专利名称：风电机组塔筒倾斜变形测量方法、装置和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及风电机组塔筒測量技木，尤其涉及一种风电机组塔筒倾斜变形測量方法、装置和系统。
背景技术：
塔筒是风カ发电机组中的承重部件，承受着推力、弯矩和扭矩负荷等复杂多变的载荷，使得风カ发电机组运行过程中，塔筒会出现一定幅度的摇摆和扭曲等变形；此外，塔筒还会受到材料变形、零部件失效以及地基沉降等因素的影响，产生倾斜。塔筒过大的倾斜变形会影响风カ发电机组的正常运行，严重的还会产生安全事故，因此，需要对塔筒的倾斜变形进行实时测量。目前，在对塔筒进行倾斜变形測量吋，通常是在塔筒上安装多个GPS接收机，根据 GPS測量数据来绘制得到塔筒的倾斜变形曲线，这种方式成本较高，且在计算塔筒变形吋， 未考虑塔筒的非线性变形的特点，通常是基于单ー倾角和刚体变形来计算得到塔筒的变形量，导致计算得到塔筒的变形曲线不准确。图1为现有计算得到塔筒变形时得到的塔筒变形曲线图。如图1所示，曲线Al表示塔筒未发生变形时的曲线，曲线A2为现有技术根据 GPS測量数据得到的塔筒变形的线性变形曲线，而塔筒产生的变形曲线可能如图1中曲线 A3所示的非线性变形曲线，这样，现有根据GPS測量数据得到的塔筒的变形曲线将会变得不准确。此外，现有技术中也有通过在塔筒上设置多个倾斜传感器对塔筒的倾斜变形进行測量，其測量得到的塔筒的变形曲线仍旧为线性变形曲线，而非塔筒的真实变形曲线，导致測量结果不准确。综上，现有采用GPS或倾斜传感器测量塔筒倾斜变形吋，未考虑塔筒的非线性变形的影响，导致塔筒变形测量结果不准确；且采用GPS测量时成本高。
发明内容
本发明提供一种风电机组塔筒倾斜变形測量方法、装置和系统，可有效克服现有技术存在的塔筒倾斜变形測量结果不准确，以及采用GPS測量成本较高的问题。本发明提供一种风电机组塔筒倾斜变形測量方法，用于塔筒的倾斜变形測量，所述塔筒上的至少ー个高度位置设置有倾斜加速传感器組，所述倾斜加速度传感器组包括倾斜传感器以及与倾斜传感器配合的加速度传感器；所述方法包括获得塔筒上倾斜传感器测量得到的倾斜角，以及加速度传感器測量得到的加速度；根据测量得到的倾斜角和加速度，获得所述塔筒的静态变形量、准静态变形量和动态变形量，井根据所述塔筒的静态变形量、准静态变形量和动态变形量确定塔筒的倾斜变形方程，所述倾斜变形方程包括静态准静态变形方程和动态变形方程；根据所述塔筒的倾斜变形方程，确定所述塔筒的倾斜变形曲线。本发明提供一种风电机组塔筒倾斜变形測量装置，用于塔筒的倾斜变形測量，所述塔筒上的至少ー个高度位置设置有倾斜加速传感器組，所述倾斜加速度传感器组包括倾斜传感器以及与倾斜传感器配合的加速度传感器；所述装置包括数据获取模块，用于获得塔筒上倾斜传感器测量得到的倾斜角，以及加速度传感器測量得到的加速度；变形计算模块，用于根据测量得到的倾斜角和加速度，获得所述塔筒的静态变形量、准静态变形量和动态变形量，井根据所述塔筒的静态变形量、准静态变形量和动态变形量确定塔筒的倾斜变形方程，所述倾斜变形方程包括静态准静态变形方程和动态变形方
禾王；曲线获取模块，用于根据所述塔筒的倾斜变形方程，确定所述塔筒的倾斜变形曲线。本发明提供一种风电机组塔筒倾斜变形測量系统，包括数据采集装置，包括在塔筒上的至少ー个高度位置设置的倾斜加速传感器組，所述倾斜加速度传感器组包括倾斜传感器以及与倾斜传感器配合的加速度传感器；变形测量装置，与所述数据采集装置连接，为采用上述权利要求8-11任一所述的风电机组塔筒倾斜变形測量装置。本发明提供的风电机组塔筒倾斜变形測量方法、装置和系统，通过在塔筒上设置倾斜传感器和加速度传感器，从而可根据倾斜传感器和加速度传感器的測量值，获得塔筒的非线性变形曲线，得到的塔筒的非变性变形曲线体现了塔筒的实际的非线性变形，使测量得到的塔筒的变形曲线更加准确，且相对于传统采用GPS測量来说，成本低。
图1为现有计算得到塔筒变形时得到的塔筒变形曲线图；图2为本发明实施例中塔筒的结构示意图；图3为本发明实施例一提供的风电机组塔筒倾斜变形測量方法流程示意图；图4为图2中A处倾斜加速度传感器组的安装结构示意图；图5为本发明实施例ニ提供的风电机组塔筒倾斜变形測量装置结构示意图；图6为本发明实施例三提供的风电机组塔筒倾斜变形測量装置结构示意图；图7为本发明实施例四提供的风电机组塔筒倾斜变形測量系统结构示意图。
具体实施例方式为克服现有技术存在的塔筒倾斜变形測量不准确的问题，本发明提供ー种塔筒倾斜变形測量方法，可获得塔筒的非变性曲线，使得塔筒变形测量更加准确。为便于对本发明技术方案有更好地了解，下面首先将对本发明实施例中对塔筒倾斜变形测量的原理和实现过程进行说明。发明人在对塔筒野外环境下的受カ等情况进行分析基础上，通过建立数学模型对塔筒的实际非线性变形进行计算，从而可得到塔筒的非线性变形曲线。具体地，本实施例中，发明人将塔筒所受到的风载荷分成三部分，分別为静态的风载荷、准静态的风载荷(即风速变化缓慢的风载荷)以及快速变动的风载荷，对应地，发明人将塔筒的变形，可分解成与上述不同风载荷下的变形的叠加，即将塔筒变形分解为静态变形、准静态变形和动态变形三部分，该三部分变形叠加就可得到塔筒的变形。通过以上分析，可以看出，只要确定塔筒在静态风载荷下的静态变形量、在准静态风载荷下地准静态变形量、在快速变动风载荷下的动态变形量，就可以确定塔筒的变形方程，进而得到塔筒的变形曲线。本实施例中，将塔筒的静态变形和准静态变形通过静态准静态变形方程来体现， 塔筒的动态变形则可通过动态变形方程来体现，其中，下述所述的变形方程均是以塔筒上沿顶舱方向的水平变形说明，本领域技术人员可以理解，其他塔筒其他方向上的具有相同的变形方程。下面对塔筒的倾斜变形方程进行说明如下(1)静态准静态变形方程为Xs(h, t) = (m+nAt)hr, (At = t_t0)。其中，h为塔筒的位置高度，为位于O-H区间的值，H为塔筒的实际高度值；t为时间坐标；Δ t为相对时间坐标，是时刻t相对于最近一个测量周期初始时刻t0的时间增量， 即At = t-t0 ；m为静态变形系数，是由风载荷幅度及其分布、空气动力学以及塔筒结构所确定的參数量；η为准静态变形系数，是由风载荷慢速变化的速率和塔筒结构决定的參数量；r为静态变形指数，也是由风载荷幅度及其分布、空气动力学以及塔筒结构所确定的參数量。但是通常认为当风载荷分布规律已知吋，r受风载荷幅度的影响较小，即可以假设为常数。该r可通过对塔筒进行材料力学计算得到，也可通过有限元方法计算得到变形曲线之后进行參数拟合得到，其取值范围通常在2. 5-3. 5之间，实际应用中，也可将其作为变量，通过对方程进行求解方式得到。该静态准静态变形方程中，m、n的大小与风载荷有关，可作为塔筒变形的静态准静态变形量，其中m为静态变形量，η为动态变形量；m、n是随着风载荷变化而会发生变化的， 但对于一个不长的连续时间段而言，m、n可看作是不变的量，因此，在一个测量周期内，可确定出m、n的值，并可通过方程)(s(h，t)来表示塔筒在高度为h、t时刻的静态准静态变形量。(2)动态变形方程为Xd (h, t) = chscos ( ω Δ t+ Φ )，(At = t_t0)。其中，c为动态变形系数，是由风载荷波动幅度、空气动力学以及塔筒结构所确定的參数量；ω为振动频率，是由风载荷波动频率、叶片的转动频率等因素所确定的參数量， 通常与塔筒的ー阶自然频率较为接近；Φ为振动相位角；s为动态变形指数，是由快速变化载荷等因素所确定的參数量；t和△ t的定义同前面静态准静态变形方程中所述。通常s受风载荷以及风载荷波动幅度的影响较小，可通过对塔筒一阶模态曲线进行拟合得到，也可通过选取不同风载荷波动幅度值和波动频率下的变形曲线进行拟合得到，即通过对方程求解得到，通常取值在2. 5-3. 5之间。在该动态变形曲线中，ω、s、c与风载荷相关，可作为塔筒变形的动态变形变量，该动态变形量在不同风载荷下是不同的，但对于一连续时间段而言，它们可看作是不变的量， 因此，在一个测量周期内，确定出參数《、s、c和φ后，就可通过方程)(d(h，t)来表示塔筒在高度为h、t时刻的动态变形量。通过将上述静态准静态变形方程和动态变形方程叠加，就可以得到塔筒的变形方程=X (h，t) = (m+n Δ t) hr+chscos (ω Δ t+ Φ)，( Δ t = t_t0)，进ー步地，该方程也可表示为 X(h，t) = (111+壯-11切)ビ+(；ピ(；08(0^-0^0+ホ)，其中，111、11和Φ的取值依赖于t0时刻的选取。
本领域技术人员可以理解，通过对方程X(h，t)进行两次时间求导，就可以得到塔筒上各位置处的加速度与塔筒高度之间的加速度方程X(h, t) = -ω 2chs cos(aAt + φ) ,(At = t_t0)。其中，父(ケり表示塔筒高度h处在t时刻的加速度。注意到恰当地选择t0时刻可以简化上述公式若令安装在高度h处的加速度传感器測量值，即^:(ZM),达到0的时刻为t0，即此时At = 0，Φ = 31/2，则加速度方程可以简化为父(ケり=-0シが如6^ハ(八セ =t-to)；若令安装在高度h处的加速度传感器测量值父(M)达到波峰的时刻为to，即此时 At = O, Φ =0，则加速度方程可以简化为X(/M) = - 2cがcos Ai，(At = t-t0)。本实施例中采用后一假设。实际运行中，也可将多个不同高度的加速度传感器同时达到最大值(或零值)的时刻作为测量周期的开始时刻。因此变形方程可以进一歩简化为X (h, t) = (m+n Δ t) hr+chscos (ω At), (At = t_t0)；或者，X(h, t) = (m+nt-ntO)hr+chscos(cot-cotO) ο其中，该方程就是指以t0时刻开始的一段測量周期塔筒的倾斜变形方程，即在该測量周期内，塔筒的静态变形为ml·/，准静态变形η Atビ，动态变形为ChsCosco At。在一个测量周期内，只要求解得到X(h，t)中的參数变量m、η、c、ω、r和s，就可以确定塔筒在该测量周期内的变形曲线方程，并可通过计算机绘制出来，提供给风电机组监控人员，由监控人员根据该变形曲线进行相应的处理，例如可根据得到的塔筒的变形曲线确定是否对风电机组作出停机決定，或者改变风电机组中叶片的角度。由于塔筒的变形曲线为连贯曲线，因此，对于塔筒不同高度处的倾斜角而言，又可满足以下方程tan a(h, t) = ~^^· = (m + nM)rhr—1 + cshs—1 cos ωΑ , (At = t_t0),其中，α 为塔
dh
筒在高度h处的倾斜角。可以看出，当在高度hi处安装有ー个加速度传感器和一个倾斜传感器吋，可以得到如下等式t) = -ω1 chs cos ωΑ .tana (h, t) = (m+n Δ t) rhr_1+cshs_1cos ω At,其中 At = t_t0。因此，相对于以t0时刻开始的ー个测量周期，若任选取三个不同的时刻tl，t2， t3，每ー时刻均可以根据传感器测量值建立上述2个等式，即6个等式，因此可以求解出6 个未知变量m、n、c、ω、Γ和s。需要说明的是，静态准静态变形量m、η的取值依赖于r，因此m、n、r的解不唯一。解决这ー问题可以采用如下任一方式(1)根据经验或者实验数据预先指定r值；(2)假设r与s满足一定对应关系，例如r可通过查表获得，一般可假设r = k s, k为待定常数，例如k = 0.8;(3)在不同于hi的任一高度处再安装ー个倾角传感器。可以看出，在确定ー个测量周期的开始时刻t0后，只要获得塔筒在不同高度处的加速度以及倾斜角，且加速度和倾斜角的測量值足够多，就可以代入上述方程，通过方程求解得到塔筒倾斜变形方程X(h，t)中的各參数变量，进而确定出塔筒的变形方程。本领域技术人员可以理解，也可采用多个倾斜传感器和加速度传感器进行测量，以获得更高的计算精度和鲁棒性，例如，由父=河以看出塔筒的加速度与ω、c禾Π s有关，
而只要获得塔筒三个不同位置高度在同一时刻的加速度峰值，并代入加速度方程就可以求解得到參数变量ω、c和s。因此在实际应用中可以根据需要配置更多的传感器。本发明实施技术方案正是通过在塔筒上设置倾斜传感器以及加速度传感器，井根据测量得到的加速度和倾斜角，来确定上述塔筒倾斜变形方程中的各參数变量，得到塔筒的变形曲线。需要说明的是，由于塔筒倾斜变形方程中的m、n、c是随着风载荷发生变化的量，r、s、ω也在一定程度上受风载荷的影响，因此，塔筒的变形方程是随着风载荷的变化而发生变化，即在不同的測量周期，各參数变量可能是不同的，因此在不同測量周期，所得到的塔筒的变形方程也是不同的。而对于一小段时间内的风载荷而言，例如1秒钟、1分钟、或者10分钟，可假定风载荷是相对稳定的，相应的塔筒倾斜变形方程X(h，t)中的參数变量m、n、C、ω、r和s 的值也是相对固定的，即在ー个测量周期内，塔筒倾斜变形方程X(h，t)中的參数量是不变的。本实施例中对塔筒的倾斜变形測量，就是指在一个测量周期内计算获得上述參数，进而计算出塔筒变形曲线。实际应用中，可将该测量周期设定为ー个固定值，也可根据加速度传感器测量得到的加速度变化幅度，来确定是否需要重新计算塔筒的变形方程中的各參数变量，例如，连续时间段内加速度变化较大时，可确定风载荷已经发生变化，就可以重新计算塔筒的变形方程中的各參数变量。综上可以看出，对塔筒的倾斜变形进行测量吋，可通过在塔筒上设置倾斜传感器和加速度传感器，并可根据测量得到的加速度和倾斜角，确定塔筒的静态变形量、准静态变形量和动态变形量，从而可确定塔筒的静态准静态变形方程、动态变形方程，将静态准静态变形方程和动态变形方程叠加就可得到塔筒的倾斜变形方程，进而根据该塔筒的倾斜变形方程获得塔筒的倾斜变形曲线。具体地，可在塔筒上设置有至少ー对配合的加速度传感器和倾斜传感器，这样，就可按如下步骤对塔筒进行测量获得塔筒上倾斜传感器测量得到的倾斜角，以及加速度传感器测量得到的加速度；根据測量得到的倾斜角和加速度，确定塔筒的静态变形量、准静态变形量和动态变形量；根据静态变形量、准静态变形量和动态变形量，确定塔筒的倾斜变形方程，该倾斜变形方程包括静态准静态变形方程和动态变形方程；根据塔筒的倾斜变形方程，确定塔筒的倾斜变形曲线。为便于对本发明技术方案有更好地了解，下面将以对塔筒倾斜变形进行测量的具体应用为例对本发明技术方案作出详细的说明。图2为本发明实施例中塔筒的结构示意图。本实施例中，为得到塔筒的变形方程 X (h，t) = (m+n Δ t) hr+chscos (ω Δ t+ Φ)，( Δ t = t_t0)，可在塔筒上设置ー对倾斜传感器和加速度传感器，并利用倾斜传感器和加速度传感器的测量值代入上述各方程，以求解得到m、n、c、ω、r和s。具体地，本实施例中，在塔筒10上的hi高度位置设置有倾斜加速传感器组1，其中，倾斜加速度传感器组1包括倾斜传感器11以及与倾斜传感器11配合的加速度传感器12，该加速度传感器12设置在倾斜传感器11上，或者也可设置在靠近该倾斜传感器11的位置。本领域技术人员可以理解，实际应用中，也可通过安装在同一高度的加速度传感器来等效上述的加速度传感器12。图3为本发明实施例一提供的风电机组塔筒倾斜变形測量方法流程示意图。本实施例方法可利用在塔筒上设置的一对倾斜传感器和加速度传感器，实现对塔筒倾斜变形的測量，具体地，如图2和图3所示，本实施例方法可包括如下步骤步骤101、获取塔筒在hi高度位置的加速传感器的測量值，并将该加速度传感器測量值达到波峰的时刻作为ー个測量周期的开始时刻to ；步骤102、在该测量周期内，以该开始时刻t0为起点，获得倾斜传感器和加速度传感器在3个不同时刻的測量值；步骤103、将该3个不同时刻测量得到的3个加速度和倾斜角分別代入塔筒倾斜变形方程，求解得到变形方程中的静态变形量、准静态变形量和动态变形量，以获得该塔筒在该ー个測量周期的塔筒倾斜变形方程，该塔筒倾斜变形方程包括塔筒静态准静态变形方程和动态变形方程；步骤104、根据该塔筒的倾斜变形方程，绘制得到塔筒在该测量周期内的倾斜变形曲线。本实施例中，塔筒的倾斜变形方程就是上述提供的变形方程X(h，t) = (m+nAt) ビ+ChsCOS ( ω Δ t+ Φ )，(At = t-to)，该变形方程包括静态准静态变形方程和动态变形方程，通过获取在塔筒hi高度的加速度和倾斜传感器的測量值，可求解得到该方程中塔筒的静态变形量、准静态变形量和动态变形量，进而得到塔筒的倾斜变形方程，并可根据该倾斜变形方程绘制得到塔筒在測量周期的倾斜变形曲线。上述步骤101中，获得塔筒在hi高度位置的加速度传感器的测量值，令该加速度传感器測量值达到波峰的时刻为一个测量周期的开始时刻to，此时由加速度方程父(/M)可知t = to，At = 0, Φ = 0，从而可利用变形方程X(h，t) = (m+n Δ t) hr+chscos(o At+Φ), (At = t-t0)作为塔筒的倾斜变形方程。上述步骤102-步骤104中、通过获得塔筒在hi高度位置的加速度传感器和倾斜传感器在3个不同时刻的測量值，并将对应于3个不同时刻tl、t2、t3的加速度分別代入加速度方程父(ケり=- 2得到第一方程组，该方程包含ω、c和s三个未知变量；将对应于3个不同时刻tl、t2、t3的倾斜角分別代入方程tana (h，t) = (m+n Δ t) rtTkcsh^cos ω Δ t得到第二方程组，该方程包含未知量m、n、c、ω、、r和s，联立第一方程组和第二方程组得到总方程組，共有6个方程，6个变量，即m、n、C、ω、、r和s，该r值可已给定，例如可以为2. 6，或者满足指定约束，从而可求解总方程组得到变量m、n、c、ω、r和s 的值，并代入塔筒倾斜变形方程X (h，t) = (m+n At)ビ+ChsCOS ω At，井根据该方程X (h，t) 绘制得到塔筒的变形曲线。本领域技术人员还可以理解，上述步骤102-步骤104中，也可通过获取3个以上不同时刻测量得到的加速度和倾斜角，得到更多的方程式，并可采用数据拟合等方法计算得到參数变量值。本领域技术人员可以理解，得到的上述各方程中，各方程中的h均为hl，所述的 tl、t2、t3均是以t0 = 0为起始的时刻，例如100ms,500ms ^P Is。此外，上述得到的塔筒的变形曲线是在一个测量周期内的塔筒倾斜变形曲线，随着时间推移发生变化，该塔筒变形曲线在ー个测量周期内并不是固定不变的。此外，由于在每一个测量周期的开始阶段，建立方程和求解方程组需要一定时间，例如ls，因此在这一段时间内，倾斜变形曲线的获得比实际变形发生的时刻要晚ー些；但是获得变形參数之后，倾斜变形曲线的获得和显示基本为实时进行。为了进ー步提高实时性，可以在ー个测量周期尚在进行的同时开始另ー个測量
10周期的计算，所获得的两个倾斜变形曲线可以同时显示在计算机屏幕上，因此，对于监控人员来说，在计算机屏幕上显示的塔筒变形曲线是可以实时反应出塔筒的倾斜变形情況。实际应用中，塔筒的变形曲线随着风载荷的变化，也是变化的，在对塔筒的变形方程中各參数进行求解吋，通常是在ー个测量周期内进行，即风载荷相对变化较小的时间周期内，可以通过上述步骤101-步骤104获得该时间周期内的塔筒的变形曲线。由于风载荷通常在一段时间内是相对稳定的，因此在某一測量周期内，按照上述步骤101-步骤103获得的塔筒的变形曲线也是准确的，可反应出塔筒的真实变形曲线，以便风电机组监控人员可根据该变形曲线，对风电机组的工作进行处理，例如可调整叶片角度，或者停机等。本领域技术人员可以理解，上述在获得塔筒的变形曲线时，可事先获得塔筒上加速度传感器和倾斜传感器在一段时间内的所有測量值，然后再根据该段时间内的所有測量值，来确定测量周期的起始时间，以及测量周期，从而可根据上述步骤101-步骤104来获得塔筒在该测量周期内的变形曲线。本实施例中，在对塔筒变形进行测量过程中，还可对各传感器的測量数据进行滤波降噪。具体地，大型风电机组的塔筒的ー阶自然频率通常在0. 3Hz-0. 7Hz之间，在塔筒受到一般的冲击载荷，例如阵风和快速停车产生的振动模式中，第一阶模态的比重约为 80% -90%，只有在受到剧烈冲击，例如飓风和地震吋，其他高阶模态的比例才会达到40% 左右。而在常规工作状态下，塔筒主要是受到持续波动的风载荷，振动主要表现为低于自然频率的強迫振动，因此可对測量数据进行低通滤波以降低高频噪音干扰，以确保測量数据的准确性。此外，为避免塔筒受到剧烈冲击而造成利用上述步骤101-步骤104获得的塔筒的变形曲线不准确，同时在塔筒受到剧烈冲击吋，可及时通知风电机组监控人员，还可通过对各传感器的测量数据进行快速傅氏变换(Fast Fourier Transformation, FFT)和功率谱计算，以检测第一阶模态的能量所占比例是否达到预设阈值，若达不到预设阈值，则可判断当前可能有剧烈冲击发生，该预设阈值可以为80% -90%之间的取值。另外，在对塔筒是否受到剧烈冲击进行判断吋，也可通过对加速度传感器的幅值阈值进行判断，以预测是否有剧烈冲击发生。具体地，由于加速度传感器测量的加速度在塔筒受到剧烈冲击吋，幅度变化就较大，因此对加速度传感器測量值进行判断，当加速度传感器測量得到的加速度幅值变化超过预设幅值时，则可判断塔筒受到剧烈冲击。当判断塔筒受到飓风、地震等剧烈冲击时，可及时发出报警信息，例如黄色警报， 以通知监控人员作出停机等处理，同吋，也可告知监控人员此时得到的塔筒的变形曲线可能是不准确的，以便监控人员可将此时得到的塔筒的变形曲线仅作为參考。本领域技术人员可以理解，当塔筒受到剧烈冲击吋，上述依靠步骤101-步骤104 測量得到的塔筒的变形曲线參数将会不稳定，因此，当依据上述方法判断塔筒受到剧烈冲击时，可向监控人员发出报警信息，以通知监控人员塔筒受到剧烈冲击，以便监控人员作出处理。实际应用中，由于倾斜传感器大都会依赖于与重力加速度方向的相对关系，因此当倾斜传感器本身在进行加速度运动吋，需要补偿该倾斜传感器的惯性力，为此，为确保测量数据的准确性，可对倾斜传感器的測量结果进行补偿，并可按如下倾斜角补偿方程对倾斜传感器測量得到的倾斜角α进行以下补偿产实际=jT^其中，α为倾斜传感器測量
得到的倾斜角，为与倾斜传感器配合的加速度传感器測量得到的加速度，α 为对测量得到的倾斜角α进行补偿后的值，g为塔筒所在地点的重力加速度。因此，在上述步骤102中，在不同时刻测量得到的倾斜角可按上述倾斜角补偿方程，对实际測量得到的倾斜角进行补偿后，得到补偿值后再代入方程tan α (h，t)，以确保获得的各变形參数变量更加准确、可靠。图4为图2中A处倾斜加速度传感器组的安装结构示意图。本实施例中，上述的倾斜加速传感器组1具体可设置在塔筒10的两端塔筒段的连接法兰4上，具体地，如图4 所示，倾斜加速度传感器组1可通过刚性悬臂梁3固设在法兰4上，这样，可便于倾斜加速度传感器组1的安装。实际应用中，如图4所示，在倾斜加速度传感器1安装吋，可在法兰4上吸附永磁铁5，刚性悬臂梁3的一端可通过螺栓等方式固定在永磁铁5上，倾斜加速传感器组1安装在刚性悬臂梁3的另一端，从而可实现倾斜加速度传感器组1的安装。本领域技术人员可以理解，实际应用中也可采用其他方式实现对倾斜传感器和加速度传感器的安装和固定， 例如，可以用若干个安装在同一高度的加速度传感器来等效倾斜加速度传感器组中的单个加速度传感器，对此本实施例并不作限制。本领域技术人员可以理解，在对塔筒倾斜变形进行测量吋，也可在塔筒的不同高度位置设置多个倾斜加速传感器組，和/或在更多高度位置设置加速度传感器以及倾斜传感器，以便根据各传感器测量結果，代入相应的方程組成方程組，以求解得到塔筒倾斜变形方程X(h，t)中的各參数变量，获得塔筒的变形曲线，其具体实现与上述步骤101-步骤104 相同或类似，在此不再说明。综上，本发明实施例提供的风电机组塔筒倾斜变形測量装置，通过在塔筒上设置倾斜传感器和加速度传感器，从而可根据倾斜传感器和加速度传感器的測量值，获得塔筒的非线性变形曲线，得到的塔筒的非变性变形曲线体现了塔筒的实际的非线性变形，使测量得到的塔筒的变形曲线更加准确，且相对于传统采用GPS測量来说，成本低。本领域技术人员可以理解，上述图2和图3所示实施例仅是以设置在塔筒上的 ー对加速度传感器和倾斜传感器，并按照上述方程X (h，t) = (m+nAt)hr+chscos( At), (At = t-tO)来求解得到塔筒的静态变量变形变量、准静态变形变量和动态变形变量，从而得到塔筒的变形曲线，实际应用中，也可通过在塔筒上设置多个倾斜传感器和加速度传感器来根据上述方程X (h，t) = (m+nAt)hr+chscos( At), (At = t_t0)得到塔筒的各变形变量，以求解获得塔筒的变形曲线，例如可设置1个加速度传感器，2个倾斜传感器，或者设置4个加速度传感器和1个倾斜传感器，在此并不做限制，只要可以得到塔筒的各变形变量即可。图5为本发明实施例ニ提供的风电机组塔筒倾斜变形測量装置结构示意图。如图 5所示，本实施例变形测量装置可对图2所示的塔筒的倾斜变形进行测量，具体可包括数据获取模块101、变形计算模块102和曲线获取模块103，其中数据获取模块101，用于获得塔筒上倾斜传感器测量得到的倾斜角，以及加速度传感器测量得到的加速度；
变形计算模块102，用于根据測量得到的倾斜角和加速度，获得塔筒的静态变形量、准静态变形量和动态变形量，并根据塔筒的静态变形量、准静态变形量和动态变形量确定塔筒的倾斜变形方程，该倾斜变形方程包括静态准静态变形方程和动态变形方程；曲线获取模块103，用于根据塔筒的倾斜变形方程，确定塔筒的倾斜变形曲线。本实施例可实现对塔筒的倾斜变形測量，其具体实现过程可參见上述本发明方法实施例的说明，在此不再赘述。图6为本发明实施例三提供的风电机组塔筒倾斜变形測量装置结构示意图。本实施例中測量装置可对在高度hi处设置倾斜加速传感器的塔筒进行倾斜变形測量，具体地，如图6所示，上述的数据获取模块101可包括測量周期确定单元1011和数据获取単元 1012，其中測量周期确定单元1011，用于获取塔筒在hi高度位置的加速传感器的測量值，并将该加速度传感器測量值达到波峰的时刻作为ー个測量周期的开始时刻；数据获取単元1012，用于在测量周期内，以开始时刻为起点，获得倾斜传感器和加速度传感器在至少3个不同时刻的测量值；上述的变形计算模块102具体可用于将至少3个不同时刻测量得到的至少3个加速度和倾斜角分別代入塔筒倾斜变形方程，求解得到变形方程中的静态变形量、准静态变形量和动态变形量，获得塔筒在所述测量周期的塔筒倾斜变形方程。本实施例中，所述的塔筒倾斜变形方程为X(h，t) = (m+nt)hr+chscos ω t，通过获取倾斜角和加速度，通过方程求解获得其中的变形量，进而获得塔筒的倾斜变形方程，其具体实现过程可參见上述本发明方法实施例的说明，在此不再赘述。此外，本实施例风电机组塔筒倾斜变形測量装置还可包括测量滤波模块和剧烈冲击判断模块，其中，测量滤波模块用于对各传感器测量测量数据进行低通滤波，以降低高频噪音干扰；剧烈冲击判断模块可用于对塔筒是否受到剧烈冲击进行判断，以确定測量得到的所述塔筒的变形曲线是否准确，具体地，该剧烈冲击判断模块可用于对测量数据进行快速傅氏变换和功率谱计算，检测在第一阶模态的能量所占比例达不到预设阈值时，判定所述塔筒受到剧烈冲击；或者，通过对加速度传感器的幅值阈值进行判断，以在加速度传感器測量得到的加速度幅值变化超过预设幅值时，判断塔筒受到剧烈冲击。本发明实施例提供的风电机组塔筒倾斜变形測量装置可对塔筒的倾斜变形进行測量，获得塔筒的非线性变形曲线，其具体实现过程可參见上述本发明方法实施例的说明， 在此不再赘述。图7为本发明实施例四提供的风电机组塔筒倾斜变形測量系统结构示意图。如图 7所示，本实施例測量系统可包括数据采集装置100和变形测量装置200，其中，数据采集装置100可包括在塔筒上的至少ー个高度位置设置的倾斜加速传感器組，该倾斜加速度传感器组包括倾斜传感器以及与倾斜传感器配合的加速度传感器，其具体设置方式可參见上述图2所示；变形測量装置200与数据采集装置100中的各传感器连接，可为采用上述本发明实施例提供的风电机组塔筒倾斜变形測量装置，具体结构可參见上述本发明装置实施例的说明。本领域普通技术人员可以理解实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于ー计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括R0M、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。 最后应说明的是以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制； 尽管參照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
权利要求
1.一种风电机组塔筒倾斜变形測量方法，用于塔筒的倾斜变形測量，所述塔筒上的至少ー个高度位置设置有倾斜加速传感器組，所述倾斜加速度传感器组包括倾斜传感器以及与倾斜传感器配合的加速度传感器；其特征在于，所述方法包括获得塔筒上倾斜传感器测量得到的倾斜角，以及加速度传感器測量得到的加速度；根据测量得到的倾斜角和加速度，获得所述塔筒的静态变形量、准静态变形量和动态变形量，井根据所述塔筒的静态变形量、准静态变形量和动态变形量确定塔筒的倾斜变形方程，所述倾斜变形方程包括静态准静态变形方程和动态变形方程；根据所述塔筒的倾斜变形方程，确定所述塔筒的倾斜变形曲线。
2.根据权利要求1所述的风电机组塔筒倾斜变形測量方法，其特征在干，在所述塔筒上高度hi处设置倾斜加速传感器组；所述获得塔筒上倾斜传感器测量得到的倾斜角，以及加速度传感器測量得到的加速度包括获取所述塔筒在hi高度位置的加速传感器的測量值，并将所述加速度传感器测量值达到波峰的时刻作为ー个測量周期的开始时刻；在所述测量周期内，以所述开始时刻为起点，获得倾斜传感器和加速度传感器在至少3 个不同时刻的测量值；所述根据測量得到的倾斜角和加速度，获得所述塔筒的静态变形量、准静态变形量和动态变形量，井根据所述塔筒的静态变形量、准静态变形量和动态变形量确定塔筒的倾斜变形方程包括将所述至少3个不同时刻测量得到的至少3个加速度和倾斜角分別代入塔筒倾斜变形方程，求解得到变形方程中的静态变形量、准静态变形量和动态变形量，获得所述塔筒在所述测量周期的塔筒倾斜变形方程。
3.根据权利要求2所述的风电机组塔筒倾斜变形測量方法，其特征在干，所述塔筒的倾斜变形方程为 X (h, t) = (m+n Δ t) hr+chscos (ω Δ t+ Φ)，( Δ t = t_t0)， 其中，t0为所述測量周期的开始时刻，m为塔筒的静态变形量，η为塔筒的准静态变形量，r 为静态变形指数，ω、s、c为动态变形量。
4.根据权利要求3所述的风电机组塔筒倾斜变形測量方法，其特征在干，将述3个不同时刻测量得到的3个加速度和倾斜角分別代入塔筒倾斜变形方程，求解得到变形方程中的静态变形量、准静态变形量和动态变形量，获得所述塔筒在所述测量周期的塔筒倾斜变形方程包括将对应于3个不同时刻的加速度分別代入加速度方程= -CD2Chs得到第一方程組，其中父(ケ0)表示塔筒在h高度处的加速度值；将对应于3个不同时刻的倾斜角分别代入方程tan α (h，t) = (m+n Δ t) rtTkcsh^cos ω Δ t得到第二方程組，其中，所述tan α (h，t)为塔筒在h高度处、t时刻的倾斜角的正切值；联立第一方程组和第二方程组得到总方程組，求解得到m、n、c、ω、Γ和s的值，并将所述m、n、c、ω、Γ和s代入方程X(h，t) = (m+n Δ t) hr+chscos (ω At+Φ)得到塔筒倾斜变形方程。
5.根据权利要求1-4任一所述的风电机组塔筒倾斜变形測量方法，其特征在干，所述加速度传感器设置在所述倾斜传感器上，或者加速度传感器设置在靠近所述倾斜传感器的位置；所述方法还包括将测量得到的倾斜角代入倾斜角补偿方程=CCΤ"对测量得到的各倾斜角进行补偿；其中，α为倾斜传感器測量得到的倾斜角，为与倾斜传感器配合的加速度传感器測量得到的加速度，α 为对测量得到的倾斜角α进行补偿后的值。
6.根据权利要求1所述的风电机组塔筒倾斜变形測量方法，其特征在于，还包括 对各传感器测量測量数据进行低通滤波，以降低高频噪音干扰。
7.根据权利要求1所述的风电机组塔筒倾斜变形測量方法，其特征在于，还包括 对塔筒是否受到剧烈冲击进行判断，以确定測量得到的所述塔筒的变形曲线是否准确。
8.根据权利要求7所述的风电机组塔筒倾斜变形測量方法，其特征在干，所述对塔筒是否受到剧烈冲击进行判断包括对各传感器的測量数据进行快速傅氏变换和功率谱计算，检测在第一阶模态的能量所占比例达不到预设阈值时，判定所述塔筒受到剧烈冲击；或者，通过对加速度传感器的幅值阈值进行判断，以在加速度传感器測量得到的加速度幅值变化超过预设幅值时，判断所述塔筒受到剧烈冲击。
9.一种风电机组塔筒倾斜变形測量装置，用于塔筒的倾斜变形測量，所述塔筒上的至少ー个高度位置设置有倾斜加速传感器組，所述倾斜加速度传感器组包括倾斜传感器以及与倾斜传感器配合的加速度传感器；其特征在于，所述装置包括数据获取模块，用于获得塔筒上倾斜传感器测量得到的倾斜角，以及加速度传感器测量得到的加速度；变形计算模块，用于根据测量得到的倾斜角和加速度，获得所述塔筒的静态变形量、准静态变形量和动态变形量，井根据所述塔筒的静态变形量、准静态变形量和动态变形量确定塔筒的倾斜变形方程，所述倾斜变形方程包括静态准静态变形方程和动态变形方程； 曲线获取模块，用于根据所述塔筒的倾斜变形方程，确定所述塔筒的倾斜变形曲线。
10.根据权利要求9所述的风电机组塔筒倾斜变形測量装置，其特征在干，在所述塔筒上高度hi处设置倾斜加速传感器组；所述数据获取模块包括測量周期确定单元，用于获取所述塔筒在hi高度位置的加速传感器的测量值，并将所述加速度传感器測量值达到波峰的时刻作为ー个測量周期的开始时刻；数据获取単元，用于在所述测量周期内，以所述开始时刻为起点，获得倾斜传感器和加速度传感器在至少3个不同时刻的测量值；所述变形计算模块，具体用于将所述至少3个不同时刻测量得到的至少3个加速度和倾斜角分別代入塔筒倾斜变形方程，求解得到变形方程中的静态变形量、准静态变形量和动态变形量，获得所述塔筒在所述测量周期的塔筒倾斜变形方程。
11.根据权利要求9所述的风电机组塔筒倾斜变形測量装置，其特征在于，还包括测量滤波模块，用于对各传感器测量测量数据进行低通滤波，以降低高频噪音干扰。
12.根据权利要求9所述的风电机组塔筒倾斜变形測量装置，其特征在于，还包括剧烈冲击判断模块，用于对塔筒是否受到剧烈冲击进行判断，以确定測量得到的所述塔筒的变形曲线是否准确；所述剧烈冲击判断模块，具体用于对各传感器的測量数据进行快速傅氏变换和功率谱计算，检测在第一阶模态的能量所占比例达不到预设阈值时，判定所述塔筒受到剧烈冲击； 或者，所述剧烈冲击判断模块，具体用于通过对加速度传感器的幅值阈值进行判断，以在加速度传感器測量得到的加速度幅值变化超过预设幅值时，判断所述塔筒受到剧烈冲击。
13.一种风电机组塔筒倾斜变形測量系统，其特征在干，包括数据采集装置，包括在塔筒上的至少ー个高度位置设置的倾斜加速传感器組，所述倾斜加速度传感器组包括倾斜传感器以及与倾斜传感器配合的加速度传感器；变形测量装置，与所述数据采集装置连接，为采用上述权利要求9-12任一所述的风电机组塔筒倾斜变形測量装置。
全文摘要
本发明提供一种风电机组塔筒倾斜变形测量方法、装置和系统。该方法包括获得塔筒上倾斜传感器测量得到的倾斜角，以及加速度传感器测量得到的加速度；根据测量得到的倾斜角和加速度，获得所述塔筒的静态变形量、准静态变形量和动态变形量，并根据所述塔筒的静态变形量、准静态变形量和动态变形量确定塔筒的倾斜变形方程，所述倾斜变形方程包括静态准静态变形方程和动态变形方程；根据所述塔筒的倾斜变形方程，确定所述塔筒的倾斜变形曲线。本发明技术方案可对获得塔筒的非线性变形曲线，提高塔筒倾斜变形测量的准确性。
文档编号G01B21/32GK102589512SQ20111045857
公开日2012年7月18日 申请日期2011年12月31日 优先权日2011年12月31日
发明者刘峰, 张勋奎, 朱建军, 牛文铁, 王文鹏, 田永利, 罗振军, 苗继春, 赵建军 申请人:赤峰百润科技有限公司