CN113064146B - 一种用于风电功率预测声雷达的防护装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

一种用于风电功率预测声雷达的防护装置，属于声雷达防护技术领域。包括平台、雷达控制箱、相控阵列、双层四棱锥防护罩、外层防护罩、加热装置及控制装置，雷达控制箱和相控阵列为一体化结构，安装在所述平台上，相控阵列置于雷达控制箱顶部；双层四棱锥防护罩设置于雷达控制箱上方，锥底端固定在所述相控阵列边缘；外层防护罩为倒四棱锥结构，套置在双层四棱锥防护罩外周，通过其安装架安装在平台上，在外层防护罩内边缘设置有至少一组温、湿度传感器；加热装置沿外层防护罩顶部四边边缘设置四组；控制装置分别连接温、湿度传感器和加热装置，根据接收到的温度、湿度数据进行分析处理，并控制加热装置工作。保证声雷达正常运行，实现精准测风。

Description

一种用于风电功率预测声雷达的防护装置及控制方法

技术领域

本发明属于声雷达防护技术领域，特别是涉及一种用于风电功率预测声雷达的防护装置及控制方法。

背景技术

近年来风力发电的快速发展，对测风技术也提出了更高的要求。作为一种新兴的测风技术，声雷达测风因其探测范围广、可靠性高、易用性好、成本低、性价比高等优点，得到了大力推广和应用。面对极端恶劣的天气，如冰冻、暴雨，声雷达测风虽然不会像测风塔那样出现倒塔事故，但其测风的精度将会受到影响，严重的可能无法正常工作。已有技术在吸音板背面加热，表面结冰，背面加热，热传导效率低，除冰效果一般，更重要的是无法对防护罩进行加热，防护罩处于低温裸露状态，自身为片状结果，散热快，导致温度断崖式下跌。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本发明提供一种用于风电功率预测声雷达的防护装置及控制方法，实时检测冰冻和温度、针对冰冻、暴雨的恶劣天气，充分利用红外线加热技术对吸音板和防护罩进行加热，防护罩采用优选材料制造，有利于吸收红外线，并防水防砂，又尽量减少声雷达的衰减。红外线加热具有定向性好，热效率高，热惯性小，温度控制响应快等优点，通过调整加热功率，达到动态平衡，防止防护罩的温度波动太大。解决声雷达冰冻、防水防砂问题，保证声雷达正常运行，实现精准测风。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明一种用于风电功率预测声雷达的防护装置，包括平台、雷达控制箱、相控阵列、双层四棱锥防护罩、外层防护罩、加热装置及控制装置，

所述雷达控制箱和相控阵列为一体化结构，安装在所述平台上，所述相控阵列置于雷达控制箱顶部；

所述双层四棱锥防护罩设置于雷达控制箱上方，锥底端固定在所述相控阵列边缘；

所述外层防护罩为倒四棱锥结构，套置在双层四棱锥防护罩外周，通过其安装架安装在平台上，在所述外层防护罩内边缘设置有至少一组温、湿度传感器；

所述加热装置沿外层防护罩顶部四边边缘设置四组；

所述控制装置分别连接温、湿度传感器和加热装置，根据接收到的温度、湿度数据进行分析处理，并控制加热装置工作。

优选的，所述加热装置包括聚光罩、红外加热棒和加热棒调解件，所述聚光罩为凹槽型结构，在聚光罩凹槽内设置红外加热棒，所述红外加热棒两端分别通过加热棒调解件安装在聚光罩凹槽底部顶罩上，通过加热棒调解件调整红外加热棒与聚光罩顶罩的距离。

优选的，所述聚光罩由顶罩两侧通过转轴对称连接侧罩构成，所述侧罩沿转轴转动调节顶罩和侧罩间的角度。

优选的，所述聚光罩的顶罩和侧罩材质均为光亮铝板。

优选的，所述加热棒调解件包括外套管和调节套管，所述外套管安装在聚光罩外的顶罩端，调节套管一端连接加热棒，另一端套置在外套管内，外套管侧面开有顶丝孔，调节加热棒和顶罩距离后，通过外套管上安装顶丝固定调节套管。

优选的，所述控制装置包括控制器、云端通讯模块、集控中心、所述温、湿度传感器，控制器和云端通讯模块均安装在雷达控制箱内，控制器分别连接温、湿度传感器和加热装置，控制器对接收到的温度、湿度数据进行分析处理，并控制加热装置工作；控制器通过云端通讯模块分别与NWP气象数据、集控中心通讯，通过云端通讯模块获取NWP气象数据，并与集控中心进行通讯，接收集控中心的信息，并把现场监测的温度、湿度发送给集控中心。

优选的，所述温度传感器和湿度传感器设置1-4组，设置1组时，设置在外层防护罩下部的内侧边缘处背光的一侧；设置多组时，按照如下顺序设置在背光侧、背光侧的两相邻侧、对光侧，用于实时检测外层防护罩的温度和湿度，并传递给控制器。

优选的，所述双层四棱锥防护罩采用黑色，且与红外加热棒的光谱相近的材料。

所述用于风电功率预测声雷达的防护装置的控制方法，

构建加热功率与温度、湿度的关系模型：

P＝(T-t1)*(s1-S)*K；

其中，T为结冰温度0-5℃，S为结冰湿度，即当湿度大于S时会出现凝霜结冰；

根据云端通讯模块获取的NWP气象数据及外层防护罩内的温度、湿度信息，控制器对接收到的温度、湿度数据进行分析处理：当温度低于T时，且湿度大于S，开始加热，防止结冰；

当温度不低于T，或湿度不大于S时，如果NWP数据中的未来温度t2低于T时，且未来湿度s2大于S，对防护罩提前进行预加热；

当加热装置启动加热后，实时比较现场温度t1，当t1>T_高时，立即停止加热，防止防护罩温度过高；

其中：K：功率放大系数；T：人工设定温度；S：人工设定湿度；T_高：人工设定停止加热温度；t1:现场检测温度；s1:现场检测湿度；t2：NWP数据未来温度；s2：NWP数据未来湿度。

本发明的有益效果为：

1.本发明通过在平台上设置一体化结构的雷达控制箱和相控阵列，其外周依次套置双层四棱锥防护罩和外层防护罩，沿外层防护罩顶部四边边缘设置四组加热装置，在所述外层防护罩内边缘设置有至少一组温、湿度传感器，控制装置分别连接温、湿度传感器和加热装置，根据接收到的温度、湿度数据进行分析处理，并控制加热装置工作。结构简单，使用方便，温度控制响应快，解决声雷达冰冻、防水防砂问题，保证声雷达正常运行，实现精准测风。

2.本发明利用云端通讯模块获取NWP气象数据(温度、湿度)，控制红外线加热，四面可单独控制，灵活精准。如果温度高，则触发保护，停止加热。红外线加热具有定向性好，热效率高，热惯性小，温度控制响应快等优点，解决声雷达冰冻、防水防砂问题。

3.本发明的加热装置包括聚光罩、红外加热棒和加热棒调解件，所述聚光罩为可调节的凹槽型结构，在聚光罩凹槽内设置可调高度的红外加热棒，可以调节加热温度。且在所述聚光罩的顶罩和侧罩材质均为光亮铝板，加强聚热效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的聚光罩示意图；

图3为图2的左视示意图；

图4为图2的俯视示意图；

图5为本发明的温度控制结构示意图；

图6为本发明的控制方法流程图。

图中：1.平台，2.雷达控制箱，3.外层防护罩安装架，4.双层四棱锥防护罩，5.相控阵列，6.外层防护罩，7.加热装置，8.传感器，9.聚光罩，91侧罩Ⅰ，92顶罩，93侧罩Ⅱ，94转轴，10.红外加热棒，11.加热棒调整件。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：如图1所示，一种用于风电功率预测声雷达的防护装置，包括平台1、雷达控制箱2、相控阵列5、双层四棱锥防护罩4、外层防护罩3、加热装置7及控制装置；

所述雷达控制箱2和相控阵列5为一体化结构，通过螺栓安装在所述平台1上，所述相控阵列5置于雷达控制箱2顶部，相控阵列5为现有结构，用于发射声波，声雷达通过声波测风。

本例所述双层四棱锥防护罩4，设置于雷达控制箱2上方，锥底端通过螺栓固定在所述相控阵列5边缘；所述的双层四棱锥防护罩4的底部边缘重合，棱锥的顶点在同一垂线上。

所述外层防护罩6为倒四棱锥结构，套置在双层四棱锥防护罩4外周，通过其安装架3安装在平台1上，在所述外层防护罩6内边缘设置有至少一组温、湿度传感器；

所述加热装置7沿外层防护罩6顶部四边边缘设置四组；

所述控制装置分别连接温、湿度传感器和加热装置7，根据接收到的温度、湿度数据进行分析处理，并控制加热装置7工作。

如图2-图4所示，所述加热装置7包括聚光罩9、红外加热棒10和加热棒调解件11，所述聚光罩9为凹槽型结构，在聚光罩9凹槽内设置红外加热棒10，所述红外加热棒10两端分别通过加热棒调解件11安装在聚光罩9凹槽底部顶罩92上，通过加热棒调解件11调整红外加热棒10与聚光罩顶罩92的距离。

所述聚光罩9由顶罩92两侧通过转轴94对称连接侧罩Ⅰ91、侧罩Ⅱ93构成，所述侧罩Ⅰ91、侧罩Ⅱ93分别沿转轴94转动调节顶罩92和两侧罩间的角度。本例侧罩相对转轴94转动需要的角度后通过支杆固定；或者转轴94圆周上开有多个卡槽，侧罩上带有卡扣，转动侧罩至需要的角度时，通过卡扣置于卡槽内固定，均是采用现有结构，在此不再赘述。

所述聚光罩9的顶罩92和侧罩Ⅰ91、侧罩Ⅱ93材质均为光亮铝板。

所述加热棒调解件11包括外套管和调节套管，所述外套管安装在聚光罩9外的顶罩92端，调节套管一端连接红外加热棒10，另一端套置在外套管内，调节套管在外套管内伸缩，外套管开有带螺丝扣的螺丝孔，调节红外加热棒10和顶罩92距离后，锁紧螺栓拧在螺丝孔上，锁紧螺栓顶端压紧调节套管。

通过侧罩Ⅰ91、侧罩Ⅱ93的角度调整和红外加热棒10和顶罩92距离的调整，利用光的反射原理，调整红外加热棒10的加热范围。

如图5所示，所述控制装置包括控制器、云端通讯模块、集控中心和温、湿度传感器，控制器和云端通讯模块均安装在雷达控制箱2内，控制器分别连接温、湿度传感器和加热装置7，控制器对接收到的温度、湿度数据进行分析处理，并控制加热装置7工作；控制器通过云端通讯模块分别与NWP气象数据、集控中心通讯，通过云端通讯模块获取NWP气象数据，并与集控中心进行通讯，接收集控中心的信息，并把现场监测的温度、湿度发送给集控中心。

所述温度传感器和湿度传感器设置1-4组，设置1组时，设置在外层防护罩6下部的内侧边缘处背光的一侧；设置多组时，按照如下顺序设置在背光侧、背光侧的两相邻侧、对光侧；本例设置4组，分别沿外层防护罩6下部边缘的内周对称设置，用于实时检测外层防护罩的温度和湿度，并传递给控制器。

本例所述双层四棱锥防护罩4采用黑色，且与红外加热棒10的光谱相近的材料。本例所述的红外加热棒10采用红外石英管，与聚光罩9配合使用，石英管内充惰性气体对加热元件——钨丝进行保护。其辐射波长集中在5μm以上的波段内，用于远红外辐射加热。水对此波段内的红外线吸收率比较高。所述的双层四棱锥防护罩4采用黑色RT涤粘混纺材料，防雨透气，粘胶纤维的混入，改善了织物的透气性，利用声波的传递。

如图6所示，本例所述用于风电功率预测声雷达的防护装置的控制方法：

构建加热功率与温度、湿度的关系模型：

P＝(T-t1)*(s1-S)*K；

其中，T为结冰温度0-5℃，S为结冰湿度，即当湿度大于S时会出现凝霜结冰；基于三者的关系模型进行红外线加热功率控制，加热功率与温度差和湿度差正相关，温度差和湿度差越大加热功率越大；使外层防护罩6内的温度达到动态平衡，大于结冰温度；即：使外层防护罩6的温度在设定的温度范围内；

根据云端通讯模块获取的NWP气象数据及外层防护罩6内的温度、湿度信息，控制器对接收到的温度、湿度数据进行分析处理：当温度低于T时，且湿度大于S，开始加热，防止结冰；

当温度不低于T，或湿度不大于S时，如果NWP数据中的未来温度t2低于T时，且未来湿度s2大于S，对防护罩提前进行预加热；

当加热装置启动加热后，实时比较现场温度t1，当t1>T_高时，立即停止加热，防止防护罩温度过高；

其中：K：功率放大系数；T：人工设定温度；S：人工设定湿度；T_高：人工设定停止加热温度；t1:现场检测温度；s1:现场检测湿度；t2：NWP数据未来温度；s2：NWP数据未来湿度。

本例的加热装置7是通过利用占空比方法(电压不变，光谱不变，调解电源输出时间长短)调节总发热功率。多个加热装置7采用分别开启关闭每个加热装置的方式调解总发热功率。

可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于风电功率预测声雷达的防护装置，其特征在于：包括平台、雷达控制箱、相控阵列、双层四棱锥防护罩、外层防护罩、加热装置及控制装置，

所述雷达控制箱和相控阵列为一体化结构，安装在所述平台上，所述相控阵列置于雷达控制箱顶部；

所述双层四棱锥防护罩设置于雷达控制箱上方，锥底端固定在所述相控阵列边缘；

所述外层防护罩为倒四棱锥结构，套置在双层四棱锥防护罩外周，通过其安装架安装在平台上，在所述外层防护罩内边缘设置有至少一组温、湿度传感器；

所述加热装置沿外层防护罩顶部四边边缘设置四组；

所述控制装置分别连接温、湿度传感器和加热装置，根据接收到的温度、湿度数据进行分析处理，并控制加热装置工作；

所述加热装置包括聚光罩、红外加热棒和加热棒调解件，所述聚光罩为凹槽型结构，在聚光罩凹槽内设置红外加热棒，所述红外加热棒两端分别通过加热棒调解件安装在聚光罩凹槽底部顶罩上，通过加热棒调解件调整红外加热棒与聚光罩顶罩的距离。

2.根据权利要求1所述用于风电功率预测声雷达的防护装置，其特征在于：所述聚光罩由顶罩两侧通过转轴对称连接侧罩构成，所述侧罩沿转轴转动调节顶罩和侧罩间的角度。

3.根据权利要求1所述用于风电功率预测声雷达的防护装置，其特征在于：所述聚光罩的顶罩和侧罩材质均为光亮铝板。

4.根据权利要求1所述用于风电功率预测声雷达的防护装置，其特征在于：所述加热棒调解件包括外套管和调节套管，所述外套管安装在聚光罩外的顶罩端，调节套管一端连接红外加热棒，另一端套置在外套管内，外套管侧面开有顶丝孔，调节加热棒和顶罩距离后，通过外套管上安装顶丝固定调节套管。

5.根据权利要求1所述用于风电功率预测声雷达的防护装置，其特征在于：所述控制装置包括控制器、云端通讯模块、集控中心、所述温、湿度传感器，控制器和云端通讯模块均安装在雷达控制箱内，控制器分别连接温、湿度传感器和加热装置，控制器对接收到的温度、湿度数据进行分析处理，并控制加热装置工作；控制器通过云端通讯模块分别与NWP气象数据、集控中心通讯，通过云端通讯模块获取NWP气象数据，并与集控中心进行通讯，接收集控中心的信息，并把现场监测的温度、湿度发送给集控中心。

6.根据权利要求1所述用于风电功率预测声雷达的防护装置，其特征在于：所述温度传感器和湿度传感器设置1-4组，设置1组时，设置在外层防护罩下部的内侧边缘处背光的一侧；设置多组时，按照如下顺序设置在背光侧、背光侧的两相邻侧、对光侧，用于实时检测外层防护罩的温度和湿度，并传递给控制器。

7.根据权利要求1所述用于风电功率预测声雷达的防护装置，其特征在于：所述双层四棱锥防护罩采用黑色，且与红外加热棒的光谱相近的材料。

8.采用如权利要求1-7任一项所述用于风电功率预测声雷达的防护装置的控制方法，其特征在于：

构建加热功率与温度、湿度的关系模型：

P=( T-t1)*(s1-S)* K；

其中，T为结冰温度0-5℃，S为结冰湿度，即当湿度大于S时会出现凝霜结冰；

根据云端通讯模块获取的NWP气象数据及外层防护罩内的温度、湿度信息，控制器对接收到的温度、湿度数据进行分析处理：当温度低于T时，且湿度大于S，开始加热，防止结冰；

当温度不低于T，或湿度不大于S时，如果NWP数据中的未来温度t2低于T时，且未来湿度s2大于S，对外层防护罩提前进行预加热；

当加热装置启动加热后，实时比较现场温度t1，当t1>T_高时，立即停止加热，防止外层防护罩温度过高；

其中：K：功率放大系数；T：人工设定温度；S：人工设定湿度；T_高：人工设定停止加热温度；t1:现场检测温度；s1:现场检测湿度；t2：NWP数据未来温度；s2：NWP数据未来湿度。