CN104034410A - 一种风电机组噪声测量的测点定位方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风电机组噪声测量的测点定位方法，利用一测风桅杆以及位于该测风桅杆上的激光指示设备实现对声学测量点的定位；该方法包括：根据所要测量的风电机组中的风轮高度、直径，计算测点布设半径R；根据测风桅杆的位置信息、激光指示设备的高度信息、风向以及风电机组塔架的位置信息，计算各个声学测量点的布设位置及对应的激光指示器姿态；利用所述激光指示器射出激光，确定声学测量点的布设位置。本发明能够大大提高测点布设准确度和布设效率，提高测量准确性。

Description

一种风电机组噪声测量的测点定位方法和系统

技术领域

本发明涉及风力发电领域，特别涉及一种风电机组噪声测量的测点定位方法和系统。

背景技术

风能是一种重要的可再生能源，风力发电已经成为我国当前新能源应用中最为成熟的一种。

在风电机组的运行过程中会产生噪声，国家对风电机组运行过程中的噪声有严格的规定，以避免其对周围环境产生影响。因此，需要对风电机组的噪声加以检测。根据《GB/T22516-2008/IEC61400-11:2002风力发电机组噪声测量方法》的要求，风电机组噪声测试需要在规定的地理条件下测量风电机组的A计权声压级、视在声功率级（整数风速，在6-10/ms范围内）、1/3倍频程分析等声学测量计算结果，同时包括风速、风向、大气温度、湿度及每个传声器在每次测量中的位置等辅助信息。图1为国家标准中所规定的噪声测试所需的地理环境。从该图可以看出，在进行噪声测试时，需要以风电机组塔架垂直中心为圆心布设四个声学测量点，这四个声学测量点的位置如图1所示，其布设半径R由风轮直径D和地面到风轮中心的垂直距离H决定，对于水平轴风电机组，R=H+D/2；对于垂直轴风电机组，R=H+D。

在实际检测中，风轮高度H通常在60-100m以上，风轮直径D约几十米，则测量点布设半径R在百米量级。在野外测量中，卷尺或激光测距不能准确测定其位置，特别是在有坡度的区域，地面测量的是坡度斜面的距离，而不是国家标准所规定的水平距离，且测点之间夹角难以准确测定，不便于野外测量工作及后续的噪声准确评估。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的测点定位方法在实际使用中所遇到的测量准确度不高的缺陷，从而提供一种风电机组噪声测量的测点定位方法与系统。

为了实现上述目的，本发明提供了一种风电机组噪声测量的测点定位方法，利用一测风桅杆以及位于该测风桅杆上的激光指示设备实现对声学测量点的定位；该方法包括：

步骤1）、根据所要测量的风电机组中的风轮高度、直径，计算测点布设半径R；

步骤2）、根据测风桅杆的位置信息、激光指示设备的高度信息、风向以及风电机组塔架的位置信息，计算各个声学测量点的布设位置及对应的激光指示器姿态；

步骤3）、根据步骤2）的计算结果，利用所述激光指示器射出激光，确定声学测量点的布设位置。

上述技术方案中，所述的步骤2）包括：

步骤2-1）、以风电机组塔架为坐标原点建立平面直角坐标系，其中迎风方向为y轴正方向，xy平面表示地面，z方向表示高度，确定国家标准所规定的各个声学测量点在该平面直角坐标系中的坐标值；

步骤2-2）、以激光指示器所在位置为坐标原点建立另一三维坐标系，其中正北为y方向，正东为x方向，xy平面表示地面，z方向表示高度；

步骤2-3）、通过坐标变换得到国家标准所规定的各个声学测量点在步骤2-2）中所建立的三维坐标系中的坐标值，从而得到声学测量点的布设位置；

步骤2-4）、根据激光指示器在测风桅杆上的安装位置、各个声学测量点在步骤2-2）中所建立的三维坐标系中的坐标值，计算各个声学测量点所对应的激光指示器的姿态，所述姿态包括俯仰角φ、方位角θ；其中，所述俯仰角以水平方向为0°，垂直向上为90°，垂直向下为-90°，所述方位角以正北为90°，正东为0°，正南为180°，正西为270°。

本发明还提供了一种风电机组噪声测量的测点定位系统，包括一测风桅杆以及位于该测风桅杆上的激光指示设备、测点布设半径计算模块、布设位置及姿态计算模块以及布设模块；其中，

所述的测点布设半径计算模块根据所要测量的风电机组中的风轮高度、直径，计算测点布设半径R；

所述的布设位置及姿态计算模块根据测风桅杆的位置信息、激光指示设备的高度信息、风向以及风电机组塔架的位置信息，计算各个声学测量点的布设位置及对应的激光指示器姿态；

所述的布设模块根据所述布设位置及姿态计算模块的计算结果，利用所述激光指示器射出激光，确定声学测量点的布设位置。

上述技术方案中，所述激光指示器为可见532nm绿光激光指示器。

本发明的优点在于：

本发明通过在气象测量站的测风桅杆上增加新型设备，解决野外环境下风电机组噪声测量的测点快速定位，能够大大提高测点布设准确度和布设效率，提高测量准确性。

附图说明

图1是国家标准所规定的噪声测试所需的地理环境的示意图；

图2是本发明的测点定位方法的流程图；

图3是本发明中所建立的三维坐标系的示意图。

具体实施方式

现结合附图对本发明作进一步的描述。

本领域技术人员在对风电机组的噪声进行测量时，一般还需要同时测量风电机组所在区域的气象信息，因此在测量现场还会有车载或可移动式气象测量站。所述气象测量站包括有一测风桅杆，所述测风桅杆立起时较地面有一定的高度。

利用现有技术中对风电机组噪声测量时有测风桅杆这一条件，本发明在所述测风桅杆上方安装激光指示设备，所述激光指示设备用于指示所要布设的各个声学测量点的位置。如何确定激光指示设备所要指示的各个声学测量点的位置，需要通过本发明的测点定位方法实现。下面结合图2对该方法的实现步骤做详细说明。

本发明的测点定位方法包括：

步骤1）、根据所要测量的风电机组中的风轮高度、直径，计算测点布设半径R；

在背景技术中已经提到，测点布设半径R由风轮直径D和地面到风轮中心的垂直距离H决定，对于水平轴风电机组，R=H+D/2；对于垂直轴风电机组，R=H+D。

步骤2）、根据测风桅杆的位置信息与激光指示器的高度信息、风向以及风电机组塔架的位置信息，计算各个声学测量点的布设位置及对应的激光指示器姿态。

在本步骤中，测风桅杆的位置信息、风电机组塔架的位置信息可通过诸如GPS定位系统、北斗定位系统等地理位置定位系统得到，测风桅杆的高度信息可通过测量得到，风向可通过现有技术中的测量设备得到。下面对本步骤如何利用上述已知信息计算各个声学测量点的布设位置及对应的激光指示器姿态进行说明。

图1为国家标准所规定的噪声测试所需的地理环境的示意图，在该图中，以风电机组塔架为坐标原点（0，0，0）建立平面直角坐标系，以迎风方向为y轴正方向，xy平面表示地面，z方向表示高度，布设半径为R，则四个声学测量点的坐标分别是：

测点的坐标为（0，R，0)；

测点的坐标为（--R/2，0）；

测点的坐标为（0，-R，0）；

测点的坐标为（-R/2，0）。

在计算各个声学测量点的布设位置及对应的激光指示器姿态时，为了计算的方便，重新建立如图3所示的三维坐标系。在该三维坐标系中，激光指示器（在图3中用三角形表示）所在位置为坐标原点，以正北为y方向，正东为x方向，xy平面表示安装激光指示器的测风桅杆所在的地面水平面，z方向表示相对于该地面的高度。

所述的风电机组塔架（在图3中用五角星表示）在该坐标系中的坐标假定为(x₀,y₀,0)。由于测风桅杆的位置信息（也就是激光指示器在x、y轴方向的位置信息）、风电机组塔架的位置信息都是已知值，因此根据不同坐标系间的位置变换，可以很容易得到x₀、y₀的具体数值的大小。

进一步的，可得到四个声学测量点在新坐标系中的坐标为：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_i=x_i^0+x_0\\ y_i=y_i^0+y_0\\ z_i=0\end{array}(i=\mathrm{1,2,3,4})\right.$

上述四个声学测量点在新坐标系中的坐标也就是所要计算的声学测量点的布设位置。

下面进一步计算各个声学测量点所对应的激光指示器姿态。所述姿态包括俯仰角与方位角。由于激光指示器被安装在测风桅杆上，根据图3，其坐标(x_s,y_s,z_s)为(0，0，h)，h表示激光指示器在测风桅杆上的安装位置相对于地面的高度。对于各声学测量点，激光指示器的俯仰角φ、方位角θ如图3所示，其中俯仰角定义以水平方向为0°，垂直向上为90°，垂直向下为-90°，则激光指示器的俯仰角为负值，其绝对值等于激光与地面形成的夹角。

因此：

${\mathrm{\φ}}_i=-\arctan (h/\sqrt{x_i^2+y_i^2})i=\mathrm{1,2,3,4}$

${\mathrm{\θ}}_i=\arctan (y_i/x_i)i=\mathrm{1,2,3,4}$

通过上述计算，可以得到各个声学测量点所对应的激光指示器姿态。

步骤3）、根据步骤2）的计算结果，利用激光指示器射出激光，确定声学测量点的布设位置。

以上是对本发明的测点定位方法的说明。在上述实施例中虽然以四个声学测量点为例，但在其他实施例中可参照上述方法实现对其他数目的声学测量点的定位。此外，作为一种优选实现方式，本实施例中的激光指示器为可见532nm绿光激光指示器，此种类型的指示器可以在白天正常使用，增加了本发明的适用范围。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种风电机组噪声测量的测点定位方法，利用一测风桅杆以及位于该测风桅杆上的激光指示设备实现对声学测量点的定位；该方法包括：

步骤1）、根据所要测量的风电机组中的风轮高度、直径，计算测点布设半径R；

步骤2）、根据测风桅杆的位置信息、激光指示设备的高度信息、风向以及风电机组塔架的位置信息，计算各个声学测量点的布设位置及对应的激光指示器姿态；

步骤3）、根据步骤2）的计算结果，利用所述激光指示器射出激光，确定声学测量点的布设位置。

2.根据权利要求1所述的风电机组噪声测量的测点定位方法，其特征在于，所述的步骤2）包括：

步骤2-1）、以风电机组塔架为坐标原点建立平面直角坐标系，其中迎风方向为y轴正方向，xy平面表示地面，z方向表示高度，确定国家标准所规定的各个声学测量点在该平面直角坐标系中的坐标值；

步骤2-2）、以激光指示器所在位置为坐标原点建立另一三维坐标系，其中正北为y方向，正东为x方向，xy平面表示地面，z方向表示高度；

步骤2-3）、通过坐标变换得到国家标准所规定的各个声学测量点在步骤2-2）中所建立的三维坐标系中的坐标值，从而得到声学测量点的布设位置；

步骤2-4）、根据激光指示器在测风桅杆上的安装位置、各个声学测量点在步骤2-2）中所建立的三维坐标系中的坐标值，计算各个声学测量点所对应的激光指示器的姿态，所述姿态包括俯仰角φ、方位角θ；其中，所述俯仰角以水平方向为0°，垂直向上为90°，垂直向下为-90°，所述方位角以正北为90°，正东为0°，正南为180°，正西为270°。

3.一种风电机组噪声测量的测点定位系统，其特征在于，包括一测风桅杆以及位于该测风桅杆上的激光指示设备、测点布设半径计算模块、布设位置及姿态计算模块以及布设模块；其中，

所述的测点布设半径计算模块根据所要测量的风电机组中的风轮高度、直径，计算测点布设半径R；

所述的布设位置及姿态计算模块根据测风桅杆的位置信息、激光指示设备的高度信息、风向以及风电机组塔架的位置信息，计算各个声学测量点的布设位置及对应的激光指示器姿态；

所述的布设模块根据所述布设位置及姿态计算模块的计算结果，利用所述激光指示器射出激光，确定声学测量点的布设位置。

4.根据权利要求1所述的风电机组噪声测量的测点定位系统，其特征在于，所述激光指示器为可见532nm绿光激光指示器。