發生渦激共振的風速逐漸變低，這會直接增加風電機組在生命周期類發生渦激共振的概率，而且風電機組一旦長時間處在渦激共振中，會對風電機組的塔筒安全產生較大影響。一般風電機組發生渦激共振大多發生在機組吊裝調試階段和風電場停電檢修階段，因為此時機組無法自動偏航，此時風速若在渦激振動風速范圍內機組側對風，機組就會發生渦激振動，造成對風電機組塔筒的威脅，在機組長時間處于渦激共振狀態時，塔筒容易發生倒塌風險。

本發明就是針對現有風電機組在機組吊裝調試階段和風電場停電檢修階段無法自動偏航的問題，創設的一種新的風電場塔筒渦激振動預警方法及預警系統，使其可在機組吊裝調試階段和風電場停電檢修階段，能提前預知機組是否要發生渦激共振，然后通過臨時供電使機組完成偏航，從而避免機組長時間渦激共振，保證塔筒的安全。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種風電場塔筒渦激振動預警方法，使其可在機組吊裝調試階段和風電場停電檢修階段，能提前預知機組是否要發生渦激共振，然后通過臨時供電使機組完成偏航，從而避免機組長時間渦激共振，保證塔筒的安全。

為解決上述技術問題，本發明提供一種風電場塔筒渦激振動預警方法，所述預警方法包括如下步驟：

(1)根據風電機組設計參數計算所述風電機組的理論臨界共振風速值；

(2)以一定的間隔頻率采集一段時間內的所述風電機組的振動信號，和風電場的風速、風向信號；計算所采集時間段內的風電機組的振動峰值、振動有效值，以及平均風速和平均風向；

(3)若步驟(2)計算到的所述平均風速處于所述風電機組的理論臨界共振風速值的±40％之間時，增加所述振動信號、風電場的風速、風向信號的采集頻率,進一步計算所采集時間段內的振動峰值、振動有效值，以及平均風速和平均風向；

(4)若當前采集時間段內的振動峰值和振動有效值比上一時間段內的振動峰值和振動有效值增長5％以上，且平均風速仍處于所述風電機組的理論臨界共振風速值的±40％之間時，發出風電機組發生渦激振動預警信號；

若連續4組振動峰值和振動有效值的數據均比其上一時間段內的振動峰值和振動有效值增長5％以上，且平均風速仍處于所述風電機組的理論臨界共振風速值的±40％之間，以及平均風向變化在20°范圍內時，發出風電機組發生渦激振動報警信號。

進一步改進，所述風電機組的理論臨界共振風速值Vcrit的計算公式如下：

Vcrit＝(fn*d)/S

其中，fn為風電機組的1階固有頻率，d為塔筒的截面直徑，S為斯托撈哈耳數。

進一步改進，所述步驟(2)中所述風電機組的振動信號、風電場的風速、風向信號的采集間隔頻率和采集時間為每小時采集1次，每次采集10min。