本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔筒狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

近些年，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)作為一種成熟的新能源技術(shù)得到了規(guī)?；耐茝V。然而，由于風(fēng)力發(fā)電廠的規(guī)模和數(shù)量不斷增長(zhǎng)，且風(fēng)力發(fā)電廠的選址越來越向偏遠(yuǎn)地區(qū)傾斜，導(dǎo)致對(duì)風(fēng)力發(fā)電廠的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)和維護(hù)越來越困難，尤其是對(duì)于塔筒運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)和維護(hù)，因?yàn)樾陆L(fēng)力發(fā)電廠的可選廠址越來越少，一些時(shí)候不得不在環(huán)境惡劣、地質(zhì)狀況不佳的區(qū)域建廠，導(dǎo)致在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行過程中，易發(fā)生塔筒晃動(dòng)變形、塔基沉降等問題，因此需要提供對(duì)塔筒狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，來實(shí)現(xiàn)塔筒故障預(yù)警和針對(duì)性維護(hù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于現(xiàn)有技術(shù)塔筒狀態(tài)監(jiān)測(cè)困難的問題，提出了本發(fā)明的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔筒狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法和系統(tǒng)，以便克服上述問題或者至少部分地解決上述問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔筒狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法，該方法包括：

采集塔筒頂部垂直塔筒軸向上的加速度信號(hào)；

根據(jù)所述加速度信號(hào)計(jì)算所述塔筒頂部晃動(dòng)的頻率、加速度極值、速度極值、位移極值和傾角極值中的一種或幾種參數(shù)；

根據(jù)計(jì)算所得的參數(shù)確定所述塔筒的狀態(tài)，進(jìn)行預(yù)警。

可選地，所述根據(jù)計(jì)算所得的參數(shù)確定所述塔筒的狀態(tài)，進(jìn)行預(yù)警包括以下一種或幾種：

將所述塔筒的晃動(dòng)頻率與塔筒的固有頻率、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)頻率或葉片通過頻率進(jìn)行比較，若所述塔筒的晃動(dòng)頻率接近所述塔筒的固有頻率、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)頻率或葉片通過頻率，則確定所述塔筒發(fā)生危險(xiǎn)，進(jìn)行預(yù)警；

統(tǒng)計(jì)所述塔筒在預(yù)設(shè)時(shí)間段內(nèi)的傾角極值，根據(jù)所述預(yù)設(shè)時(shí)間段內(nèi)的傾角極值繪制所述塔筒的擺動(dòng)軌跡，根據(jù)擺動(dòng)軌跡確定所述塔筒擺動(dòng)軌跡的均勻度，若所述均勻度低于預(yù)設(shè)值，則確定所述塔筒發(fā)生危險(xiǎn)，進(jìn)行預(yù)警；

將所述塔筒的加速度極值、速度極值和位移極值與塔筒在相同工況下的各標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，若所述塔筒的加速度極值、速度極值和位移極值中的至少一個(gè)與標(biāo)準(zhǔn)值的差異超出預(yù)設(shè)范圍，則確定所述塔筒發(fā)生危險(xiǎn)，進(jìn)行預(yù)警。

可選地，該方法還包括：

獲取同一風(fēng)場(chǎng)內(nèi)多個(gè)塔筒的擺動(dòng)軌跡的均勻度，計(jì)算均勻度平均值；

在確定某一塔筒擺動(dòng)軌跡的均勻度低于預(yù)設(shè)值后，進(jìn)一步將該塔筒擺動(dòng)軌跡的均勻度與同一風(fēng)場(chǎng)內(nèi)多個(gè)塔筒擺動(dòng)軌跡的均勻度平均值比較，若二者的差異超過預(yù)設(shè)范圍，則確定該塔筒發(fā)生危險(xiǎn)，進(jìn)行預(yù)警。

可選地，該方法還包括：

采集塔筒各層平臺(tái)處垂直塔筒軸向上的加速度信號(hào)；

根據(jù)塔筒各層平臺(tái)處垂直塔筒軸向上的加速度信號(hào)計(jì)算塔筒各層平臺(tái)處晃動(dòng)的加速度極值、速度極值和位移極值；

根據(jù)所述塔筒每層平臺(tái)處晃動(dòng)的加速度極值、速度極值和位移極值的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，獲知塔筒局部危險(xiǎn)截面和連接螺栓的疲勞損傷相對(duì)值，確定塔筒各層平臺(tái)處是否發(fā)生危險(xiǎn)；

和/或，綜合塔筒各層平臺(tái)處晃動(dòng)的位移極值的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，獲知塔筒整體的形變和受力狀況，確定塔筒的整體剛度是否發(fā)生危險(xiǎn)。

可選地，所述采集塔筒頂部垂直塔筒軸向上的加速度信號(hào)或所述采集塔筒各層平臺(tái)處垂直塔筒軸向上的加速度信號(hào)包括：

利用雙軸MEMS加速度傳感器，采集垂直塔筒軸向上相互垂直的兩個(gè)軸線上的加速度信號(hào)。

依據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供給了一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔筒狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：

采集計(jì)算單元，用于采集塔筒頂部垂直塔筒軸向上的加速度信號(hào)；以及根據(jù)所述加速度信號(hào)計(jì)算所述塔筒頂部晃動(dòng)的頻率、加速度極值、速度極值、位移極值和傾角極值中的一種或幾種參數(shù)，并將所述參數(shù)發(fā)送給分析處理單元；

分析處理單元，用于根據(jù)所述參數(shù)確定所述塔筒的狀態(tài)，進(jìn)行預(yù)警。

可選地，所述分析處理單元用于執(zhí)行以下一種或幾種分析處理過程：

將所述塔筒的晃動(dòng)頻率與塔筒的固有頻率、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)頻率或葉片通過頻率進(jìn)行比較，若所述塔筒的晃動(dòng)頻率接近所述塔筒的固有頻率、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)頻率或葉片通過頻率，則確定所述塔筒發(fā)生危險(xiǎn)，進(jìn)行預(yù)警；

統(tǒng)計(jì)所述塔筒在預(yù)設(shè)時(shí)間段內(nèi)的傾角極值，根據(jù)所述預(yù)設(shè)時(shí)間段內(nèi)的傾角極值繪制所述塔筒的擺動(dòng)軌跡，根據(jù)擺動(dòng)軌跡確定所述塔筒擺動(dòng)軌跡的均勻度，若所述均勻度低于預(yù)設(shè)值，則確定所述塔筒發(fā)生危險(xiǎn)，進(jìn)行預(yù)警；

將所述塔筒的加速度極值、速度極值和位移極值與塔筒在相同工況下的各標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，若所述塔筒的加速度極值、速度極值和位移極值中的至少一個(gè)與標(biāo)準(zhǔn)值的差異超出預(yù)設(shè)范圍，則確定所述塔筒發(fā)生危險(xiǎn)，進(jìn)行預(yù)警。

可選地，所述分析處理單元，進(jìn)一步用于獲取同一風(fēng)場(chǎng)內(nèi)多個(gè)塔筒的擺動(dòng)軌跡的均勻度，計(jì)算均勻度平均值；在確定某一塔筒擺動(dòng)軌跡的均勻度低于預(yù)設(shè)值后，進(jìn)一步將該塔筒擺動(dòng)軌跡的均勻度與同一風(fēng)場(chǎng)內(nèi)多個(gè)塔筒擺動(dòng)軌跡的均勻度平均值比較，若二者的差異超過預(yù)設(shè)范圍，則確定該塔筒發(fā)生危險(xiǎn)，進(jìn)行預(yù)警。

可選地，所述采集計(jì)算單元，進(jìn)一步用于采集塔筒各層平臺(tái)處垂直塔筒軸向上的加速度信號(hào)；根據(jù)塔筒各層平臺(tái)處垂直塔筒軸向上的加速度信號(hào)計(jì)算塔筒各層平臺(tái)處晃動(dòng)的加速度極值、速度極值和位移極值；

所述分析處理單元，進(jìn)一步用于根據(jù)所述塔筒每層平臺(tái)處晃動(dòng)的加速度極值、速度極值和位移極值的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，獲知塔筒局部危險(xiǎn)截面和連接螺栓的疲勞損傷相對(duì)值，確定塔筒各層平臺(tái)處是否發(fā)生危險(xiǎn)；

和/或，用于綜合塔筒各層平臺(tái)處晃動(dòng)的位移極值的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，獲知塔筒整體的形變和受力狀況，確定塔筒的整體剛度是否發(fā)生危險(xiǎn)。

可選地，所述采集計(jì)算單元，包括雙軸MEMS加速度傳感器，所述雙軸MEMS加速度傳感器用于采集垂直塔筒軸向上相互垂直的兩個(gè)軸線上的加速度信號(hào)。

綜上所述，本發(fā)明的技術(shù)方案通過采集塔筒頂部垂直塔筒軸向上的加速度信號(hào)，根據(jù)加速度信號(hào)計(jì)算出能夠表征塔筒狀態(tài)的一種或多種參數(shù)，即塔筒頂部晃動(dòng)的頻率、加速度極值、速度極值、位移極值和傾角極值中的一種或幾種參數(shù)，并根據(jù)上述參數(shù)確定塔筒的狀態(tài)，進(jìn)行預(yù)警，實(shí)現(xiàn)了對(duì)塔筒狀態(tài)更加準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)，對(duì)塔筒預(yù)警和維護(hù)具有重要意義。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔筒狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法流程圖；

圖2為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔筒狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔筒狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的采集計(jì)算單元結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔筒傾角極值散點(diǎn)圖；

圖6為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔筒晃動(dòng)至位移極值的狀態(tài)示意圖；

圖7為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔筒位移極值散點(diǎn)圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。

圖1示意性地示出了本申請(qǐng)一個(gè)實(shí)施例提供的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔筒狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法流程圖，如圖1所示，一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔筒狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法，該方法包括：

步驟S110，采集塔筒頂部垂直塔筒軸向上的加速度信號(hào)。

通過采集塔筒頂部垂直塔筒方向上的加速度信號(hào)，就可獲得塔筒的晃動(dòng)狀態(tài)。優(yōu)選地，在本步驟中，利用雙軸MEMS加速度傳感器，實(shí)時(shí)采集垂直塔筒軸向上相互垂直的兩個(gè)軸線上的加速度信號(hào)，由于塔筒自身的晃動(dòng)頻率不高，因此采樣頻率也采用較低頻率，如0.05Hz-10Hz。

參考圖4所示的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)示意圖，塔筒410頂部設(shè)置有機(jī)艙420，機(jī)艙420內(nèi)設(shè)置主軸系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)等，葉片430通過主軸系統(tǒng)連接在機(jī)艙420外部轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電?？紤]到在塔筒410壁或機(jī)艙420外殼上打孔安裝會(huì)影響到應(yīng)力分布，有可能使得塔筒410或機(jī)艙420在強(qiáng)風(fēng)作用力下，打孔處蔓延形成的裂紋，因此可以采用磁吸或膠粘的方式，將雙軸MEMS加速度傳感器設(shè)置在塔筒410頂部周圍，或者機(jī)艙420外殼上，當(dāng)然，無論對(duì)于哪種安裝位置，由于機(jī)艙420內(nèi)主軸系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)等運(yùn)行時(shí)也會(huì)發(fā)生振動(dòng)，存在加速度干擾，因此對(duì)采集到的加速度信號(hào)進(jìn)行濾波處理，提取主要頻率是本領(lǐng)域人員所公知的，在此不再贅述。

步驟S120，根據(jù)上述步驟S110中采集的加速度信號(hào)計(jì)算塔筒頂部晃動(dòng)的頻率、加速度極值、速度極值、位移極值和傾角極值中的一種或幾種參數(shù)。

具體地，通過對(duì)加速度信號(hào)的快速傅里葉變換，可以計(jì)算出塔筒頂部晃動(dòng)的頻率、周期等；對(duì)加速度信號(hào)的時(shí)域數(shù)據(jù)分別進(jìn)行一次積分、二次積分可以分別計(jì)算出塔筒晃動(dòng)的速度和位移；將加速度信號(hào)和重力加速度相結(jié)合，可以計(jì)算出塔筒晃動(dòng)的傾角；在獲取上述頻率、速度、位移和傾角數(shù)據(jù)后，就可利用塔筒晃動(dòng)的周期，計(jì)算出每個(gè)塔筒振動(dòng)周期內(nèi)，速度、位移和傾角的極值。

步驟S130，根據(jù)計(jì)算所得的參數(shù)確定塔筒的狀態(tài)，進(jìn)行預(yù)警。

通過采集塔筒頂部垂直塔筒軸向上的加速度信號(hào)，根據(jù)加速度信號(hào)計(jì)算出能夠表征塔筒狀態(tài)的一種或多種參數(shù)，即塔筒頂部晃動(dòng)的頻率、加速度極值、速度極值、位移極值和傾角極值中的一種或幾種參數(shù)，并根據(jù)這些參數(shù)確定塔筒的狀態(tài)，進(jìn)行預(yù)警，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)塔筒狀態(tài)更加準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)，對(duì)塔筒預(yù)警和維護(hù)具有重要意義。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)計(jì)算所得的參數(shù)確定塔筒的狀態(tài)，進(jìn)行預(yù)警包括以下一種或幾種：

1、將塔筒的晃動(dòng)頻率與塔筒的固有頻率、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)頻率或葉片通過頻率進(jìn)行比較，若塔筒的晃動(dòng)頻率接近塔筒的固有頻率、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)頻率或葉片通過頻率，則確定塔筒發(fā)生危險(xiǎn)，進(jìn)行預(yù)警。

風(fēng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率即主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率，記為f，葉片的通過頻率為葉片數(shù)量n與風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)頻率的乘積，記為n*f。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)，如果塔筒的晃動(dòng)頻率接近塔筒的固有頻率、風(fēng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率f或葉片通過頻率n*f中的任一個(gè)，都有可能發(fā)生共振，威脅風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行安全，因此，通過監(jiān)測(cè)塔筒頂部晃動(dòng)的頻率，進(jìn)行共振預(yù)警，可以有效避免塔筒與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)生共振造成危險(xiǎn)。

2、統(tǒng)計(jì)塔筒在預(yù)設(shè)時(shí)間段內(nèi)的傾角極值，根據(jù)預(yù)設(shè)時(shí)間段內(nèi)的傾角極值繪制塔筒的擺動(dòng)軌跡，根據(jù)擺動(dòng)軌跡確定塔筒擺動(dòng)軌跡的均勻度，若均勻度低于預(yù)設(shè)值，則確定塔筒發(fā)生危險(xiǎn)，進(jìn)行預(yù)警。

當(dāng)塔筒發(fā)生不可逆變形或是塔基沉降時(shí)，會(huì)導(dǎo)致塔筒發(fā)生傾斜，導(dǎo)致塔筒的晃動(dòng)傾角分布不均，參考附圖5所示的傾角極值散點(diǎn)圖，傾角極值連成塔筒的擺動(dòng)軌跡，通過分析塔筒在東西南北方位上傾角分布的均勻度，可知塔筒是否存在朝某一方向上的傾斜，從而判斷出塔筒是否發(fā)生了不可逆變形或是塔基沉降，及時(shí)實(shí)現(xiàn)塔筒預(yù)警，避免倒塔危險(xiǎn)。

3、將塔筒的加速度極值、速度極值和位移極值與塔筒在相同工況下的各標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，若塔筒的加速度極值、速度極值和位移極值中的至少一個(gè)與標(biāo)準(zhǔn)值的差異超出預(yù)設(shè)范圍，則確定塔筒發(fā)生危險(xiǎn)，進(jìn)行預(yù)警。

加速度、速度和位移參數(shù)與塔筒本身的力學(xué)特性之間存在對(duì)應(yīng)關(guān)系：加速度對(duì)應(yīng)塔筒的受力、速度對(duì)應(yīng)塔筒的疲勞、位移對(duì)應(yīng)塔筒的應(yīng)變。通過加速度極值、速度極值可知塔筒的受力狀況和疲勞狀況，通過位移極值可以檢驗(yàn)塔筒的剛度。以位移極值為例，參考圖6和圖7，圖6示出了塔筒晃動(dòng)至位移極值時(shí)的狀態(tài)，圖7示出了塔筒晃動(dòng)位移極值的散點(diǎn)圖，多個(gè)同心圓代表不同的位移大小，當(dāng)有位移極值超過劃定的預(yù)設(shè)位移范圍時(shí)，則可判斷塔筒的剛度發(fā)生異常，進(jìn)行預(yù)警。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，該方法還包括：

步驟S140，獲取同一風(fēng)場(chǎng)內(nèi)多個(gè)塔筒的擺動(dòng)軌跡的均勻度，計(jì)算均勻度平均值，在確定某一塔筒擺動(dòng)軌跡的均勻度低于預(yù)設(shè)值后，進(jìn)一步將該塔筒擺動(dòng)軌跡的均勻度與同一風(fēng)場(chǎng)內(nèi)多個(gè)塔筒擺動(dòng)軌跡的均勻度平均值比較，若二者的差異超過預(yù)設(shè)范圍，則確定該塔筒發(fā)生危險(xiǎn)，進(jìn)行預(yù)警。

由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)生傾斜時(shí)，除了塔筒自身因素外，也可能是外界環(huán)境如風(fēng)力的影響，且位于同一風(fēng)場(chǎng)內(nèi)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組由于位置相近，受到的環(huán)境影響通常也相近，因此，在判斷出某一塔筒的擺動(dòng)軌跡均勻度低于預(yù)設(shè)值后，進(jìn)一步將該塔筒的擺動(dòng)軌跡均勻度與同一風(fēng)場(chǎng)內(nèi)其他塔筒擺動(dòng)軌跡的均勻度平均值比較，可以排除外界風(fēng)力因素的影響，識(shí)別和減少誤報(bào)情況。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，該方法還包括：

步驟S150，采集塔筒各層平臺(tái)處垂直塔筒軸向上的加速度信號(hào)。具體地，與采集塔筒頂部加速度信號(hào)相同，在塔筒各層平臺(tái)處設(shè)置雙軸MEMS加速度傳感器，采集垂直塔筒軸向上相互垂直的兩個(gè)軸線上的加速度信號(hào)。

步驟S160，根據(jù)塔筒各層平臺(tái)處垂直塔筒軸向上的加速度信號(hào)計(jì)算塔筒各層平臺(tái)處晃動(dòng)的加速度極值、速度極值和位移極值。其中計(jì)算各個(gè)參數(shù)的方法同步驟S120中相同，在此不再贅述。

步驟S170，根據(jù)塔筒每層平臺(tái)處晃動(dòng)的加速度極值、速度極值和位移極值的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，獲知塔筒局部危險(xiǎn)截面和連接螺栓的疲勞損傷相對(duì)值，確定塔筒各層平臺(tái)處是否發(fā)生危險(xiǎn)；和/或，綜合塔筒各層平臺(tái)處晃動(dòng)的位移極值的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，獲知塔筒整體的形變和受力狀況，確定塔筒的整體剛度是否發(fā)生危險(xiǎn)。

為了達(dá)到足夠的高度，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉片接收風(fēng)力，塔筒通常由多段結(jié)構(gòu)連接而成，各段結(jié)構(gòu)的連接處設(shè)置平臺(tái)，平臺(tái)通過法蘭、螺栓等連接件固定，在這些平臺(tái)處，也容易出現(xiàn)薄弱截面和連接件疲勞損傷問題，因此，本申請(qǐng)還在塔筒的各層平臺(tái)處采集加速度信號(hào)，通過計(jì)算塔筒各層平臺(tái)處晃動(dòng)的加速度極值、速度極值和位移極值，進(jìn)行薄弱截面和連接件疲勞損傷相對(duì)判斷，并且，通過綜合塔筒各層平臺(tái)處晃動(dòng)的位移極值的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，進(jìn)一步整體判斷塔筒形變和和受力狀況，確定塔筒的整體剛度是否存在危險(xiǎn)，為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組維護(hù)提供技術(shù)支持。

綜上，通過上述各實(shí)施例提供的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法，最終能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)塔筒共振、不可逆變形、塔基沉降、局部危險(xiǎn)截面、連接件疲勞損傷和剛度狀態(tài)的監(jiān)測(cè)和預(yù)警，有利于對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行維護(hù)。

圖2為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔筒狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示，該風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔筒狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)200包括：

采集計(jì)算單元210，用于采集塔筒頂部垂直塔筒軸向上的加速度信號(hào)；以及根據(jù)加速度信號(hào)計(jì)算塔筒頂部晃動(dòng)的頻率、加速度極值、速度極值、位移極值和傾角極值中的一種或幾種參數(shù)，并將參數(shù)發(fā)送給分析處理單元。

分析處理單元220，用于根據(jù)參數(shù)確定塔筒的狀態(tài)，進(jìn)行預(yù)警。

通過采集塔筒頂部垂直塔筒軸向上的加速度信號(hào)，根據(jù)加速度信號(hào)計(jì)算出能夠表征塔筒狀態(tài)的一種或多種參數(shù)，即塔筒頂部晃動(dòng)的頻率、加速度極值、速度極值、位移極值和傾角極值中的一種或幾種參數(shù)，并根據(jù)這些參數(shù)確定塔筒的狀態(tài)，進(jìn)行預(yù)警，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)塔筒狀態(tài)更加準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)，對(duì)塔筒預(yù)警和維護(hù)具有重要意義。

優(yōu)選地，分析處理單元220用于執(zhí)行以下一種或幾種分析處理過程：

1、將塔筒的晃動(dòng)頻率與塔筒的固有頻率、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)頻率或葉片通過頻率進(jìn)行比較，若塔筒的晃動(dòng)頻率接近塔筒的固有頻率、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)頻率或葉片通過頻率，則確定塔筒發(fā)生危險(xiǎn)，進(jìn)行預(yù)警。

2、統(tǒng)計(jì)塔筒在預(yù)設(shè)時(shí)間段內(nèi)的傾角極值，根據(jù)預(yù)設(shè)時(shí)間段內(nèi)的傾角極值繪制塔筒的擺動(dòng)軌跡，根據(jù)擺動(dòng)軌跡確定塔筒擺動(dòng)軌跡的均勻度，若均勻度低于預(yù)設(shè)值，則確定塔筒發(fā)生危險(xiǎn)，進(jìn)行預(yù)警。

3、將塔筒的加速度極值、速度極值和位移極值與塔筒在相同工況下的各標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，若塔筒的加速度極值、速度極值和位移極值中的至少一個(gè)與標(biāo)準(zhǔn)值的差異超出預(yù)設(shè)范圍，則確定塔筒發(fā)生危險(xiǎn)，進(jìn)行預(yù)警。

優(yōu)選地，分析處理單元220，進(jìn)一步用于獲取同一風(fēng)場(chǎng)內(nèi)多個(gè)塔筒的擺動(dòng)軌跡的均勻度，計(jì)算均勻度平均值；在確定某一塔筒擺動(dòng)軌跡的均勻度低于預(yù)設(shè)值后，進(jìn)一步將該塔筒擺動(dòng)軌跡的均勻度與同一風(fēng)場(chǎng)內(nèi)多個(gè)塔筒擺動(dòng)軌跡的均勻度平均值比較，若二者的差異超過預(yù)設(shè)范圍，則確定該塔筒發(fā)生危險(xiǎn)，進(jìn)行預(yù)警。

優(yōu)選地，采集計(jì)算單元210，進(jìn)一步用于采集塔筒各層平臺(tái)處垂直塔筒軸向上的加速度信號(hào)；根據(jù)塔筒各層平臺(tái)處垂直塔筒軸向上的加速度信號(hào)計(jì)算塔筒各層平臺(tái)處晃動(dòng)的加速度極值、速度極值和位移極值。

分析處理單元220，進(jìn)一步用于根據(jù)塔筒每層平臺(tái)處晃動(dòng)的加速度極值、速度極值和位移極值的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，獲知塔筒局部危險(xiǎn)截面和連接螺栓的疲勞損傷相對(duì)值，確定塔筒各層平臺(tái)處是否發(fā)生危險(xiǎn)；和/或，用于綜合塔筒各層平臺(tái)處晃動(dòng)的位移極值的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，獲知塔筒整體的形變和受力狀況，確定塔筒的整體剛度是否發(fā)生危險(xiǎn)。

圖3為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔筒狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的采集計(jì)算單元結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3所示，該采集計(jì)算單元210包括依次連接的雙軸MEMS加速度傳感器216、模數(shù)轉(zhuǎn)換器215和處理器213，雙軸MEMS加速度傳感器216為高精度加速度傳感器，用于采集垂直塔筒軸向上相互垂直的兩個(gè)軸線上的加速度信號(hào)，配合24位精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換器215，可以將加速度信號(hào)精確到0.001g，精確采集的加速度數(shù)據(jù)傳輸給處理器213后，處理器213通過該加速度信號(hào)計(jì)算出頻率、速度、加速度、位移和傾角等參數(shù)，提供給后續(xù)的分析處理單元分析處理，處理器213還連接有外圍存儲(chǔ)設(shè)備，包括電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器211、同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器212和SD存儲(chǔ)卡214，以保證程序和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。該采集計(jì)算單元210有多個(gè)，分別設(shè)置在塔筒頂部以及塔筒各層平臺(tái)處，用于獲取塔筒對(duì)應(yīng)位置處的加速度信號(hào)。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，在本發(fā)明的上述教導(dǎo)下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上進(jìn)行其他的改進(jìn)或變形。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，上述的具體描述只是更好的解釋本發(fā)明的目的，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。