一种风电机组塔体倾斜度测量系统技术方案

本发明专利技术公开了一种风电机组塔体倾斜度测量系统，信号采集模块采用加速度传感器，采集塔基和机舱的位移信息，将位移信息变为模拟电压信号发送给滤波模块，模拟电压信号经过滤波模块进行滤波，再经过差分放大器将模拟电压信号转换为差分电压，匹配模数转换器的电压要求，增大系统的动态范围，提供适当的电压增益，抑制共模噪声，提高信噪比；模数转换器采用模数转换器，将差分电压转换成微控制器可以识别的数字信号，微控制器对数字信号进行处理得到倾斜度数据，将倾斜度数据通过通讯模块传送给风机主控系统。本发明专利技术的有益效果是本发明专利技术系统对风电机组塔体倾斜度进行测量方法实时性较好、精度较高，成本低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于风电
，涉及一种风电机组塔体倾斜度测量系统。
技术介绍
目前陆上风电机组的塔体高度大多在50m-120m之间，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，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。在相同风速下，随着塔体倾斜角度的不断变化，风电机组风轮的受力将发生变化，从而影响风力发电机的输出功率。目前存在一些关于塔体倾斜度测量的方法，如利用平面镜进行物理方法测量、采用图像技术及传感器技术进行测量，但这些方法都存在诸多问题。目前存在的对风电机组塔体倾斜度进行测量的方法实时性较差、精度较低或者成本较高。本专利技术采用两轴加速度传感器对风电机组塔基和机舱两个部位的倾斜度进行测量，并在传感器的两个通道上加装滤波电路，对采集得到的信号进行硬件滤波处理。随后进一步对采集得到的数据进行分析处理，得到风电机组塔体实时的倾斜角度值、各个方位倾斜角度的最大值，同时还可以初步判定风电机组塔体发生倾斜的大致部位。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种风电机组塔体倾斜度测量系统，解决了目前存在的对风电机组塔体倾斜度进行测量的方法实时性较差、精度较低或者成本较高的问题。本专利技术所采用的技术方案是包括信号采集模块，信号采集模块采用加速度传感器，采集塔基和机舱的位移信息，将位移信息变为模拟电压信号发送给滤波模块，模拟电压信号经过滤波模块进行滤波，滤波模块为贝塞尔低通滤波器，它为模拟电压信号提供硬件滤波，抗混叠，同时消除偏置电压；再经过差分放大器将模拟电压信号转换为差分电压，匹配模数转换器的电压要求，增大系统的动态范围，提供适当的电压增益，抑制共模噪声，提高信噪比；模数转换器采用模数转换器，将差分电压转换成微控制器可以识别的数字信号，微控制器对数字信号进行处理得到倾斜度数据，将倾斜度数据通过通讯模块传送给风机主控系统。进一步，所述信号采集模块采用的加速度传感器型号为ADXL203；所述模数转换器采用Σ-Δ模数转换器；所述微控制器型号为STM32F103RBT6。进一步，所述倾斜度数据包括倾角和最大倾斜角度，其计算方法为：对采集所得数据的预处理加速度传感器每个通道每采集得到N个(初始样本数据量)模拟电压信号计算一次倾角值，计算一次倾角值所用的样本数据量n：n＝2N/v式中，v≥3m/s；计算该样本数据的加权平均值：x‾=x1f1+x2f2+...+xmfm]]>fi=ain(i=1,...,m)]]>ai代表样本中数据xi的数量，x1、x2…xm代表采集得到的m个不同的数据，f1、f2…fm代表其对应的权重，m≤n；倾角计算：将加权平均值带入公式得到其对应的模拟电压值：角度计算：angle＝asin(V/1000-2.5)*180/3.14159；最大倾斜角度计算：在一定风速下，计算得到多个样本数据的加权平均值，取其中加权平均值最大的一组样本数据，计算该风速下风机塔体倾斜的最大角度值，设该样本数据的加权平均值为对其中大于加权平均值的数据xl计算其对应的加权平均值，算式如下：X‾=Σflxl(xl>X‾max)]]>fl=alM]]>式中，fl为数据xl对应的权重，M为大于加权平均值的数据个数，al为数据xl的个数，将代入公式得一定风速下最大倾角值为：Vmax=X‾*3.3*1000/4096]]>anglemax＝asin(Vmax/1000-2.5)*180/3.14159。本专利技术的有益效果是本专利技术系统对风电机组塔体倾斜度进行测量方法实时性较好、精度较高，成本低。附图说明图1是本专利技术风电机组塔体倾斜度测量系统电路模块结构示意图；图2是加速度传感器ADXL203电路图；图3是低通滤波器电路原理。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术风电机组塔体倾斜度测量系统如图1所示，包括信号采集模块1，信号采集模块1采用加速度传感器，采集塔基和机舱的位移信息，将位移信息变为模拟电压信号发送给滤波模块2，模拟电压信号经过滤波模块2进行滤波，滤波模块2为贝塞尔低通滤波器，它为模拟电压信号提供硬件滤波，抗混叠，同时消除偏置电压；再经过差分放大器3将模拟电压信号转换为差分电压，匹配模数转换器4的电压要求，增大系统的动态范围，提供适当的电压增益，抑制共模噪声，提高信噪比；模数转换器4采用Σ-Δ模数转换器，是基于Σ-Δ转换原理的模数转换器，将差分电压转换成MCU微控制器5可以识别的数字信号，MCU微控制器5对数字信号进行处理得到倾斜度数据。MCU型号采用STM32F103RBT6。将倾斜度数据通过485通讯模块6传送给风机主控系统。如图2所示，信号采集模块1采用的加速度传感器型号为ADXL203，ADXL203是ADI公司推出的一种高精度、低功耗及单一的iMEMS型IC芯片双轴加速计，其具有信号可调的电压输出，既可测量静态的也可测量动态的加速度。输出量为一个与加速度成比例的模拟电压信号，比例系数达到1000mV/g，可承受3500g极限加速度。在小于60Hz的带宽下具有解决小于1mg的解决方案。CH1、CH2为加速度传感器X、Y轴通道。其供电电压可在3V到6V之间选择，不同的供电电压，灵敏度会发生相应改变，影响测量精度，一般在5V典型电压供电时其各方面性能指标较好，所以本专利技术采用5V直流电压供电。电源下的电阻和电容主要用于进行电源滤波，削弱电源的噪声信号。滤波模块2中的低通滤波器电路如图3所示，加速度传感器的X、Y通道得到的信号经过该低通滤波器，滤除包括电源噪声在内的高频信号，使得到的信号噪声更小，最终计算结果更加精确。其中的运算放大器选用OPA2727，电路为直流5V供电的双极点节50Hz有源低通滤波器。倾角最大值计算方法：对采集所得数据的预处理一般情况下，当风速v<3m/s时风机摆动频率较低，此时设加速度传感器每个通道每采集得到N个(初始样本数据量)模拟电压信号计算一次倾角值。当风速v≥3m/s，考虑到风机塔体的摆动频率会随风速的增大而增大，因此为了使得计算得到的倾角值能准确地反映塔体的实时倾斜角度，随风速的增大，逐步减小计算一次倾角值所用的样本数据量，设该样本数据量为n，则其计算算式如下：n＝2N/v式中，v≥3m/s。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风电机组塔体倾斜度测量系统，其特征在于：包括信号采集模块(1)，信号采集模块(1)采用加速度传感器，采集塔基和机舱的位移信息，将位移信息变为模拟电压信号发送给滤波模块(2)，模拟电压信号经过滤波模块(2)进行滤波，滤波模块(2)为贝塞尔低通滤波器，它为模拟电压信号提供硬件滤波，抗混叠，同时消除偏置电压；再经过差分放大器(3)将模拟电压信号转换为差分电压，匹配模数转换器(4)的电压要求，增大系统的动态范围，提供适当的电压增益，抑制共模噪声，提高信噪比；模数转换器(4)采用模数转换器，将差分电压转换成微控制器(5)可以识别的数字信号，微控制器(5)对数字信号进行处理得到倾斜度数据，将倾斜度数据通过通讯模块(6)传送给风机主控系统。

【技术特征摘要】
1.一种风电机组塔体倾斜度测量系统，其特征在于：包括信号采集模块(1)，信号采集
模块(1)采用加速度传感器，采集塔基和机舱的位移信息，将位移信息变为模拟电压信号发
送给滤波模块(2)，模拟电压信号经过滤波模块(2)进行滤波，滤波模块(2)为贝塞尔低通滤
波器，它为模拟电压信号提供硬件滤波，抗混叠，同时消除偏置电压；再经过差分放大器(3)
将模拟电压信号转换为差分电压，匹配模数转换器(4)的电压要求，增大系统的动态范围，
提供适当的电压增益，抑制共模噪声，提高信噪比；模数转换器(4)采用模数转换器，将差分
电压转换成微控制器(5)可以识别的数字信号，微控制器(5)对数字信号进行处理得到倾斜
度数据，将倾斜度数据通过通讯模块(6)传送给风机主控系统。
2.一种风电机组塔体倾斜度测量系统，其特征在于：所述信号采集模块(1)采用的加速
度传感器型号为ADXL203；所述模数转换器(4)采用Σ-Δ模数转换器；所述微控制器(5)型
号为STM32F103RBT6。
3.一种风电机组塔体倾斜度测量系统，其特征在于：所述倾斜度数据包括倾角和最大
倾斜角度，其计算方法为：
对采集所得数据的预处理
加速度传感器每个通道每采集得到N个(初始样本数据量)模拟电压信号计算一次倾角
值，计算一次倾角...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵洪山，徐樊浩，李浪，邓嵩，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：河北;13