一种双馈风力发电机组塔筒结构安全动态监测方法与流程

1.本发明属于双馈风力发电机组塔筒技术领域，具体涉及一种双馈风力发电机组塔筒结构安全动态监测方法。


背景技术：

2.双馈风力发电机组的塔筒是整个机组的承重部件，一方面起支撑作用；另一方面起吸收机组运行期间各部件震动能量作用。同时，在机组并网运行期间，其承受着风对三支叶片的推力、风对机舱的多种力矩的混合载荷，使得其会在一个正常安全的幅度值和频率值范围内发生倾斜，也会发生多个断面组合成的不规则形变；但是，当外界环境和材料以及基础等发生变化后，其会发生一些不在正常范围内的幅度值和频率值，甚至在多断面发生一定角度的倾斜。因此，如何通过时时获取的塔筒形变数据来实现对风力发电机组基础沉降和塔筒结构安全进行动态检测和评估，达到及早发现问题，防止安全事件发生，变得很是重要。
3.目前，关于塔筒结构安全的预警值，通常是以规范标准中建议的经验斜率值进行计算。由于它是一个经验值，所以在对不同机组厂家配套不同类型的塔筒，塔筒安装的斜率不确定，塔筒的法兰螺栓连接是否松动，塔筒结构是否有损伤等进行检测时，一般不能实现精准预警；因此，综合来看，目前的风力发电机组基础沉降和塔筒结构的动态检测有待进一步提高。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种双馈风力发电机组塔筒结构安全动态监测方法，解决了目前风力发电机组基础沉降和塔筒结构的动态检测和评估有待进一步提高的问题。
5.本发明所采用的技术方案是，
6.一种双馈风力发电机组塔筒结构安全动态监测方法，具体按照以下步骤实施：
7.步骤1：在双馈风力发电机组塔筒的至少三个塔筒平面和塔基基础的中心位置各安装一个双轴动态倾角传感器；
8.步骤2：基于机组风向的历史数据，采集塔筒平面和塔基基础在满发额定功率期间、风速小于切出风速的至少三个双轴动态倾角传感器的数据，并将采集的数据记录和保存；
9.步骤3：提取并将保存的数据离散化，然后将离散化后的数据进行轮廓内区域像素化，通过数据处理计算出离散化轮廓内部区域的最大内切圆，将最大内切圆定为双馈风力发电机组的最大运行安全圆，对塔筒结构进行实时监测和报警。
10.本发明的特点还在于，
11.步骤1中，双馈风力发电机组塔筒的双轴动态倾角传感器设置个数为四个。步骤2中：机组风向的历史数据具体为：机组风向玫瑰图和风频图的历史数据。
12.步骤3中，对塔筒结构进行实时监测具体为：基于最大运行安全圆，对运行机组各
个塔筒平面的双轴动态倾角传感器采集的动态倾斜值与各自最大运行安全圆进行对比，当动态数值不在最大运行安全圆内时，检测系统发出蜂鸣告警。
13.步骤3中，通过以月为周期单位进行确定最大内切圆的更新。
14.本发明的有益效果是：本发明一种双馈风力发电机组塔筒结构安全动态监测方法，可以实现实时快速检测塔筒钢材强度不够、基础不均匀沉降、塔筒力矩值不足、塔筒焊缝开裂等不同类型问题。
附图说明
15.图1是本发明一种双馈风力发电机组塔筒结构安全动态监测方法的流程示意图；
16.图2是本发明一种双馈风力发电机组塔筒结构安全动态监测方法的数据处理流程图；
17.图3是本发明一种双馈风力发电机组塔筒结构安全动态监测方法中实施例的其中一节塔筒初始最大刚度圆的拟合示意图。
具体实施方式
18.下面结合附图和具体实施方式对本发明一种双馈风力发电机组塔筒结构安全动态监测方法进行进一步详细说明。
19.本发明应用于双馈风力发电机组塔筒；
20.1)如图1和图2所示，在风电机组塔筒安装完成后，在塔基混凝土基础和四个平面各安装一个高精度的双轴动态倾角传感器，双轴动态倾角传感器可以测相对与两个轴的角度变化，精确地测量载体的动态倾斜角和横滚角，并将采集的数据通过光纤传送出去；
21.2)如图3所示，在完成塔基基础和4个平台的双轴动态倾角传感器的安装调试后，结合机组风向玫瑰图和风频图的历史数据，采集机组各平台面上在满发额定功率期间，风速小于切出风速，至少三个主次风向传感器的倾斜角度数据，并记录和保存在服务器。提取保存的数据，并将保存的离散化(把无限空间中有限的个体映射到有限的空间中去，以此提高算法的时空效率)，然后将离散化后的数据进行轮廓内区域像素化，通过二分法计算出离散化轮廓内部区域的最大内切圆，并将其定为双馈风力发电机组参考最大运行安全圆，从塔筒基础到各平台平面的原始最大运行安全圆的圆心和半径依次分别为o0和r0、o1和r1、o2和r2、o3和r3、o4和r4；
22.3)确定好各平面的最大运行安全圆后，对运行机组各平面的双轴动态倾角传感器采集的动态倾斜值与各自最大运行安全圆区域进行对比，当动态数值不在最大运行安全圆内时，检测系统发出蜂鸣告警；
23.4)监测系统以一个自然月为一个周期，将周期内双馈风电机组各平面的双轴动态倾角传感器采集的塔筒倾斜数据离散值进行轮廓内区域像素化，具体为：通过二分法计算出离散化轮廓内部区域的最大内切圆，从塔筒基础到各平台平面的运行最大运行安全圆的圆心和半径依次分别为o0和r0、o1和r1、o2和r2、o3和r3、o4和r4；
24.依次将原始最大运行安全圆的圆心和半径o0和r0、o1和r1、o2和r2、o3和r3、o4和r4与运行最大运行安全圆的圆心和半径o0和r0、o1和r1、o2和r2、o3和r3、o4和r4作对比分析：
25.4.1)当运行最大运行安全圆的圆心o0、o1、o2、o3、o4与原始最大运行安全圆的圆心
o0、o1、o2、o3、o4不覆盖，初步可判断存在以下情况之一：
26.a、各平面间的塔筒发生了变形，运行最大运行安全圆的圆心o0、o1、o2、o3、o4与原始最大运行安全圆的圆心o0、o1、o2、o3、o4的矢量差绝对值表示塔筒形变的程度；
27.b、双馈风电机组承台或者桩基基础发生不均匀沉降；
28.4.2)当运行最大运行安全圆的半径r0、r1、r2、r3、r4与原始最大运行安全圆的半径r0、r1、r3、r4不覆盖，初步可判断存在以下情况之一：
29.a、各平面间的塔筒发生了变形，运行最大运行安全圆的圆心o0、o1、o2、o3、o4与原始最大运行安全圆的圆心o0、o1、o2、o3、o4的矢量差绝对值表示塔筒形变的程度；一般表明塔基松动不牢固或者塔筒钢材的运行安全变弱；
30.4.3)当运行最大运行安全圆的堆积面积与原始最大运行安全圆的堆积面积存在较多个离散数据点不覆盖时，可判断超出的堆积面积方向可能存在塔筒法兰力矩值不合格或塔筒钢材焊缝存在裂纹等问题。
31.本发明一种双馈风力发电机组塔筒结构安全动态监测方法，目前风力发电机组基础沉降和塔筒结构的动态检测和评估有待进一步提高的问题。相比于现有振动检测更多对针对发电机、齿轮箱等机械运转部件的检测，可以实现实时快速检测塔筒钢材强度不够、基础不均匀沉降、塔筒力矩值不足、塔筒焊缝开裂等不同类型问题的改善。


技术特征：
1.一种双馈风力发电机组塔筒结构安全动态监测方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1：在双馈风力发电机组塔筒的至少三个塔筒平面以及塔基基础的中心位置各安装一个双轴动态倾角传感器；步骤2：基于机组风向的历史数据，采集塔筒平面和塔基基础在满发额定功率期间、风速小于切出风速的至少四个双轴动态倾角传感器的数据，并将采集的数据记录和保存；步骤3：提取并将保存的数据离散化，然后将离散化后的数据进行轮廓内区域像素化，通过数据处理计算出离散化轮廓内部区域的最大内切圆，将最大内切圆定为双馈风力发电机组的最大运行安全圆，对塔筒结构进行实时监测和报警。2.根据权利要求1所述的一种双馈风力发电机组塔筒结构安全动态监测方法，其特征在于，步骤1中，双馈风力发电机组塔筒的双轴动态倾角传感器设置个数为四个。3.根据权利要求1所述的一种双馈风力发电机组塔筒结构安全动态监测方法，其特征在于，步骤2中：机组风向的历史数据具体为：机组风向玫瑰图和风频图的历史数据。4.根据权利要求1所述的一种双馈风力发电机组塔筒结构安全动态监测方法，其特征在于，步骤3中，对塔筒结构进行实时监测具体为：基于最大运行安全圆，对运行机组各个塔筒平面的双轴动态倾角传感器采集的动态倾斜值与各自最大运行安全圆进行对比，当动态数值不在最大运行安全圆内时，检测系统发出蜂鸣告警。5.根据权利要求1所述的一种双馈风力发电机组塔筒结构安全动态监测方法，其特征在于，步骤3中，通过以月为周期单位进行确定最大内切圆的更新。

技术总结
本发明公开了一种双馈风力发电机组塔筒结构安全动态监测方法，具体按照以下步骤实施：步骤1：在双馈风力发电机组安装双轴动态倾角传感器；步骤2：基于机组风向的历史数据，采集满足设定条件的至少四个双轴动态倾角传感器的数据，并将采集的数据记录和保存；步骤3：通过数据处理计算出离散化轮廓内部区域的最大内切圆，将最大内切圆定为双馈风力发电机组的最大运行安全圆，对塔筒结构进行实时监测和报警。本发明相比于现有振动检测更多对针对发电机、齿轮箱等机械运转部件的检测，可以实现实时快速检测出塔筒钢材强度不够、基础不均匀沉降、塔筒力矩值不足、塔筒焊缝开裂等不同类型的问题，具有一定的实用意义。具有一定的实用意义。具有一定的实用意义。


技术研发人员：靳江江 王振福
受保护的技术使用者：华能定边新能源发电有限公司
技术研发日：2021.08.18
技术公布日：2021/10/19