风电塔筒低频摆动及倾斜预警系统研究

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风电塔筒低频摆动及倾斜预警系统研究

作者：吕斌沈润杰泮凯翔邰士强

来源：《电子技术与软件工程》2016年第04期

摘要风力发电机组塔筒安全关系到机组的正常运行，在实际应用中，风电塔筒的健康检查多以定期人工检查为主，并不能及时发现塔筒故障。本文设计了一套风电塔筒低频摆动及倾斜实时监测系统，通过对塔筒低频摆动信号和倾斜角信号监测达到对塔筒安全预警的目的。但由于风向和风速不稳，塔筒低频摆动和倾斜难以提取，为此本文首先建立塔筒的有限元模型，分析塔筒的动态特性，了解塔筒的运行特点，实现了倾角传感器的优化布置；采用基于HHT 的低频信号提取算法，得到塔筒真实摆动（倾斜）数据；设计了一套风电塔筒低频摆动及倾斜实时监测系统，监测节点之间采用can总线进行通信，然后通过3G模块将数据发送到远程服务器，服务器对采集到的信号进行分析存储，显示实时塔筒运行状态。

【关键词】塔筒模态分析 HHT滤波在线监测

1 引言

风电塔筒是风机的重要组成部分，但其重要性往往被忽视。风电塔筒在风力发电机组中主要起支撑作用。风力发电机组在运行过程中，塔筒在外部载荷的作用下发生形变和位移，作用在塔筒顶部的轴向压力会产生对塔筒各截面的弯矩，当外部载荷很大时，弯矩的增大会导致塔筒某一截面超出其屈服极限，使得塔筒发生损坏，甚至出现倒塔事故。另外，塔筒顶端产生过大的位移，会引起机组的激烈振动，最终导致机组不能正常运行，给企业带来严重的经济损失。

在实际应用中，风电塔筒的健康检查多以定期人工检查为主，并不能及时发现塔筒故障。因此，对塔筒进行实时在线监测，对保证风机的正常运行具有重大意义。

2 风电塔筒动力学分析

模态是结构的固有振动特性，每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。在对结构进行动力特性分析时，模态分析具有以下三方面的意义：

（1）判断结构是否会发生共振；

（2）判断结构刚度和质量分布的是否合理；

（3）模态分析是其他动力学分析的基础，如响应谱分析，随机振动分析、谐响应分析等都需要在模态分析的基础上进行。