CN103869382B - 一种兼有测风测光功能的新能源发电资源监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种兼有测风测光功能的新能源发电资源监测装置，包括测风塔，设置在测风塔不同高度处的多个气象传感器，设置在测风塔10米高度处的数据采集器和数据发送终端；多个气象传感器分别与数据采集器连接，数据采集器和数据发送终端连接。本发明所述兼有测风测光功能的新能源发电资源监测装置，可以克服现有工程技术中监测装置测量精度低、交互能力差、监测因素单一和适用范围小等缺陷，以实现测量精度高、交互能力好和适用范围大的优点。
Description
技术领域
本发明涉及新能源发电过程中风、光资源监测技术领域，具体地，涉及一种兼有测风测光功能的新能源发电资源监测装置。
背景技术
我国风电进入规模化发展阶段以后所产生的大型新能源基地多数位于“三北地区”（西北、东北、华北），大型新能源基地一般远离负荷中心，其电力需要经过长距离、高电压输送到负荷中心进行消纳。由于风、光资源的间歇性、随机性和波动性，导致大规模新能源基地的风电、光伏发电出力会随之发生较大范围的波动，进一步导致输电网络充电功率的波动，给电网运行安全带来一系列问题。
截至2013年11月，甘肃电网并网风电装机容量已达668万千瓦，约占甘肃电网总装机容量的21%，成为仅次于火电的第二大主力电源；甘肃电网光伏发电装机211万千瓦，约占甘肃电网总装机容量的7%，风电加光伏发电约占甘肃电网总装机容量的28%。随着风电、光伏发电并网规模的不断提高，风电、光伏发电的不确定性和不可控性给电网的安全稳定经济运行带来诸多问题。对风力发电、光伏发电过程中的风、光资源进行监测，可以更好的预测未来一段时间内风能、太阳能的变化情况，从而可以更精确的对风电功率、光伏发电功率进行预测和校正，提高预测精度，促进新能源发电的发展。
测风塔可以实现陆地及海上对风速、风向及其他气象信息的监测，测风数据由传感器采集到气象信息后传入存储器中，以供研究人员对该地区气象情况进行分析。但是，现有的测风塔都是以一个测风塔来监测所在区域的气象情况，在分析时存在很大误差，而由于测风塔之间没有联系，测风塔之间无法数据交互，所以无法构建成测风网络。由于，光伏电站与风电场位于同一区域内，而且未来极有可能出现大规模风、光互补发电项目，因此设计一种兼有测风测光功能的新能源发电资源监测装置十分必要。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有工程技术中监测装置测量精度低、交互能力差、监测因素单一和适用范围小等缺陷。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种兼有测风测光功能的新能源发电资源监测装置，以实现测量精度高、交互能力好和适用范围大的优点。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种兼有测风测光功能的新能源发电资源监测装置，包括测风塔，设置在所述测风塔不同高度处的多个气象传感器，设置在测风塔10米高度处的数据采集器和数据发送终端；所述多个气象传感器分别与数据采集器连接，所述数据采集器和数据发送终端接；其中：
所述多个气象传感器，用于监测待测风电场的风资源；
所述数据采集器，用于采集所述多个气象传感器监测到的数据信息、并将采集到的数据信息传输给数据发送终端；
所述数据发送终端，用于采用GSM/GPRS通信方式将所述数据采集器采集到的数据信息发送给数据中心站。
进一步地，以上所述的兼有测风测光功能的新能源发电资源监测装置，还包括能够与数据发送终端进行数据通信的数据中心站；所述数据中心站，用于接收所述数据发送终端发送的测风塔数据信息，对风电场的风资源进行远程监控；和/或，还包括用于为所述多个气象传感器、数据采集器和数据发送终端供电的系统电源，所述系统电源与相应的待供电设备连接。
进一步地，所述系统电源，主要包括太阳能电池和/或铅酸蓄电池；所述太阳能电池和铅酸蓄电池，分别与所述数据采集器连接。
进一步地，所述太阳能电池，包括型号为SFP80-18
80W的单晶太阳能电池；和/或，所述铅酸蓄电池，包括双登启动型6-SPB-12V75Ah固体卷绕纯铅酸蓄电池。
进一步地，所述数据采集器，主要包括型号为NARI
ACS300-MM的芯片。
进一步地，所述数据发送终端，主要包括具有GSM/GPRS通信方式的倚天ETPro201Ai
GPRS无线通信模块。
进一步地，所述多个气象传感器，主要包括设在位于测风塔10m高度处和/或30m高度处和/或50
m高度和/或70m高度和/或90m高度和/或100m高度的风速传感器，和/或，设在位于测风塔10m高度处和/或70m高度的风向传感器，和/或，设在位于测风塔10m高度处的温湿度传感器，和/或，设在位于测风塔10m高度处的气压传感器，和/或，设在位于测风塔10m高度处的总辐射传感器，和/或，设在位于测风塔10m高度处的反射辐射传感器，和/或，设在位于测风塔10m高度处的组件温度传感器。
进一步地，所述风速传感器具体包括SECOND
WIND C3型风速传感器，和/或，所述风向传感器具体包括SECOND
WIND PV1型风向传感器，和/或，所述温湿度传感器具体包括瑞士罗卓尼克HC2-CP02-ACT-PVC型温湿度传感器，和/或，所述气压传感器具体包括SUTRON
ST23-5600-0120-1型气压传感器，和/或，所述总辐射传感器具体包括锦州阳光的TBQ-2传感器，和/或，所述反射辐射传感器具体包括锦州阳光的TBQ-2传感器，和/或，所述组件温度传感器具体包括锦州阳光的PTWD-2A贴片式温度传感器。
进一步地，所述多个气象传感器监测得到的风资源，具体包括位于测风塔100m高度处的风速、风向，和/或，位于测风塔90m高度处的风速，和/或，位于测风塔70m高度处的风速、风向，和/或，位于测风塔50m高度处的风速，和/或，位于测风塔30m高度处的风速，和/或，位于测风塔10m高度处的风速、风向、温度、湿度、总辐射、反射辐射及组件温度。
进一步地，所述多个气象传感器在测风塔上的设置位置，主要包括：
测风塔的100m高度处，主要用于塔顶风速风向监测；和/或，测风塔的90m高度处，主要用于监测3MW风电机组轮毂高度风速风向；和/或，测风塔的70m高度处，主要用于监测1.5MW风机轮毂高度风速风向；和/或，测风塔的50m高度处，主要用于监测某些早期kW级风电机组轮毂高度；和/或，测风塔的30m高度处，主要用于风速数据降尺度分析；和/或，测风塔的10m高度处，主要用于监测地表风速；和/或，测风塔的10m高度处，主要采用总辐射传感器及反射辐射传感器监测太阳辐射。
本发明各实施例的兼有测风测光功能的新能源发电资源监测装置，由于包括测风塔，设置在测风塔不同高度处的多个气象传感器，设置在测风塔10米高度处的数据采集器和数据发送终端；多个气象传感器分别与数据采集器连接，数据采集器和数据发送终端连接；可以达到大规模新能源基地风光资源实时监测的要求；从而可以克服现有工程技术中监测装置测量精度低、交互能力差、监测因素单一和适用范围小的缺陷，以实现测量精度高、交互能力好和适用范围大的优点。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明兼有测风测光功能的新能源发电资源监测装置的结构示意图；
图2为本发明兼有测风测光功能的新能源发电资源监测装置的工作原理示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
根据本发明实施例，如图1和图2所示，提供了一种兼有测风测光功能的新能源发电资源监测装置，具体为适用于大规模新能源基地的风光资源监测装置。
本实施例的兼有测风测光功能的新能源发电资源监测装置，主要包括测风塔，设置在测风塔不同高度处的气象传感器，以及设置在测风塔10米高度处的数据采集器、数据发送终端及系统电源；系统电源为气象传感器、数据采集器和数据发送终端中的待供电设备供电，数据采集器采集气象传感器的数据信息、并将采集到的数据信息传输给数据发送终端，数据发送终端采用GSM/GPRS通信方式将采集到的数据信息进行发送，与外部其他设备之间进行网络通信。数据采集器主要包括型号为NARI
ACS300-MM的芯片，数据发送终端主要包括具有GSM/GPRS通信方式的倚天ETPro201Ai
GPRS无线通信模块。
另外，上述实施例的兼有测风测光功能的新能源发电资源监测装置，还可以包括能够与数据发送终端进行数据通信的数据中心站；数据中心站，用于接收数据发送终端发送的测风塔数据信息，对风电场的风资源进行远程监控。
其中，气象传感器具体包括设在位于测风塔10m高度处和/或30m高度处和/或50
m高度和/或70m高度和/或90m高度和/或100m高度的风速传感器（如SECOND
WIND C3型风速传感器），和/或，设在位于测风塔10m高度处和/或70m高度的风向传感器（如SECOND
WIND PV1型风向传感器），和/或，设在位于测风塔10m高度处的温湿度传感器（如瑞士罗卓尼克HC2-CP02-ACT-PVC型温湿度传感器），和/或，设在位于测风塔10m高度处的气压传感器（如SUTRON
ST23-5600-0120-1型气压传感器），和/或，设在位于测风塔10m高度处的总辐射传感器（可以采用锦州阳光的TBQ-2传感器），和/或，设在位于测风塔10m高度处的反射辐射传感器（可以采用锦州阳光的TBQ-2传感器），和/或，设在位于测风塔10m高度处的组件温度传感器（可以采用锦州阳光的PTWD-2A贴片式温度传感器）。
系统电源具体包括太阳能电池（如SFP80-18
80W单晶太阳能电池）和/或铅酸蓄电池（如双登启动型6-SPB-12V75Ah固体卷绕纯铅酸蓄电池），SFP80-18
80W单晶太阳能电池及双登启动型6-SPB-12V75Ah固体卷绕纯铅酸蓄电池分别为数据采集器供电。
在上述实施例中，测风塔采集的具体数据量包括：
1）位于测风塔100m高度处的风速、风向；
2）位于测风塔90m高度处的风速；
3）位于测风塔70m高度处的风速、风向；
4）位于测风塔50m高度处的风速；
5）位于测风塔30m高度处的风速；
6）位于测风塔10m高度处的风速、风向、温度、湿度、总辐射、反射辐射及组件温度。
其中，测风塔的100m高度处，主要用于塔顶风速风向监测；测风塔的90m高度处，主要用于监测3MW风电机组轮毂高度风速风向；测风塔的70m高度处，主要用于监测1.5MW风机轮毂高度风速风向；测风塔的50m高度处，主要用于监测某些早期kW级风电机组轮毂高度；测风塔的30m高度处，主要用于风速数据降尺度分析；测风塔的10m高度处，主要用于监测地表风速；测风塔的10m高度处，主要采用总辐射传感器及反射辐射传感器监测太阳辐射。
上述实施例的兼有测风测光功能的新能源发电资源监测装置，主要监测的气象要素类型如下；
1）1min平均风速、风向：每秒采样一次，自动计算和记录每1min的平均风速及风向；
2）小时平均风速、风向：通过1min平均风速、风向值获取每小时的平均风速及风向；
3）风速标准偏差：计算每3s采样一次的风速的标准差；
4）最大风速：每3s采样一次的风速的最大值；
5）最小风速：每3s采样一次的风速的最小值；
6）风向标准偏差：计算每3s采样一次的风向的标准差；
7）最大风向：每3s采样一次的风速的最大值；
8）最小风向：每3s采样一次的风速的最小值；
9）风向区域：所记录的风向都是某一风速在该区域的瞬时采样值。风向区域分16等分时，每个扇形区域含22.5°；也可以采用多少度来表示风向；
10）温度：每1min采样并记录采集现场的环境温度；
11）相对湿度：每1min采样并记录采集现场的环境湿度；
12）气压：每1min采样并记录采集现场的气压；
13）组件温度：每1min采样并记录所采集的组件温度；
14）全辐射：每1min采样并记录所监测点的全辐射度；
15）反射辐射：每1min采样并记录所监测点的反射辐射度。
已公开专利（申请）铁塔监测系统【专利（申请）号：201220721226.7】，构建了一套用于监测各类铁塔（气象铁塔，通信铁塔、电力铁塔等）本身运行情况的监测系统，其目的是监测野外工作的铁塔是否正常，但本发明的技术方案提出的一种适用于大规模风电场的风资源监测（是监测风电场的风资源，而非监测铁塔本身）的测风塔，因此显著区别于已公开专利（申请）。
综上所述，本发明上述各实施例的兼有测风测光功能的新能源发电资源监测装置，所装配的气象传感器、数据采集器、设备固定支架、供电模块及通讯模块都应具备较好的鲁棒性，具备使用期间维护量极小、无需用户进行风速风向的参数标定等特点。数据采集器具备定时自动重启功能（防死机）及远程控制功能，设备固定支架应坚固耐风沙耐腐蚀，可抵御40m/s以上的风速，供电模块所采用的电池应具备野外工作环境，具有良好的充放电性能等；可以达到大规模新能源基地风光资源实时监测的要求。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种兼有测风测光功能的新能源发电资源监测装置，其特征在于，包括测风塔，设置在所述测风塔不同高度处的多个气象传感器，设置在测风塔10米高度处的数据采集器和数据发送终端；所述多个气象传感器分别与数据采集器连接，所述数据采集器和数据发送终端连接；其中：
所述多个气象传感器，用于监测待测风电场的风资源；
所述数据采集器，用于采集所述多个气象传感器监测到的数据信息、并将采集到的数据信息传输给数据发送终端；
所述数据发送终端，用于采用GSM/GPRS通信方式将所述数据采集器采集到的数据信息进行发送，与外部其他设备之间进行网络通信；
监测装置还包括能够与数据发送终端进行数据通信的数据中心站；所述数据中心站，用于接收所述数据发送终端发送的测风塔数据信息，对风电场的风资源进行远程监控；
监测装置还包括用于为所述多个气象传感器、数据采集器和数据发送终端供电的系统电源，所述系统电源与相应的待供电设备连接；
所述系统电源，包括太阳能电池和铅酸蓄电池；所述太阳能电池和铅酸蓄电池，分别与所述数据采集器连接；
所述太阳能电池，包括型号为SFP80-18 80W的单晶太阳能电池；所述铅酸蓄电池，包括双登启动型6-SPB-12V75Ah固体卷绕纯铅酸蓄电池；
所述数据采集器，包括型号为NARI ACS300-MM的芯片；
所述数据发送终端，包括具有GSM/GPRS通信方式的倚天ETPro201Ai GPRS无线通信模块；
所述多个气象传感器，包括，设在位于测风塔10m高度处、30m高度处、50 m高度、70m高度、90m高度和100m高度的风速传感器，设在位于测风塔10m高度处和70m高度的风向传感器，设在位于测风塔10m高度处的温湿度传感器，设在位于测风塔10m高度处的气压传感器，设在位于测风塔10m高度处的总辐射传感器，设在位于测风塔10m高度处的反射辐射传感器，设在位于测风塔10m高度处的组件温度传感器；
风速传感器具体包括SECOND WIND C3型风速传感器，风向传感器具体包括SECOND WIND PV1型风向传感器，温湿度传感器具体包括瑞士罗卓尼克HC2-CP02-ACT-PVC型温湿度传感器，气压传感器具体包括SUTRON ST23-5600-0120-1型气压传感器，总辐射传感器具体包括锦州阳光的TBQ-2传感器，反射辐射传感器具体包括锦州阳光的TBQ-2传感器，组件温度传感器具体包括锦州阳光的PTWD-2A贴片式温度传感器；
所述多个气象传感器监测得到的风资源，包括位于测风塔100m高度处的风速和风向，位于测风塔90m高度处的风速，位于测风塔70m高度处的风速和风向，位于测风塔50m高度处的风速，位于测风塔30m高度处的风速，位于测风塔10m高度处的风速、风向、温度、湿度、总辐射、反射辐射及组件温度；
所述多个气象传感器在测风塔上的设置位置，包括：
测风塔的100m高度处，用于塔顶风速风向监测；测风塔的90m高度处，用于监测3MW风电机组轮毂高度风速风向；测风塔的70m高度处，用于监测1.5MW风机轮毂高度风速风向；测风塔的50m高度处，用于监测早期kW级风电机组轮毂高度；测风塔的30m高度处，用于风速数据降尺度分析；测风塔的10m高度处，用于监测地表风速；测风塔的10m高度处，采用总辐射传感器及反射辐射传感器监测太阳辐射。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |