风电机组塔筒倾斜度检测方法技术

本发明专利技术提供了一种风电机组塔筒倾斜度检测方法，该方法利用全站仪对风电机组塔筒顶部和底部进行观测，再利用RANSAC算法和最小二乘法对数据进行剔除、分析，有效避免局外点和噪声点对检测造成的影响，从而精确地对风电机组塔筒实现倾斜度测试，不仅可操作性强，而且能够剔除测量数据中的局外点和噪声点，具有检测精度高的优点，可以为风电机组塔筒的安全、健康运行提供专业技术指导，提高了风电场的经济效益，降低了风电场的维护成本。

Detection method for tower tilt of wind turbines

The invention provides a method for detecting the inclination of wind turbine tower barrel. The method uses total station to observe the top and bottom of the tower barrel of wind turbine, and then uses RANSAC algorithm and least square method to eliminate and analyze the data, effectively avoiding the influence of external points and noise points on the detection, so as to accurately detect wind power. The inclination test of the tower barrel of the unit is not only operable, but also can eliminate the external points and noise points in the measured data. It has the advantages of high detection accuracy. It can provide professional technical guidance for the safe and healthy operation of the tower barrel of the wind turbine, improve the economic benefits of the wind farm, and reduce the maintenance of the wind farm. Ben.

【技术实现步骤摘要】
风电机组塔筒倾斜度检测方法
本专利技术涉及风电机组，特别涉及一种风电机组塔筒倾斜度检测方法。
技术介绍
塔筒是风电机组的一重要组成部分，由于在安装、调试、运行维护等过程中各方面的原因，塔筒会产生局部倾斜。使用过程中，风电机组的塔筒倾斜度是一个重要的监视参数，如果倾斜度过大，会影响风力发电机组的正常运行，严重的还会产生重大安全事故，甚至可能危害生命。因此，为保证风电场的安全生产，需要对塔筒的倾斜角度进行定期监测。目前，国内外对风电机组塔筒倾斜度检测还没有统一的标准或方法。因此，一种可操作性强、精度高的风电机组塔筒倾斜度检测方法，势必对风电机组塔筒的运行维护工作产生指导作用，并为今后风电机组塔筒倾斜度检测的标准的编制提供参考。
技术实现思路
本专利技术提供了一种风电机组塔筒倾斜度检测方法。本专利技术的检测方法不仅可操作性强，而且能够剔除测量数据中的局外点和噪声点，具有检测精度高的优点，可以为风电机组塔筒的安全、健康运行提供专业的技术指导，可以大幅降低风电场的维护成本，提高风电场的经济效益。本专利技术的风电机组塔筒倾斜度检测方法，包括如下步骤：S1，将目标机组进行停机操作，在距离目标机组相当于风电机组塔筒高度1.5～2倍的位置均布3个呈120°夹角的基准点；S2，将全站仪依次架设在上述3个基准点上，在每个基准点上上以第一个基准点为坐标原点使用极坐标法分别对目标机组顶部观测点和底部观测点进行至少3次观测；本步骤中，顶部观测点为机舱与塔筒交界处，底部观测点为在基础环与第一节塔筒连接沿处；S3，将观测到的数据采用RANSAC算法剔除局外点；S4，采用最小二乘法算法对S3中利用RANSAC算法处理后的数据进行圆拟合得到圆心点；S5，按如下公式计算得到目标机组塔筒的倾斜度值S；式中，△L为位移量；H为监测圆心点面间距；S6，参照GB50007-2011标准，对比实测的倾斜度值确认是否小于标准值，并给出相关结论和建议。与现有技术相比，本专利技术取得了如下几点显著的进步：1)使用全站仪对风电机组塔筒的顶部以及底部进行观测，设备易得，操作简单，易于实施；2)利用RANSAC算法和最小二乘法对数据进行剔除、分析，有效避免局外点和噪声点对检测造成的影响，从而精确地对风电机组塔筒实现倾斜度测试；3)本专利技术的方法可以为风电机组塔筒的安全、健康运行提供专业技术指导，可以大幅降低风电场的维护成本，从而提高风电场的经济效益。优选的，前述的风电机组塔筒倾斜度检测方法中，所述步骤S1中，基准点与目标机组距离是风电机组塔筒高度的2倍。优选的，前述的风电机组塔筒倾斜度检测方法中，所述步骤S2中，在每个基准点上对目标机组塔筒顶部、底部位置的观测次数为3次。优选的，前述的风电机组塔筒倾斜度检测方法中的所述步骤S3中：i按照公式确定RANSAC算法的迭代次数n；其中，p表示迭代过程中从数据集内随机抽取的点均为局内点的概率值；w表示每次从数据集中抽取一个局内点的概率；x表示估计模型需要数据点的个数；wx是所有x个点均为局内点的概率；(1-wx)是x个点钟至少一个点为局外点的概率；(1-wx)n表示算法永远都不会选择到x个点均为局内点的概率；p＝wn，w＝m/M，m＝x＝3，M为数据集中的数据个数；ii每次迭代时，可以从每个基准点测得的数据中任意挑选出1个点组成3个点，构成一个初始圆，然后取所有数据点到初始圆的距离的均值作为RANSAC算法的阈值t；假如数据点到初始圆的距离小于t，则认为该点是内点，反之就是局外点，将其剔除。研究表明，RANSAC算法的参数按照上述方法选取，迭代效率高，且误判率低。优选的，前述的风电机组塔筒倾斜度检测方法中，所述步骤S3、S4和S5，通过数据分析平台完成计算过程。通过数据分析平台完成计算不仅计算速度快，而且不会出现错算。附图说明图1是本专利技术中所采用的RANSAC算法的流程示意图；图2是本专利技术方法获得的拟合圆的轴测图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步的说明，但并不作为对本专利技术限制的依据。本专利技术的风电机组塔筒倾斜度检测方法包括如下步骤：S1，将目标机组进行停机操作，在距离目标机组相当于风电机组塔筒高度1.5～2倍的位置均布3个呈120°夹角的基准点；S2，将全站仪依次架设在上述3个基准点上，在每个基准点上上以第一个基准点为坐标原点使用极坐标法分别对目标机组顶部观测点和底部观测点进行至少3次观测；本步骤中，顶部观测点为机舱与塔筒交界处，底部观测点为在基础环与第一节塔筒连接沿处；S3，将观测到的数据采用RANSAC算法剔除局外点(RANSAC算法流程参见图1)。S4，采用最小二乘法算法对S3中利用RANSAC算法处理后的数据进行圆拟合得到圆心点；S5，按如下公式计算得到目标机组塔筒的倾斜度值S；式中，△L为位移量；H为监测圆心点面间距(参见图2)；S6，参照GB50007-2011标准，对比实测的倾斜度值确认是否小于标准值，并给出相关结论和建议。上述步骤S1中，基准点与目标机组距离可以是风电机组塔筒高度的2倍。上述步骤S2中，在每个基准点上对目标机组塔筒顶部、底部位置的观测次数可以是3次。上述述步骤S3、S4和S5，可以通过数据分析平台(计算用的设备)完成计算过程。RANSAC为RandomSampleConsensus的缩写，它是根据一组包含异常数据的样本数据集，计算出数据的数学模型参数，得到有效样本数据的算法。它于1981年由Fischler和Bolles最先提出。RANSAC算法的基本假设是样本中包含正确数据(inliers，可以被模型描述的数据)，也包含异常数据(outliers，偏离正常范围很远、无法适应数学模型的数据)，即数据集中含有噪声(局外点)。这些异常数据可能是由于错误的测量、错误的假设、错误的计算等产生的。同时RANSAC也假设，给定一组正确的数据，存在可以计算出符合这些数据的模型参数的方法。RANSAC算法要确定的参量有判定局内点的阈值t、迭代次数n、使得模型合理的局内点数量m。估计模型参量时，用p表示迭代过程中从数据集内随机抽取的点均为局内点的概率值，用w表示每次从数据集中抽取一个局内点的概率。p＝wn，取w＝m/M，M为数据集中的数据个数。假设估计模型需要x个点，wx是所有x个点均为局内点的概率；(1-wx)是x个点钟至少一个点为局外点的概率，其表示为从数据集中估计出一个不好的模型。(1-wx)n表示算法永远都不会选择到x个点均为局内点的概率，其等于(1-p)，即1-p＝(1-wx)n。公式两边均取对数，即可得到迭代次数n的公式：根据3点确定一个圆的原理，本专利技术的检测方法中，可以取m＝x＝3。RANSAC算法中，阈值t一般依靠经验选取，阈值t选择较小，算法太过敏感导致放弃部分有效点，阈值t选择较大，算法不敏感导致将异常点误判为有效点。本专利技术中，阈值t的选取没有地方可以借鉴，经过反复推演，发现：每次迭代时，可以从每个基准点测得的数据中任意挑选出1个点组成3个点作为最小抽样数据集，构成一个初始圆，然后取所有数据点到初始圆的距离的均值作为阈值t。假如数据点到初始圆的距离小于t，则认为该点是内点，反之就是局外点，将其剔除。具体实施例甘肃瓜州某风电场机组进行出质保验收，需对部分机组塔筒进行倾斜度检测。检本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.风电机组塔筒倾斜度检测方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，将目标机组进行停机操作，在距离目标机组相当于风电机组塔筒高度1.5～2倍的位置均布3个呈120°夹角的基准点；S2，将全站仪依次架设在上述3个基准点上，在每个基准点上上以第一个基准点为坐标原点使用极坐标法分别对目标机组顶部观测点和底部观测点进行至少3次观测；本步骤中，顶部观测点为机舱与塔筒交界处，底部观测点为在基础环与第一节塔筒连接沿处；S3，将观测到的数据采用RANSAC算法剔除局外点；S4，采用最小二乘法算法对S3中利用RANSAC算法处理后的数据进行圆拟合得到圆心点；S5，按如下公式计算得到目标机组塔筒的倾斜度值S；

【技术特征摘要】
1.风电机组塔筒倾斜度检测方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，将目标机组进行停机操作，在距离目标机组相当于风电机组塔筒高度1.5～2倍的位置均布3个呈120°夹角的基准点；S2，将全站仪依次架设在上述3个基准点上，在每个基准点上上以第一个基准点为坐标原点使用极坐标法分别对目标机组顶部观测点和底部观测点进行至少3次观测；本步骤中，顶部观测点为机舱与塔筒交界处，底部观测点为在基础环与第一节塔筒连接沿处；S3，将观测到的数据采用RANSAC算法剔除局外点；S4，采用最小二乘法算法对S3中利用RANSAC算法处理后的数据进行圆拟合得到圆心点；S5，按如下公式计算得到目标机组塔筒的倾斜度值S；式中，△L为位移量；H为监测圆心点面间距。2.根据权利要求1所述的风电机组塔筒倾斜度检测方法，其特征在于：所述步骤S1中，基准点与目标机组距离是风电机组塔筒高度的2倍。3.根据权利要求1所述的风电机组塔筒倾斜度检测方法，其特征在于：所述步骤S2中，在每个基准点上对目标机组...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷阳，刘瑛，周向阳，胡迪锋，
申请(专利权)人：杭州职业技术学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33