用于監(jiān)測風力發(fā)電機組的塔筒狀態(tài)的系統(tǒng)和方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及風電技術領域,尤其涉及一種用于監(jiān)測風力發(fā)電機組的塔筒狀態(tài)的系 統(tǒng)和方法。
【背景技術】
[0002] 隨著人類對資源的需求不斷增加,煤和石油等不可再生能源日益減少,對可再生 資源的開發(fā)利用已成為大勢所趨,風能作為一種可再生資源在人類生活中的地位逐漸提 高,風力發(fā)電已成為人類大規(guī)模開發(fā)風能的主要方式。
[0003] 風力發(fā)電機組主要包括塔筒、位于塔筒上的機艙、機艙內(nèi)的發(fā)電機以及安裝在發(fā) 電機上的葉片。作為整個風力發(fā)電機組的支撐結構,塔筒對機組安全穩(wěn)定的運行起到關鍵 的作用,但由于風力的作用以及機組運行過程中的偏航、變槳、剎車等操作,使得塔筒在不 斷的擺動,塔筒的擺動會產(chǎn)生塔筒徑向位移和基礎沉降等問題,使塔筒的結構產(chǎn)生形變,嚴 重影響了機組的安全運行,如果塔筒的擺動幅度過大,還可能會導致風電機組的倒塌,給企 業(yè)帶來嚴重的經(jīng)濟損失,因而需要準確、實時地對塔筒的形狀變化進行監(jiān)測。
[0004] 現(xiàn)有技術中對塔筒的監(jiān)測一般有兩種方法:通過安裝傳感器來進行監(jiān)測以及利用 衛(wèi)星定位技術進行監(jiān)測。其中,在通過安裝傳感器來監(jiān)測塔筒狀態(tài)改變的方法中,可使用傾 斜傳感器或加速度傳感器來執(zhí)行檢測。安裝傾斜傳感器的方法是以塔筒為剛體的假設以及 傾斜傳感器的傾斜位移為線性為前提進行監(jiān)測的。然而,由于塔筒的形變是非線性的,因此 該方法在監(jiān)測中易產(chǎn)生較大的誤差。安裝加速度傳感器的方法對獲得塔筒運動的加速度進 行兩次積分得到塔筒的形變,然而通常無法準確獲得塔筒運動的初始位置,因此測量精度 低。
[0005] 另一方面,在利用衛(wèi)星定位技術進行監(jiān)測時,通常使用單個衛(wèi)星信號接收器來采 集定位坐標。由于受限于衛(wèi)星定位的精度,因此也產(chǎn)生較大的誤差。雖然通過增加衛(wèi)星信號 接收器的數(shù)量來降低該誤差,但安裝成本較高,實時性較差。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 本發(fā)明實施例提供的一種用于監(jiān)測風力發(fā)電機組的塔筒狀態(tài)的系統(tǒng)和方法,以對 塔筒的形狀變化進行實時、較準確的監(jiān)測。
[0007] 為達到上述目的,本發(fā)明實施例提供了一種用于監(jiān)測風力發(fā)電機組的塔筒狀態(tài)的 系統(tǒng),所述系統(tǒng)包括第一衛(wèi)星信號采集設備、第二衛(wèi)星信號采集設備、衛(wèi)星信號處理設備, 所述第一衛(wèi)星信號采集設備設置于風電場內(nèi)的預定位置,用于接收指定衛(wèi)星發(fā)射的第一載 波信號,參照所述第一載波信號產(chǎn)生第一基準信號,并且將所述第一載波信號和第一基準 信號發(fā)送給所述衛(wèi)星信號處理設備,所述第二衛(wèi)星信號采集設備分別設置于風力發(fā)電機組 的機艙上,用于與所述第一衛(wèi)星信號采集設備同步地接收所述指定衛(wèi)星發(fā)射的第二載波信 號,參照所述第二載波信號產(chǎn)生第二基準信號,并且將所述第二載波信號和第二基準信號 發(fā)送給所述衛(wèi)星信號處理設備,所述衛(wèi)星信號處理設備用于根據(jù)從所述第一衛(wèi)星信號采集 設備接收到的所述第一載波信號和第一基準信號計算衛(wèi)星信號的相位修正值,并且根據(jù)從 所述第二衛(wèi)星信號采集設備接收到的所述第二載波信號和第二基準信號以及計算出的相 位修正值對所述第二載波信號的相位值進行修正,并且根據(jù)經(jīng)修正的所述第二載波信號的 相位值獲取所述第二衛(wèi)星信號采集設備的三維坐標。
[0008] 進一步地,所述第一衛(wèi)星信號采集設備產(chǎn)生的第一基準信號與所述第一載波信號 的初相和頻率相同,所述第二衛(wèi)星信號采集設備產(chǎn)生的第二基準信號與所述第二載波信號 的初相和頻率相同。
[0009] 進一步地,所述系統(tǒng)還包括塔筒狀態(tài)分析設備,其中,所述衛(wèi)星信號處理設備還用 于將所述第二衛(wèi)星信號采集設備的三維坐標發(fā)送給所述塔筒狀態(tài)分析設備,所述塔筒狀態(tài) 分析設備根據(jù)接收的所述第二衛(wèi)星信號采集設備的三維坐標確定設置有所述第二衛(wèi)星信 號采集設備的風力發(fā)電機組的塔筒的位移。
[0010] 進一步地,所述風力發(fā)電機組的塔筒的位移包括水平方向的位移和/或豎直方向 的位移,所述塔筒狀態(tài)分析設備包括:第一塔筒狀態(tài)分析單元,用于根據(jù)多次確定的風力發(fā) 電機組的塔筒的水平方向的位移繪制所述風力發(fā)電機組的塔筒徑向位移狀態(tài)圖,和/或,第 二塔筒狀態(tài)分析單元,用于根據(jù)多次確定的風力發(fā)電機組的塔筒的豎直方向的位移繪制所 述風力發(fā)電機組的塔筒基礎沉降狀態(tài)圖。
[0011] 進一步地,所述第二衛(wèi)星信號采集設備分別設置在風力發(fā)電機組的機艙頂部。
[0012] 進一步地,所述第一衛(wèi)星信號采集設備設置在風電場的防雷區(qū)域。
[0013] 本發(fā)明實施例還提供了一種用于監(jiān)測風力發(fā)電機組的塔筒狀態(tài)的方法,所述方法 包括:衛(wèi)星信號采集步驟:通過設置于風電場內(nèi)的預定位置的第一衛(wèi)星信號采集設備接收 指定衛(wèi)星發(fā)射的第一載波信號,參照所述第一載波信號產(chǎn)生第一基準信號,并且將所述第 一載波信號和第一基準信號發(fā)送給預定的衛(wèi)星信號處理設備,以及分別通過設置于風力發(fā) 電機組的機艙上的第二衛(wèi)星信號采集設備與所述第一衛(wèi)星信號采集設備同步地接收所述 指定衛(wèi)星發(fā)射的第二載波信號,參照所述第二載波信號產(chǎn)生第二基準信號,并且將所述第 二載波信號和第二基準信號發(fā)送給所述衛(wèi)星信號處理設備;衛(wèi)星信號處理步驟:通過所述 衛(wèi)星信號處理設備根據(jù)從所述第一衛(wèi)星信號采集設備接收到的所述第一載波信號和第一 基準信號計算衛(wèi)星信號的相位修正值,并且根據(jù)從所述第二衛(wèi)星信號采集設備接收到的所 述第二載波信號和第二基準信號以及計算出的相位修正值對所述第二載波信號的相位值 進行修正,并且根據(jù)經(jīng)修正的所述第二載波信號的相位值獲取所述第二衛(wèi)星信號采集設備 的三維坐標。
[0014] 進一步地,所述第一衛(wèi)星信號采集設備產(chǎn)生的第一基準信號與所述第一載波信號 的初相和頻率相同,所述第二衛(wèi)星信號采集設備產(chǎn)生的第二基準信號與所述第二載波信號 的初相和頻率相同。
[0015] 進一步地,所述方法還包括:通過預定的塔筒狀態(tài)分析設備根據(jù)所述衛(wèi)星信號處 理設備獲取的所述第二衛(wèi)星信號采集設備的三維坐標確定設置有所述第二衛(wèi)星信號采集 設備的風力發(fā)電機組的塔筒的位移。
[0016] 進一步地,所述風力發(fā)電機組的塔筒的位移包括水平方向的位移和/或豎直方向 的位移,所述方法還包括:通過所述塔筒狀態(tài)分析設備根據(jù)多次確定的風力發(fā)電機組的塔 筒的水平方向的位移繪制所述風力發(fā)電機組的塔筒徑向位移狀態(tài)圖,和/或,通過所述塔筒 狀態(tài)分析設備根據(jù)多次確定的風力發(fā)電機組的塔筒的豎直方向的位移繪制所述風力發(fā)電 機組的塔筒基礎沉降狀態(tài)圖。
[0017] 進一步地,所述第二衛(wèi)星信號采集設備分別設置在風力發(fā)電機組的機艙頂部。
[0018] 進一步地,所述第一衛(wèi)星信號采集設備設置在風電場的防雷區(qū)域。
[0019] 本發(fā)明實施例提供的一種用于監(jiān)測風力發(fā)電機組的塔筒狀態(tài)的系統(tǒng)和方法,通過 在觀測站和基準站上設置衛(wèi)星信號采集設備,并且對采集到的衛(wèi)星載波信號進行實時相位 差分處理,以高精度地、實時地對塔筒的形狀變化進行監(jiān)測,同時觀測站上只需安裝一臺衛(wèi) 星信號采集設備即可,節(jié)省了風電場建設資金。<