CN104034411A - 一种风电机组噪声分布式测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种风电机组噪声分布测量系统，包括声学测量端机，风电机组运行参数测量节点，无线通信基站，声信号处理中心，气象、风电机组数据处理中心以及系统控制、显示、交互中心；一个声学测量端机被安放在一个噪声测量位置上，风电机组运行参数测量节点安装在风电机组上；声学测量端机，风电机组运行参数测量节点通过无线方式与无线通信基站进行数据通信，声学数据经无线通信基站到达第一处理中心，由该中心对声学数据加以处理；风电机组数据经由无线通信基站传输到第二处理中心，由该中心实现对风电机组数据的处理；系统控制、显示、交互中心用于实现对测量系统中其他模块的控制与数据传输，与用户的交互以及对所测量数据及处理结果的显示。

Description

一种风电机组噪声分布式测量系统

技术领域

本发明涉及电力领域，特别涉及一种风电机组噪声分布式测量系统。

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/T 22516-2008/IEC 61400-11:2002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。

目前通常使用声级计、多通道数据记录仪、频谱分析仪等多种设备对噪声进行测量，这些设备在使用中人工干预较多，数据处理复杂，并且声学测量与环境测量结果的同步或对应困难。个别采用虚拟仪器的方式虽然能够一体化解决，但是虚拟仪器本身的限制，使得系统可靠性差，传感器人工布设工作繁琐且不能准确测定其位置，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的噪声测量系统不易同步、可靠性差等缺陷，从而提供一种风电机组噪声分布式测量系统。

为了实现上述目的，本发明提供了一种风电机组噪声分布测量系统，包括声学测量端机，风电机组运行参数测量节点，无线通信基站，声信号处理中心，气象、风电机组数据处理中心以及系统控制、显示、交互中心；其中，

所述的声学测量端机包括多个，一个声学测量端机被安放在一个噪声测量位置上，所述风电机组运行参数测量节点安装在风电机组上；所述声学测量端机，风电机组运行参数测量节点通过无线方式与所述无线通信基站进行数据通信，所述声学测量端机测得的声学数据经所述无线通信基站到达第一处理中心，由该中心对声学数据加以处理；所述风电机组运行参数测量节点测得的风电机组数据经由所述无线通信基站传输到第二处理中心，由该中心实现对风电机组数据的处理；所述系统控制、显示、交互中心用于实现对测量系统中其他模块的控制与数据传输，与用户的交互以及对所测量数据及处理结果的显示。

上述技术方案中，还包括升降式气象测量站，所述升降式气象测量站测得气象数据后，将所述气象数据通过所述无线通信基站传输到所述第二处理中心，由所述第二处理中心实现对气象数据的处理。

上述技术方案中，所述声学测量端机包括声信号采集模块、数字信号处理模块、控制模块、无线通信模块以及时钟同步模块；其中，

所述声信号采集模块采集外部的声学信号，并将其转换成数字信号；所述数字信号处理模块对声信号进行初步处理；所述的控制模块用于实现系统控制命令的接收与处理，以及对声学测量端机中其他模块的控制；所述的无线通信模块用于实现声学测量端机与外部的无线通信，并发送声信号数据至测量系统中的其他模块；所述的时钟同步模块用于生成同步信号，控制端机时钟，保证分布式的各声学测量端机能够同步采集数据。

上述技术方案中，所述声信号采集模块包括用于采集声学模拟信号并对其做滤波、放大处理的模拟信号调理单元，用于将声学模拟信号转换成数字信号的模数转换单元。

上述技术方案中，所述无线通信模块采用Wi-Fi增强模块实现，支持功率放大和天线增益。

上述技术方案中，所述时钟同步模块采用基于GPS系统时钟同步技术实现，包括：在GPS时钟信号解析之后直接控制声学测量端机的信号采集时钟信号，统一设置为上升沿；或GPS时钟信号解析后发送到声信号采集模块，由所述声信号采集模块对已采集数据按照一定时间间隔记录时标，所述时标信息与数据一起通过所述无线通信模块发送至系统。

上述技术方案中，所述第一处理中心对声学测量端机测得的声学数据进行处理，包括测量风电机组的A计权声压级、视在声功率级、1/3倍频程分析，构造声压频谱曲线图，还包括进一步计算包括指向性、低频噪声、脉冲性在内的可选测量参数。

上述技术方案中，所述第二数据处理中心用于对风电机组数据进行处理，包括：记录测量期间风电机组的功率曲线，转速曲线，结合风电机组类型、风轮直径、轮毂高度信息，用于实现风电机组噪声建模。

上述技术方案中，所述升降式气象测量站包括气象测量设备，用于测量风速、风向、大气温度、湿度、气压。

上述技术方案中，所述升降式气象测量站还包括：用于精确标定测量系统的经纬度坐标、朝向及与被测风电机组的位置关系的电子罗盘与差分GPS定位设备；以及用于精确确定并指示声学测量端机所应布设的位置的激光测距及指示设备。

本发明的优点在于：

1、本发明能够保证各声学测量端机、气象测量站及风电机组运行参数测量节点之间的数据同步，同步误差小。

2、本发明支持多个声学测量端机同时进行测量，能够实现多个风电机组噪声的同时测量，可计算风电机组群的噪声分布模型。

附图说明

图1是本发明的风电机组噪声分布式测量系统的结构示意图；

图2是本发明的风电机组噪声分布式测量系统中的声学测量端机的结构示意图；

图3是了GPS同步的原理图。

具体实施方式

现结合附图对本发明作进一步的描述。

参考图1，本发明的风电机组噪声分布式测量系统包括：声学测量端机，风电机组运行参数测量节点，升降式气象测量站，无线通信基站，声信号处理中心，气象、风电机组数据处理中心以及系统控制、显示、交互中心。其中，所述的声学测量端机包括多个，一个声学测量端机被安放在一个噪声测量位置上，所述风电机组运行参数测量节点安装在风电机组上；所述声学测量端机，风电机组运行参数测量节点，升降式气象测量站通过无线方式与所述无线通信基站进行数据通信，所述声学测量端机测得的声学数据经无线通信基站到达声信号处理中心，由该中心对声学数据加以处理，所述升降式气象测量站测得的气象数据、所述风电机组运行参数测量节点测得的风电机组数据都经由无线通信基站传输到气象、风电机组数据处理中心，由该中心实现对相关数据的处理；所述系统控制、显示、交互中心用于实现对测量系统中其他模块的控制与数据传输，与用户的交互以及对所测量数据及处理结果的显示。

下面对本发明的风电机组噪声分布式测量系统中的各个部分做进一步的描述。

如图2所示，声学测量端机包括声信号采集模块、数字信号处理模块、控制模块、无线通信模块以及时钟同步模块；其中，所述声信号采集模块采集外部的声学信号，并将其转换成数字信号；所述数字信号处理模块对声信号进行增益控制、去均值等初步处理；所述的控制模块用于实现系统控制命令的接收与处理，以及对声学测量端机中其他模块的控制；所述的无线通信模块用于实现声学测量端机与外部的无线通信并发送声信号数据至测量系统中的其他模块；所述的时钟同步模块用于生成同步信号，控制端机时钟，保证分布式的各声学测量端机能够同步采集数据。

所述声信号采集模块包括用于采集声学模拟信号并对其做滤波处理的模拟信号调理单元，用于将声学模拟信号转换成数字信号的模数转换单元。该模块可通过一模块信号调理电路与一A/D转换器实现。

所述无线通信模块采用Wi-Fi增强模块实现，支持功率放大和天线增益。

所述时钟同步模块采用基于GPS系统时钟同步技术实现。在图3中给出了GPS同步的原理图。端机接收到GPS时钟信号之后进行两种处理保证时钟同步：（1）GPS时钟信号解析之后直接控制端机的信号采集时钟信号，统一设置为上升沿，从而能够保证信号采集同步；（2）GPS时钟信号解析后发送到声信号采集模块，声信号采集模块对已采集数据按照一定时间间隔记录时标，时标信息与数据一起通过无线通信模块发送至系统，从而能够得到数据采集的准确时间。

在本实施例中，所述无线通信基站为Wi-Fi基站，在其他实施例中也可采用其他的无线通信方式，如GPRS、CDMA等。

升降式气象测量站通常安装于车载控制中心，采用自动升降方式调节高度，最大高度10m。升降式气象测量站中的气象测量设备安装于气象桅杆的顶部，能够以1-10Hz的频率测量风速、风向、大气温度、湿度、气压等参数。

根据风电噪声测量标准IEC61400-11中测量系统的气象站（风向风速仪）及传声器应该随风向的改变而改变的要求，升降式气象测量站还具备以下设备和功能：

1）电子罗盘与差分GPS定位设备，该设备用于精确标定测量系统的经纬度坐标、朝向及与被测风电机组的位置关系。

2）激光测距及指示设备，该设备可根据国家标准的要求，精确确定并指示声学测量端机所应布设的位置。

所述风电机组运行参数测量节点包括电功率传感器、转速传感器、桨距角传感器、偏航角传感器，用于测量风电机组的功率、风轮转速及桨叶角度等参数。

所述声信号处理中心对声学测量端机的数据进行处理，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，构造声压频谱曲线图等，并进一步计算标准中提到的可选测量参数，如指向性、低频噪声、脉冲性等。

所述气象、风电机组数据处理中心对气象数据处理包括按照采样频率要求记录风速、风向、大气温度、气压，根据标准要求估算每次测量中的风向范围（平均1min周期），估算湍流强度等。风电机组数据处理包括记录测量期间风电机组的功率曲线，转速曲线等，结合风电机组类型、风轮直径、轮毂高度等信息用于风电机组噪声建模。

作为一种优选实现方式，在本实施例中，本发明的风电机组噪声分布式测量系统包括有对气象数据进行检测的升降式气象测量站。在其他实施例中，作为一种简化装置，本发明的风电机组噪声分布式测量系统也可以不包含升降式气象测量站，此时气象、风电机组数据处理中心仅需对风电机组数据进行处理。

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 (10)

1.一种风电机组噪声分布测量系统，其特征在于，包括声学测量端机，风电机组运行参数测量节点，无线通信基站，声信号处理中心，气象、风电机组数据处理中心以及系统控制、显示、交互中心；其中，

所述的声学测量端机包括多个，一个声学测量端机被安放在一个噪声测量位置上，所述风电机组运行参数测量节点安装在风电机组上；所述声学测量端机，风电机组运行参数测量节点通过无线方式与所述无线通信基站进行数据通信，所述声学测量端机测得的声学数据经所述无线通信基站到达第一处理中心，由该中心对声学数据加以处理；所述风电机组运行参数测量节点测得的风电机组数据经由所述无线通信基站传输到第二处理中心，由该中心实现对风电机组数据的处理；所述系统控制、显示、交互中心用于实现对测量系统中其他模块的控制与数据传输，与用户的交互以及对所测量数据及处理结果的显示。

2.根据权利要求1所述的风电机组噪声分布测量系统，其特征在于，还包括升降式气象测量站，所述升降式气象测量站测得气象数据后，将所述气象数据通过所述无线通信基站传输到所述第二处理中心，由所述第二处理中心实现对气象数据的处理。

3.根据权利要求1或2所述的风电机组噪声分布测量系统，其特征在于，所述声学测量端机包括声信号采集模块、数字信号处理模块、控制模块、无线通信模块以及时钟同步模块；其中，

所述声信号采集模块采集外部的声学信号，并将其转换成数字信号；所述数字信号处理模块对声信号进行初步处理；所述的控制模块用于实现系统控制命令的接收与处理，以及对声学测量端机中其他模块的控制；所述的无线通信模块用于实现声学测量端机与外部的无线通信，并发送声信号数据至测量系统中的其他模块；所述的时钟同步模块用于生成同步信号，控制端机时钟，保证分布式的各声学测量端机能够同步采集数据。

4.根据权利要求3所述的风电机组噪声分布测量系统，其特征在于，所述声信号采集模块包括用于采集声学模拟信号并对其做滤波、放大处理的模拟信号调理单元，用于将声学模拟信号转换成数字信号的模数转换单元。

5.根据权利要求3所述的风电机组噪声分布测量系统，其特征在于，所述无线通信模块采用Wi-Fi增强模块实现，支持功率放大和天线增益。

6.根据权利要求3所述的风电机组噪声分布测量系统，其特征在于，所述时钟同步模块采用基于GPS系统时钟同步技术实现，包括：在GPS时钟信号解析之后直接控制声学测量端机的信号采集时钟信号，统一设置为上升沿；或GPS时钟信号解析后发送到声信号采集模块，由所述声信号采集模块对已采集数据按照一定时间间隔记录时标，所述时标信息与数据一起通过所述无线通信模块发送至系统。

7.根据权利要求1或2所述的风电机组噪声分布测量系统，其特征在于，所述第一处理中心对声学测量端机测得的声学数据进行处理，包括测量风电机组的A计权声压级、视在声功率级、1/3倍频程分析，构造声压频谱曲线图，还包括进一步计算包括指向性、低频噪声、脉冲性在内的可选测量参数。

8.根据权利要求1或2所述的风电机组噪声分布测量系统，其特征在于，所述第二数据处理中心用于对风电机组数据进行处理，包括：记录测量期间风电机组的功率曲线，转速曲线，结合风电机组类型、风轮直径、轮毂高度信息，用于实现风电机组噪声建模。

9.根据权利要求2所述的风电机组噪声分布测量系统，其特征在于，所述升降式气象测量站包括气象测量设备，用于测量风速、风向、大气温度、湿度、气压。

10.根据权利要求9所述的风电机组噪声分布测量系统，其特征在于，所述升降式气象测量站还包括：用于精确标定测量系统的经纬度坐标、朝向及与被测风电机组的位置关系的电子罗盘与差分GPS定位设备；以及用于精确确定并指示声学测量端机所应布设的位置的激光测距及指示设备。