一种风电机组塔筒倾斜度监测方法与流程

1.本发明涉及风力发电技术领域，更具体的说是涉及一种风电机组塔筒倾斜度监测方法。


背景技术：

2.风电机组塔体在风力发电机中主要起支撑作用，塔体本身承受自身的重力、风的推力、叶轮的扭力等复杂多变的负荷，同时受气象及地质因素的影响，使得风力发电机组在运行的过程中，塔体作为一个弹性刚体会产生一定幅度的摇摆。在长期运行过程中，塔基会因塔体摇摆等因素的作用而产生沉降等现象，进而使塔体发生偏斜。塔体过大的倾斜会影响风力发电机组的正常运行，严重的还会产生安全事故。因此，研究出一种风力发电机组塔体倾斜度计算方法是非常有必要的。
3.现有技术中通过传感器的数据变化去获得偏移量，但是由于风电机组塔筒倾斜变化为非线性变化，所以通过传感器测量的偏移量与实际偏移量存在偏差，同时，需要大量的计算才能得到塔筒倾斜度，这对于风力发电机组塔筒倾斜度研究会形成巨大阻碍。
4.因此，如何提供一种能够提高测量精度以及计算简单的风电机组塔筒倾斜度监测方法是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供了一种风电机组塔筒倾斜度监测方法，以解决背景技术中的技术问题。
6.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.一种风电机组塔筒倾斜度监测方法，具体步骤如下：
8.利用空间几何关系，获取每节塔筒连接处的初始空间圆平面方程，并选取初始空间圆平面上特征点的原始坐标；
9.获取外力作用下的每节塔筒连接处的第二空间圆平面方程，并根据每个第二空间圆平面确定与所述原始坐标对应的跟踪坐标；
10.根据原始坐标和跟踪坐标得到特征点的偏移向量，并计算所述偏移向量的一致性；
11.将每节塔筒根据偏移量一致性计算进行划分，划分为不同偏移段，得到塔筒的动态倾斜度。
12.可选的，在上述的一种风电机组塔筒倾斜度监测方法中，获取每节塔筒连接处的初始空间圆平面方程表达式为：
[0013][0014]
其中，c表示当前连接处距离地面距离，通过传感器数据获得；r表示当前圆平面的半径，根据塔筒以及c获得。
[0015]
可选的，在上述的一种风电机组塔筒倾斜度监测方法中，每节塔筒连接处的第二空间圆平面方程表达式为：
[0016][0017]
其中，c1表示当前连接处距离地面距离，通过传感器数据获得；r表示当前圆平面的半径，根据塔筒以及c获得，a和b表示初始空间圆平面(0，0)对应跟踪坐标。
[0018]
可选的，在上述的一种风电机组塔筒倾斜度监测方法中，根据原始坐标和跟踪坐标得到特征点的偏移向量，所述偏移向量的一致性具体步骤如下：
[0019]
根据原始坐标得到原始坐标向量根据跟踪坐标计算跟踪坐标向量
[0020]
从每一节塔筒外力作用先后，得到原始坐标向量和跟踪坐标向量
[0021]
根据原始坐标向量和跟踪坐标向量计算每一节塔筒的偏移夹角；根据偏移夹角在预设阈值将塔筒进行划分。
[0022]
可选的，在上述的一种风电机组塔筒倾斜度监测方法中，每i节塔筒的偏
[0023]
移夹角具体公式如下：
[0024]
其中为原始坐标向量和为跟踪坐标向量
[0025]
将每节塔筒根据偏移量一致性计算进行划分，划分为不同偏移段，分别得到动态倾斜度具体步骤包括：
[0026]
对各节塔筒进行编号，由下到上依次为1，2，3，
……
，n；其中，n表示塔筒节数；
[0027]
计算一致性系数，得到一致性系数矩阵；其中，α表示倾斜度允许的最大阈值，根据实际塔筒刚度确定；θi表示第i节塔筒的倾斜度；θ
i+1
表示第i+1节塔筒的倾斜度；
[0028]
根据一致性系数矩阵表示动态倾斜度。
[0029]
可选的，在上述的一种风电机组塔筒倾斜度监测方法中，一致性系数矩阵表示为
[0030]yn-1,n
表示第n-1节和第n节塔筒的一致性。
[0031]
可选的，在上述的一种风电机组塔筒倾斜度监测方法中，所述动态倾斜度具体步骤为：
[0032]
对所述一致性系数矩阵进行简化；
[0033]
根据简化后的一致性系数矩阵计算得到动态塔筒倾斜度。
[0034]
可选的，在上述的一种风电机组塔筒倾斜度监测方法中，所述一致性系数矩阵进行简化将0元素取反，同时将连续0元素用一个0代替；若有d个连续为0的元素，
[0035][0036]
其中，a中元素减少d个。
[0037]
可选的，在上述的一种风电机组塔筒倾斜度监测方法中，所述动态倾斜度表示为
[0038]
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种风电机组塔筒倾斜度监测方法，能够简单明了的得到整个风电组塔筒的动态倾斜度，根据获取偏移向量的夹角确定相邻塔筒的偏移是否一致，将偏移一致的塔筒进行合并，工作人员只需通过原始位移传感器的数据与当前数据进行比对，便能得到塔筒的倾斜度，而且可视化更高，只要位移传感器发生数据变化，便可得到一组塔筒倾斜度数据，大大简单了计算或采集过程，为风力发电机组塔筒倾斜度研究奠定良好基础。
附图说明
[0039]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0040]
图1为本发明的方法流程图；
[0041]
图2为本发明的塔筒截面图；
[0042]
图3为本发明的常态下的塔筒示意图；
[0043]
图4为本发明的倾斜状态下的塔筒示意图。
具体实施方式
[0044]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0045]
本发明实施例公开了一种风电机组塔筒倾斜度监测方法，能够简单明了的得到整个风电组塔筒的动态倾斜度，根据获取偏移向量的夹角确定相邻塔筒的偏移是否一致，将偏移一致的塔筒进行合并，工作人员只需通过原始位移传感器的数据与当前数据进行比对，便能得到塔筒的倾斜度，而且可视化更高，只要位移传感器发生数据变化，便可得到一组塔筒倾斜度数据，大大简单了计算或采集过程，为风力发电机组塔筒倾斜度研究奠定良好基础。
[0046]
本发明的实施例公开了一种风电机组塔筒倾斜度监测方法，如图1所示，具体步骤如下：
[0047]
s101利用空间几何关系，获取每节塔筒连接处的初始空间圆平面方程，并选取初始空间圆平面上特征点的原始坐标；
[0048]
s102获取外力作用下的每节塔筒连接处的第二空间圆平面方程，并根据每个第二空间圆平面确定与所述原始坐标对应的跟踪坐标；
[0049]
s103根据原始坐标和跟踪坐标得到特征点的偏移向量，并计算所述偏移向量的一致性；
[0050]
s104将每节塔筒根据偏移量一致性计算进行划分，划分为不同偏移段，得到塔筒的动态倾斜度。
[0051]
具体地，利用几何关系，需要在塔筒连接处铺设位移传感器，至少三个如图2所示；根据位移传感器的铺设位置确定位移传感器构成的平面的表达式，确定圆心为特征点，在外力作用下获得第二平面表达式，同时获取特征点的跟踪坐标；根据特征点的向量计算偏移夹角，根据偏移夹角得到每节塔筒的倾斜度；根据位移传感器数据变化实时获取每节塔筒的动态倾斜度。
[0052]
为了进一步优化上述技术方案，获取每节塔筒连接处的初始空间圆平面方程表达式为：
[0053][0054]
其中，c表示当前连接处距离地面距离，通过传感器数据获得；r表示当前圆平面的半径，根据塔筒以及c获得。
[0055]
具体地，塔筒的外围与地面夹角以及连接处距离地面距离，根据三角函数，便可确定位移传感器平面对应的圆的半径，或安装传感器时测量获得。
[0056]
为了进一步优化上述技术方案，每节塔筒连接处的第二空间圆平面方程表达式为：
[0057][0058]
其中，c1表示当前连接处距离地面距离，通过传感器数据获得；r表示当前圆平面的半径，根据塔筒以及c获得，a和b表示初始空间圆平面(0，0)对应跟踪坐标。
[0059]
为了进一步优化上述技术方案，根据原始坐标和跟踪坐标得到特征点的偏移向量，所述偏移向量的一致性具体步骤如下：
[0060]
根据原始坐标得到原始坐标向量根据跟踪坐标计算跟踪坐标向量
[0061]
从每一节塔筒外力作用先后，得到原始坐标向量和跟踪坐标向量
[0062]
根据原始坐标向量和跟踪坐标向量计算每一节塔筒的偏移夹角；根据偏移夹角在预设阈值将塔筒进行划分。
[0063]
具体地，根据位移传感器的设置数量能够更加精准的得到塔筒倾斜度，同时根据一致性判断能够实现对于传感器的精准布设，例如将倾斜度变化大的塔筒连接处之间增加传感器的布设，进一步降低传感器的布设成本，同时提高测量精度，对于倾斜度变化小的塔筒连接处之间可以减少布设。
[0064]
为了进一步优化上述技术方案，每i节塔筒的偏移夹角具体公式如下：
[0065]
其中为原始坐标向量和为跟踪坐标向量。
[0066]
为了进一步优化上述技术方案，将每节塔筒根据偏移量一致性计算进行划分，划分为不同偏移段，分别得到动态倾斜度具体步骤包括：
[0067]
对各节塔筒进行编号，由下到上依次为1，2，3，
……
，n；其中，n表示塔筒节数；
[0068]
计算一致性系数，得到一致性系数矩阵；其中，α表示倾斜度允许的最大阈值，根据实际塔筒刚度确定；θi表示第i节塔筒的倾斜度；θ
i+1
表示第i+1节塔筒的倾斜度；
[0069]
根据一致性系数矩阵表示动态倾斜度。
[0070]
具体地，如图3-4所示，根据计算得到的一致性系数矩阵，划分的偏移段，有利于其他风电机组塔筒建设时，位移传感器的铺设，而不是现有技术中，在塔筒连接处设置位移传感器，实现了传感器的精准铺设。
[0071]
为了进一步优化上述技术方案，一致性系数矩阵表示为
[0072][0073]yn-1,n
表示第n-1节和第n节塔筒的一致性。
[0074]
例如，一致性系数矩阵表示为a＝[0,0,1,1,1,0,1,0]；则表示该风电机组塔筒一共设置有九节；其中，第一节、第二节和第三节倾斜度相同，第三节与第四节不同，以此类推。
[0075]
为了进一步优化上述技术方案，所述动态倾斜度具体步骤为：
[0076]
对所述一致性系数矩阵进行简化；
[0077]
根据简化后的一致性系数矩阵计算得到动态塔筒倾斜度。
[0078]
进一步，根据获得的一致性系数矩阵直接将整个塔筒的倾斜度变化表达出来，不进行简化也是可行的。
[0079]
也可以根据一致性系数矩阵用于其他塔筒的传感器布设。
[0080]
进一步，以一致性系数矩阵表示为a＝[0,0,1,1,1,0,1,0]为例；简化结果是
[0081]
a＝[0,1,1,1,1,1,1]；
[0082]
为了进一步优化上述技术方案，所述一致性系数矩阵进行简化，将0元素取反，同时将连续0元素用一个0代替；若有d个连续为0的元素，则
[0083][0084]
其中，a中元素减少d个。
[0085]
进一步，以一致性系数矩阵表示为a＝[0,0,1,1,1,0,1,0]为例；简化结果是
[0086][0087]
为了进一步优化上述技术方案，所述动态倾斜度表示为
[0088]
θ＝[θ1，θ3,θ4,θ5,θ6，θ6,θ8，θ8]。
[0089]
进一步，根据输出倾斜度能够知道一二节塔筒倾斜度变化相同，第六节和第七节变化相同，第八九节变化相同。
[0090]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0091]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种风电机组塔筒倾斜度监测方法，其特征在于，具体步骤如下：利用空间几何关系，获取每节塔筒连接处的初始空间圆平面方程，并选取初始空间圆平面上特征点的原始坐标；获取外力作用下的每节塔筒连接处的第二空间圆平面方程，并根据每个第二空间圆平面确定与所述原始坐标对应的跟踪坐标；根据原始坐标和跟踪坐标得到特征点的偏移向量，并计算所述偏移向量的一致性；将每节塔筒根据偏移量一致性计算进行划分，划分为不同偏移段，得到塔筒的动态倾斜度。2.根据权利要求1所述的一种风电机组塔筒倾斜度监测方法，其特征在于，获取每节塔筒连接处的初始空间圆平面方程表达式为：其中，c表示当前连接处距离地面距离，通过传感器数据获得；r表示当前圆平面的半径，根据塔筒以及c获得。3.根据权利要求1所述的一种风电机组塔筒倾斜度监测方法，其特征在于，每节塔筒连接处的第二空间圆平面方程表达式为：其中，c1表示当前连接处距离地面距离，通过传感器数据获得；r表示当前圆平面的半径，根据塔筒以及c获得，a和b表示初始空间圆平面(0，0)对应跟踪坐标。4.根据权利要求1所述的一种风电机组塔筒倾斜度监测方法，其特征在于，根据原始坐标和跟踪坐标得到特征点的偏移向量，所述偏移向量的一致性具体步骤如下：根据原始坐标得到原始坐标向量根据跟踪坐标计算跟踪坐标向量从每一节塔筒外力作用先后，得到原始坐标向量和跟踪坐标向量根据原始坐标向量和跟踪坐标向量计算每一节塔筒的偏移夹角；根据偏移夹角在预设阈值将塔筒进行划分。5.根据权利要求1所述的一种风电机组塔筒倾斜度监测方法，其特征在于，每i节塔筒的偏移夹角具体公式如下：其中为原始坐标向量和为跟踪坐标向量。6.根据权利要求1所述的一种风电机组塔筒倾斜度监测方法，其特征在于，将每节塔筒根据偏移量一致性计算进行划分，划分为不同偏移段，分别得到动态倾斜度具体步骤包括：对各节塔筒进行编号，由下到上依次为1，2，3，
……
，n；其中，n表示塔筒节数；计算一致性系数，得到一致性系数矩阵；其中，α表示倾斜度允许的最大阈值，根据实际塔筒刚度确定；θ
i
表示第i节塔筒的倾斜度；θ
i+1
表示第i+1节塔筒的
倾斜度；根据一致性系数矩阵表示动态倾斜度。7.根据权利要求6所述的一种风电机组塔筒倾斜度监测方法，其特征在于，一致性系数矩阵表示为y
n-1,n
表示第n-1节和第n节塔筒的一致性。8.根据权利要求7所述的一种风电机组塔筒倾斜度监测方法，其特征在于，所述动态倾斜度具体步骤为：对所述一致性系数矩阵进行简化；根据简化后的一致性系数矩阵计算得到动态塔筒倾斜度。9.根据权利要求7所述的一种风电机组塔筒倾斜度监测方法，其特征在于，所述一致性系数矩阵进行简化，将0元素取反，同时将连续0元素用一个0代替；若有d个连续为0的元素，则其中，a中元素减少d个。10.根据权利要求9所述的一种风电机组塔筒倾斜度监测方法，其特征在于，所述动态倾斜度表示为

技术总结
本发明公开了一种风电机组塔筒倾斜度监测方法，应用于风力发电技术领域，本发明能够简单明了的得到整个风电组塔筒的动态倾斜度，根据获取偏移向量的夹角确定相邻塔筒的偏移是否一致，将偏移一致的塔筒进行合并，工作人员只需通过原始位移传感器的数据与当前数据进行比对，便能得到塔筒的倾斜度，而且可视化更高，只要位移传感器发生数据变化，便可得到一组塔筒倾斜度数据，大大简单了计算或采集过程，为风力发电机组塔筒倾斜度研究奠定良好基础。础。础。


技术研发人员：曾腾 黄俊义 吴龑 刘自达 张晋 朱铭炳
受保护的技术使用者：江西大唐国际新能源有限公司
技术研发日：2023.03.20
技术公布日：2023/6/14