用于监测风力发电机组的塔筒状态的系统和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及风电技术领域，尤其涉及一种用于监测风力发电机组的塔筒状态的系 统和方法。
【背景技术】
[0002] 随着人类对资源的需求不断增加，煤和石油等不可再生能源日益减少，对可再生 资源的开发利用已成为大势所趋，风能作为一种可再生资源在人类生活中的地位逐渐提 高，风力发电已成为人类大规模开发风能的主要方式。
[0003] 风力发电机组主要包括塔筒、位于塔筒上的机舱、机舱内的发电机以及安装在发 电机上的叶片。作为整个风力发电机组的支撑结构，塔筒对机组安全稳定的运行起到关键 的作用，但由于风力的作用以及机组运行过程中的偏航、变桨、刹车等操作，使得塔筒在不 断的摆动，塔筒的摆动会产生塔筒径向位移和基础沉降等问题，使塔筒的结构产生形变，严 重影响了机组的安全运行，如果塔筒的摆动幅度过大，还可能会导致风电机组的倒塌，给企 业带来严重的经济损失，因而需要准确、实时地对塔筒的形状变化进行监测。
[0004] 现有技术中对塔筒的监测一般有两种方法:通过安装传感器来进行监测以及利用 卫星定位技术进行监测。其中，在通过安装传感器来监测塔筒状态改变的方法中，可使用倾 斜传感器或加速度传感器来执行检测。安装倾斜传感器的方法是以塔筒为刚体的假设以及 倾斜传感器的倾斜位移为线性为前提进行监测的。然而，由于塔筒的形变是非线性的，因此 该方法在监测中易产生较大的误差。安装加速度传感器的方法对获得塔筒运动的加速度进 行两次积分得到塔筒的形变，然而通常无法准确获得塔筒运动的初始位置，因此测量精度 低。
[0005] 另一方面，在利用卫星定位技术进行监测时，通常使用单个卫星信号接收器来采 集定位坐标。由于受限于卫星定位的精度，因此也产生较大的误差。虽然通过增加卫星信号 接收器的数量来降低该误差，但安装成本较高，实时性较差。
【发明内容】
[0006] 本发明实施例提供的一种用于监测风力发电机组的塔筒状态的系统和方法，以对 塔筒的形状变化进行实时、较准确的监测。
[0007] 为达到上述目的，本发明实施例提供了一种用于监测风力发电机组的塔筒状态的 系统，所述系统包括第一卫星信号采集设备、第二卫星信号采集设备、卫星信号处理设备， 所述第一卫星信号采集设备设置于风电场内的预定位置，用于接收指定卫星发射的第一载 波信号，参照所述第一载波信号产生第一基准信号，并且将所述第一载波信号和第一基准 信号发送给所述卫星信号处理设备，所述第二卫星信号采集设备分别设置于风力发电机组 的机舱上，用于与所述第一卫星信号采集设备同步地接收所述指定卫星发射的第二载波信 号，参照所述第二载波信号产生第二基准信号，并且将所述第二载波信号和第二基准信号 发送给所述卫星信号处理设备，所述卫星信号处理设备用于根据从所述第一卫星信号采集 设备接收到的所述第一载波信号和第一基准信号计算卫星信号的相位修正值，并且根据从 所述第二卫星信号采集设备接收到的所述第二载波信号和第二基准信号以及计算出的相 位修正值对所述第二载波信号的相位值进行修正，并且根据经修正的所述第二载波信号的 相位值获取所述第二卫星信号采集设备的三维坐标。
[0008] 进一步地，所述第一卫星信号采集设备产生的第一基准信号与所述第一载波信号 的初相和频率相同，所述第二卫星信号采集设备产生的第二基准信号与所述第二载波信号 的初相和频率相同。
[0009] 进一步地，所述系统还包括塔筒状态分析设备，其中，所述卫星信号处理设备还用 于将所述第二卫星信号采集设备的三维坐标发送给所述塔筒状态分析设备，所述塔筒状态 分析设备根据接收的所述第二卫星信号采集设备的三维坐标确定设置有所述第二卫星信 号采集设备的风力发电机组的塔筒的位移。
[0010] 进一步地，所述风力发电机组的塔筒的位移包括水平方向的位移和/或竖直方向 的位移，所述塔筒状态分析设备包括:第一塔筒状态分析单元，用于根据多次确定的风力发 电机组的塔筒的水平方向的位移绘制所述风力发电机组的塔筒径向位移状态图，和/或，第 二塔筒状态分析单元，用于根据多次确定的风力发电机组的塔筒的竖直方向的位移绘制所 述风力发电机组的塔筒基础沉降状态图。
[0011] 进一步地，所述第二卫星信号采集设备分别设置在风力发电机组的机舱顶部。
[0012] 进一步地，所述第一卫星信号采集设备设置在风电场的防雷区域。
[0013] 本发明实施例还提供了一种用于监测风力发电机组的塔筒状态的方法，所述方法 包括:卫星信号采集步骤:通过设置于风电场内的预定位置的第一卫星信号采集设备接收 指定卫星发射的第一载波信号，参照所述第一载波信号产生第一基准信号，并且将所述第 一载波信号和第一基准信号发送给预定的卫星信号处理设备，以及分别通过设置于风力发 电机组的机舱上的第二卫星信号采集设备与所述第一卫星信号采集设备同步地接收所述 指定卫星发射的第二载波信号，参照所述第二载波信号产生第二基准信号，并且将所述第 二载波信号和第二基准信号发送给所述卫星信号处理设备;卫星信号处理步骤:通过所述 卫星信号处理设备根据从所述第一卫星信号采集设备接收到的所述第一载波信号和第一 基准信号计算卫星信号的相位修正值，并且根据从所述第二卫星信号采集设备接收到的所 述第二载波信号和第二基准信号以及计算出的相位修正值对所述第二载波信号的相位值 进行修正，并且根据经修正的所述第二载波信号的相位值获取所述第二卫星信号采集设备 的三维坐标。
[0014] 进一步地，所述第一卫星信号采集设备产生的第一基准信号与所述第一载波信号 的初相和频率相同，所述第二卫星信号采集设备产生的第二基准信号与所述第二载波信号 的初相和频率相同。
[0015] 进一步地，所述方法还包括:通过预定的塔筒状态分析设备根据所述卫星信号处 理设备获取的所述第二卫星信号采集设备的三维坐标确定设置有所述第二卫星信号采集 设备的风力发电机组的塔筒的位移。
[0016] 进一步地，所述风力发电机组的塔筒的位移包括水平方向的位移和/或竖直方向 的位移，所述方法还包括:通过所述塔筒状态分析设备根据多次确定的风力发电机组的塔 筒的水平方向的位移绘制所述风力发电机组的塔筒径向位移状态图，和/或，通过所述塔筒 状态分析设备根据多次确定的风力发电机组的塔筒的竖直方向的位移绘制所述风力发电 机组的塔筒基础沉降状态图。
[0017] 进一步地，所述第二卫星信号采集设备分别设置在风力发电机组的机舱顶部。
[0018] 进一步地，所述第一卫星信号采集设备设置在风电场的防雷区域。
[0019] 本发明实施例提供的一种用于监测风力发电机组的塔筒状态的系统和方法，通过 在观测站和基准站上设置卫星信号采集设备，并且对采集到的卫星载波信号进行实时相位 差分处理，以高精度地、实时地对塔筒的形状变化进行监测，同时观测站上只需安装一台卫 星信号采集设备即可，节省了风电场建设资金。<