CN113757050A - 一种风电场噪声监测控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风电场噪声监测控制系统及方法，通过监测单元、信号传输单元A、信号传输单元B、控制器A、控制器B和主控系统组成的监测系统实时监测敏感区域噪声是否超过阈值，并根据等效声压级选取相应降噪等级，保证敏感点噪声声压级达标，降低机组功率损失，使风电机组降噪‑发电量达到最佳平衡状态。

Description

一种风电场噪声监测控制系统及方法

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，特别涉及一种风电场噪声监测控制系统及方法。

背景技术

近些年来，随着风资源丰富、广袤无人区域风场开发殆尽，风电机组向人员比较聚集的地方发展。风电机组运行时由于传动链机械振动、叶片扫风等因素，会产生大量的噪声，而其中又以叶片的低频噪声能量大，传播远，对风电场附近的工作生活的人员影响很大。已有研究表明叶片扫风产生的气动噪声近似与风轮转速的五次方成正比，因此降低风轮转速可有效降低风力机组噪声。

在机组平台已经确定的情况下，只能通过控制策略实现风轮转速的降低。现有技术通过仿真计算得到敏感区域的噪声值并对超标值进行判定，根据判定结果直接限定靠近敏感点区域的机组的风轮转速，以保证敏感点噪声在声环境功能区阈值内。

但是，这种方法基于仿真理论得到敏感区域机组影响下的噪声值，没有考虑到在实际风电场复杂的环境下，不同地形、植被覆盖、建筑物等对机组噪声的影响，不能反映实际环境及实时条件下敏感区域噪声是否超标，以及噪声超标量的大小，导致所实施的降噪运行模式无法满足降噪需求或者导致机组发电量的过度损失。

例如，一种在中国专利文献上公开的“一种公路噪声监测系统”，其公告号CN208833368U，包括底座、高度调整装置、噪声采集朝向调整装置以及噪声采集装置；噪声采集装置置于噪声采集朝向调整装置内部；噪声采集朝向调整装置通过高度调整装置设置在底座上；噪声采集朝向调整装置可绕高度调整装置的轴向转动，提供了一种可根据实际使用环境实时调节噪声采集点的高度和朝向以及确保公路噪声监测效果的公路噪声监测系统。然而风电场的环境相较于公路更加复杂，且存在更多的杂音，若是噪声监测控制系统无法准确判断风电场噪声的来源，则无法满足风电场的降噪需求，而且仍然可能会导致机组发电量过度损失。

发明内容

本发明主要针对现有噪声监测控制系统无法适应实际风电场的复杂环境，不能反映实际环境及实时条件下敏感区域噪声是否超标，以及噪声超标量的大小，导致所实施的降噪运行模式无法满足降噪需求或者导致机组发电量的过度损失的问题；提供了一种风电场噪声监测控制系统及方法，通过监测单元、信号传输单元A、信号传输单元B、控制器A、控制器B和主控系统组成的监测系统实时监测敏感区域噪声是否超过阈值，并根据等效声压级选取相应降噪等级，保证敏感点噪声声压级达标，同时降低机组发电量的损失，适用于实际风电场的复杂环境。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种风电场噪声监测控制系统，包括：

监测单元，用于监测风场靠近敏感区域一侧的噪声信号并进行数据处理与计算；

信号传输单元，信号传输单元与控制器连接，对噪声数据进行发送与接收；

控制器A，用于判断敏感区域噪声级是否符合环境标准，在确定相关判别指令后控制信号传输单元启停机；

控制器B，用于判断敏感区域噪声超标的原因，并根据噪声超标原因选择降噪运行模式；

主控系统，向控制器B传输机组信息并执行指令。

实时监测敏感区域噪声是否超过阈值，并根据等效声压级选取相应降噪等级，保证敏感点噪声声压级达标，同时降低机组发电量的损失，适用于实际风电场的复杂环境。

作为优选，所述监测单元包括传声器、信号采集卡与信号处理器；其中，

传声器安装于固定支架上，置于所述风场靠近敏感区域一侧；

信号采集卡与所述传声器连接，用于采集与存储数据；

信号处理器与所述信号采集卡连接，用于计算敏感区域噪声的等效连续声压级；

所述传声器为心型麦克风，用于接收来自其前方及两侧的声音，降低敏感区域自身噪声的干扰。

心型麦克风的信号接收范围大于普通麦克风，能够为监测单元提供更准确的实时噪声数据并真实反映实际风电场的状况。传声器安装在靠近敏感区域一侧方便传声器能够收集到更准确的风电场噪声信息数据，减小了旁侧噪声数据的干扰。

作为优选，所述信号传输单元包括信号传输单元A和信号传输单元B，信号传输单元A和信号传输单元B均包括信号发送与接收模块；所述信号传输单元受控制器的指令控制，并互相传输相关讯息；其中，

信号传输单元A与所述控制器A连接，所述信号传输单元A的信号发送模块受所述控制器A指令启停，用于发送敏感区域噪声值，接收信号传输单元B信息；

所述信号传输单元A的接收模块用于接收所述信号传输单元B的发送模块信息并传递给所述控制器A；

信号传输单元B与所述控制器B连接，所述信号传输单元B的信号发送模块受所述控制器B指令启停，用于接收信号传输单元A发送信息，发送机组控制指令信息；

所述信号传输单元B的接收模块用于接收所述信号传输单元A的发送模块信息并传递给所述控制器B；

所述信号传输单元之间以无线方式进行信号通讯。

使用不同的控制器传输不同的信号，根据信号控制控制器的启停，并通过固定的控制器发送固定信号，保证信号不受干扰。

作为优选，所述控制器A包括工况判别模块、阈值判断模块、逻辑判断模块及触发模块；其中，

所述工况判别模块用于判断当前时间所属夜间或昼间；

所述阈值判断模块用于接收所述工况判别模块的信息及声压级信息，判断声压级是否超标；所述声功能区噪声阈值依据敏感区域的声功能区分类确定；

所述逻辑判断模块用于接收机组的反馈信息，并传输给所述触发模块；

所述触发模块根据所述阈值判断模块与所述逻辑判断模块的指令，控制所述信号发送模块的启停；

所述控制器A与所述信号处理器相连，所述控制器A与信号传输单元A相连，用于判断声压级是否超出阈值，控制所述信号传输单元A的运行。

根据不同的声级和阈值判断最终逻辑指令，并控制信号发送的启停，能够根据实际情况调整阈值，使监测控制系统适应实际环境。

作为优选，其特征在于，所述控制器B设置在机组底部，用于接收所述信号传输单元B发送的数据与主控信息；所述控制器B包括信息存储模块、警情判断模块、模式选择模块及指令模块；其中，

所述信号存储模块与所述主控、所述信号传输单元B连接，用于存储敏感区域声压级、机组参数信息及运行信息；

所述警情判断模块与信号存储模块连接，用于数据计算及判断敏感区域噪声超标是否由机组引起，并给出警告或虚警信息；

所述模式选择模块与所述警情判断模块、所述指令模块相连，用于选择机组降噪等级与发送指令；

所述指令模块用于执行所述警情判断模块与所述模式选择模块指令，并发送给所述主控系统启动相应降噪运行模式，当达到对应停止条件时，机组恢复正常运行模式；用于传递虚警信息给所述信息传输单元B；

所述机组降噪共六个等级，等级一至五其降噪分贝值由低到高，所述机组发电量损失由低至高，等级六为机组停机状态。

主控系统根据警情判断模块来判断指令，并且启动相应的降噪运行模式，并且根据现实中机组噪声分贝分为不同等级，方便控制且能够轻易的适用于不同环境下的噪声测量和降噪判断。

一种风电场噪声监测控制方法，采用上述的一种风电场噪声监测控制系统，所述监测控制方法的具体实施步骤如下：

步骤201、在风电场于敏感点区域内，靠近敏感点一侧安装噪声监测单元，实时采集噪声数据并对数据进行统计分析，根据不同敏感点的噪声阈值进行判断，符合启动条件则控制信号传输单元启动运行；

步骤202、监测风电场风电机组的运行状况数据，判断敏感区域噪声超标是否由机组引起；若判断结果是由机组造成的，则依据噪声超标值控制主控系统启动降噪运行模式，直至达到对应停止条件，恢复机组正常运行模式；

步骤203、若判断结果不是由机组造成的，则反馈判断结果，控制所述信号传输单元停止发送信号，直至达到对应启动条件，恢复信号传输。

根据实际采集到的噪声数据统计并判断是否是由机组引起噪声，并针对性的进行降噪处理直至恢复正常，满足降噪需求，并避免机组发电量的损失。

作为优选，所述噪声监测单元对采集的噪声数据进行统计，取时间长度为T的数据进行等效连续声压级的计算，选定具体的时间周期能够保证不同时段的信号能够被采集并统计、区分。

作为优选，所述敏感区域的噪声阈值根据声环境质量标准中规定的声环境功能区的划分确定，并依据所述敏感区域当地规定的昼夜时间进行阈值设定。根据地区的不同能够改变阈值的设定，使监测控制系统适配于不同的环境。

作为优选，所述信号传输单元接收控制器指令进行运行与待机；所述控制器指令依据所述敏感区域噪声声压级、接收信号进行判断；其中，

昼间，所述控制器判断等效连续声压级是否大于昼间声功能区噪声阈值;

夜间，所述控制器判断等效连续声压级是否大于夜间声功能区噪声阈值;

当所述敏感区域噪声声压级及接收信号均符合条件时，所述控制器发送运行指令，否则则发送停止指令。

连续判断噪声状态，保证实时降噪。

作为优选，所述机组运行状态信息包括机组的启停状态、监测风速、风轮转速，依据所述运行信息判断，控制降噪运行模式的启停；

所述信息判断包括所述机组的预测敏感区域噪声曲线与所述敏感点噪声声压级差值，依据所述差值是否超过设定误差阈值启停降噪运行模式；

所述降噪模式的选择由所述控制器依据所述敏感点噪声声压级及阈值的差值进行选择，并控制所述主控系统依据模式运行。

根据信息判断来决定降噪运行模式，使该风电场噪声监测控制系统能够更加适应实际环境中的各种情况，并且准确识别机组噪声并避免因模式选择错误导致的机组发电量的损失。

本发明的有益效果是：

通过监测单元、信号传输单元A、信号传输单元B、控制器A、控制器B和主控系统组成的监测系统实时监测敏感区域噪声是否超过阈值，并根据等效声压级选取相应降噪等级，保证敏感点噪声声压级达标，同时降低机组发电量的损失，适用于实际风电场的复杂环境。

附图说明

结合下面附图及具体实施方式可以更好地理解本发明。

图1为本发明实施案例提供的外部噪声监测控制系统示意图；

图2为本发明实施案例提供的内部噪声监测控制系统示意图；

图3为本发明实施案例提供的风电场噪声监测控制方法流程图；

附图标记说明：

101-敏感区域；

102-监测单元；1021-传感器，1022-信号采集卡，1023-信号处理器；

103-控制器A；1031-工况判别模块，1032-阈值判断模块，1033-逻辑判断模块，1034-信号触发模块；

104-信号传输单元A；1041-信号发送模块，1042-信号接收模块；

105-风电机组；

106-信号传输单元B；1061-信号发送模块，1062-信号接收模块；

107-控制器B；1071-信号存储模块，1072-警情判断模块，1073-模式选择模块，1074-指令模块；

108-主控系统。

具体实施方式

下面将详细介绍本发明实施例的示例性实施例。在下面的描述中提供了更具体的细节信息，以便提供对本发明实施例的全面理解。

本发明实施例提供一种风电场噪声监测控制系统。该噪声监测与控制系统能够实时监控敏感区域噪声声压级，通过无线信号传输与判断启动机组降噪运行模式，从而控制噪声敏感区域噪声级，消除敏感点区域噪声干扰，同时多级降噪模式的选取避免了固定降噪运行模式带来的能量过度损失。

如图1所示，风电场噪声监测控制系统包括靠近敏感区域101的监测单元102、控制器A103及信号传输单元A104，在机组105塔底的信号传输单元B106、控制器B107及主控系统108；可实现敏感区域噪声的监测及机组降噪运行模式的控制选择。

如图1所示，监测单元102包括传声器1021、信号采集卡1022与处理器1023；传声器1021可以安装在离地高度1.2米的固定支架上，前端安装球形防风罩，传声器1021为心型麦克风，能够更大范围的感知到风电场内部两侧的噪声信号，用于监测敏感区域101的噪声且降低风噪影响；信号采集卡1022与传声器1021、处理器1023相连，用于存储噪声数据并将数据传输给处理器1023进行等效连续声压级的计算。监测单元102监测风场靠近敏感区域一侧的噪声信号并进行数据处理与计算。

如图1所示，信号传输单元A104包括信号发送模块1041与接收模块1042；信号传输模块B106包括信号发送模块1061与接收模块1062；信号传输单元主要用于对噪声数据进行发送与接收；信号发送模块1041受控制器A103的指令启停，用于发送噪声级数据；接收模块1042用于接收信号发送模块1061虚警信息并传递给控制器A103；信号发送模块1061受控制器107指令启停，用于发送逻辑指令；接收模块1062用于接收发送模块1041信息并传递给控制器B106；信号传输单元104、106之间以无线方式进行信号通讯。

如图1所示，控制器A103具体包括工况判断模块1031、阈值判断模块1032、逻辑判断模块1033及信号触发模块1034，用于判断敏感区域声压级是否超标并控制信号发送模块1041的启停；所述工况判别模块1031用于判断当前时间所属夜间或昼间；阈值判断模块1032用于接收所述工况判别模块1031的信息及声压级信息，判断声压级是否超标；所述逻辑判断模块1033用于接收机组的反馈信息，并传输给所述触发模块1034；所述触发模块1034根据所述阈值判断模块1032与所述逻辑判断模块1033的指令，控制所述信号发送模块1041的启停。例如，敏感区域101为一类声功能区，夜间噪声阈值为55dB，昼间噪声阈值为45dB，工况判断模块1031依据当前时间发送逻辑指令给阈值判别模块1032，阈值判断模块1032判断监测声压级是否超过阈值及逻辑判断模块1033的相关指令，将讯息发送给信号触发模块1034，触发模块1034用于控制信号发送模块1041的启停。

如图2所示，控制器B107具体包括信息存储模块1071、警情判断模块1072、模式选择模块1073及指令模块1074；控制器B107用于判断敏感区噪声超标是由机组噪声还是环境噪声引起，若是由机组噪声引起，则根据敏感区噪声级选择降噪等级模式，启动主控中的机组降噪运行模式，机组达到对应停止条件时，控制主控系统恢复正常运行模式；例如，信号存储模块1071用于存储敏感区域声压级、机组参数信息及运行信息，可能的运行信息有机舱风速、风轮转速、桨距角；警情判断模块1072用于数据计算及判断，与信息存储模块1071以获得信息进行数据计算与警情预判，与指令模块1074相连，发送判断信息；指令模块1074用于接收警情判断模块1073的指令并控制主控系统108执行所需运行模式。

图3为本发明实施例风电场噪声监测与控制的流程图示意图。如图3所示，风电场噪声监测控制方法的包括步骤201至步骤203。

在步骤201中，在风电场于敏感点区域内，靠近敏感点区域一侧安装噪声监测单元，实时采集噪声数据并对数据进行统计分析，根据不同敏感点区域的噪声阈值进行判断，符合启动条件则控制信号传输单元启动运行；

所述噪声监测单元对采集的噪声数据进行统计，取时间长度为T的数据进行等效连续声压级的计算。

在步骤202中，控制器监测风电场风电机组的运行状况数据，判断敏感区域噪声超标是否由机组引起；若判断结果是由机组造成的，则依据噪声超标值控制主控系统启动降噪运行模式，直至达到对应停止条件，恢复机组正常运行模式。

对上述判断敏感区域噪声超标是否由机组引起的判断方法，可以为：读取机组当前风速及预先存储的机组噪声数据，计算得到敏感区域的噪声预测值，与监测单元传输的实际声压级进行差值计算，若差值在合理范围内，则判定为机组引起的噪声超标。

噪声超标值为敏感区域监测声压级与敏感区域噪声阈值的差值。所述敏感区域的噪声阈值根据声环境质量标准中规定的声环境功能区的划分确定，并依据所述敏感区域当地规定的昼夜时间进行阈值设定。

所述降噪运行模式可分六个等级，等级一至五降噪量由低到高，其发电量损失亦由低到高，等级六为机组停机状态。

所述的停止条件可为机组机舱风速的某一限值，该限值由对应机组噪声曲线所决定，当风速低于该限值时，恢复机组正常运行模式。

在步骤203中，在判断敏感区域噪声超标不是由机组引起，，则反馈判断结果，控制所述信号传输单元停止发送信号，直至达到对应启动条件，恢复信号传输。

所述的启动条件与停止条件为同一限值，不同在于当风速高于该限值时，信号传输可启动，另外，启动还包括另一条件，即步骤201中判断敏感区域声压级是否超过对应声功能区阈值，方可启动信号发送功能。

所述信号传输单元接收控制器指令进行运行与待机；所述控制器指令依据所述敏感区域噪声声压级、接收信号进行判断；其中，昼间，所述控制器判断等效连续声压级是否大于昼间声功能区噪声阈值；夜间，所述控制器判断等效连续声压级是否大于夜间声功能区噪声阈值；当所述敏感区域噪声声压级及接收信号均符合条件时，所述控制器发送运行指令，否则则发送停止指令。

所述机组运行状态信息包括机组的启停状态、监测风速、风轮转速，依据所述运行信息判断，控制降噪运行模式的启停；

所述信息判断包括所述机组的预测敏感区域噪声曲线与所述敏感点噪声声压级差值，依据所述差值是否超过设定误差阈值启停降噪运行模式；

所述降噪模式的选择由所述控制器依据所述敏感点噪声声压级及阈值的差值进行选择，并控制所述主控系统依据模式运行。

Claims (10)

1.一种风电场噪声监测控制系统，其特征在于，包括：

监测单元，用于监测风场靠近敏感区域一侧的噪声信号并进行数据处理与计算；

信号传输单元，信号传输单元与控制器连接，对噪声数据进行发送与接收；

控制器A，用于判断敏感区域噪声级是否符合环境标准，在确定相关判别指令后控制信号传输单元启停机；

控制器B，用于判断敏感区域噪声超标的原因，并根据噪声超标原因选择降噪运行模式；

主控系统，向控制器B传输机组信息并执行指令。

2.根据权利要求1所述的一种风电场噪声监测控制系统，其特征在于，所述监测单元包括传声器、信号采集卡与信号处理器；其中，

传声器安装于固定支架上，置于所述风场靠近敏感区域一侧；

信号采集卡与所述传声器连接，用于采集与存储数据；

信号处理器与所述信号采集卡连接，用于计算敏感区域噪声的等效连续声压级；

所述传声器为心型麦克风，用于接收来自其前方及两侧的声音，降低敏感区域自身噪声的干扰。

3.根据权利要求1所述的一种风电场噪声监测控制系统，其特征在于，所述信号传输单元包括信号传输单元A和信号传输单元B，信号传输单元A和信号传输单元B均包括信号发送与接收模块；所述信号传输单元受控制器的指令控制，并互相传输相关讯息；其中，

信号传输单元A与所述控制器A连接，所述信号传输单元A的信号发送模块受所述控制器A指令启停，用于发送敏感区域噪声值，接收信号传输单元B信息；

所述信号传输单元A的接收模块用于接收所述信号传输单元B的发送模块信息并传递给所述控制器A；

信号传输单元B与所述控制器B连接，所述信号传输单元B的信号发送模块受所述控制器B指令启停，用于接收信号传输单元A发送信息，发送机组控制指令信息；

所述信号传输单元B的接收模块用于接收所述信号传输单元A的发送模块信息并传递给所述控制器B；

所述信号传输单元之间以无线方式进行信号通讯。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种风电场噪声监测控制系统，其特征在于，所述控制器A包括工况判别模块、阈值判断模块、逻辑判断模块及触发模块；其中，

所述工况判别模块用于判断当前时间所属夜间或昼间；

所述阈值判断模块用于接收所述工况判别模块的信息及声压级信息，判断声压级是否超标；所述声功能区噪声阈值依据敏感区域的声功能区分类确定；

所述逻辑判断模块用于接收机组的反馈信息，并传输给所述触发模块；

所述触发模块根据所述阈值判断模块与所述逻辑判断模块的指令，控制所述信号发送模块的启停；

所述控制器A与所述信号处理器相连，所述控制器A与信号传输单元A相连，用于判断声压级是否超出阈值，控制所述信号传输单元A的运行。

5.根据权利要求1或3所述的一种风电场噪声监测控制系统，其特征在于，所述控制器B设置在机组底部，用于接收所述信号传输单元B发送的数据与主控信息；所述控制器B包括信息存储模块、警情判断模块、模式选择模块及指令模块；其中，

所述信号存储模块与所述主控、所述信号传输单元B连接，用于存储敏感区域声压级、机组参数信息及运行信息；

所述警情判断模块与信号存储模块连接，用于数据计算及判断敏感区域噪声超标是否由机组引起，并给出警告或虚警信息；

所述模式选择模块与所述警情判断模块、所述指令模块相连，用于选择机组降噪等级与发送指令；

所述指令模块用于执行所述警情判断模块与所述模式选择模块指令，并发送给所述主控系统启动相应降噪运行模式，当达到对应停止条件时，机组恢复正常运行模式；用于传递虚警信息给所述信息传输单元B；

所述机组降噪共六个等级，等级一至五其降噪分贝值由低到高，所述机组发电量损失由低至高，等级六为机组停机状态。

6.一种风电场噪声监测控制方法，采用权利要求1~5中任意一项所述的一种风电场噪声监测控制系统，其特征在于，

所述监测控制方法的具体实施步骤如下：

步骤201、在风电场于敏感点区域内，靠近敏感点一侧安装噪声监测单元，实时采集噪声数据并对数据进行统计分析，根据不同敏感点的噪声阈值进行判断，符合启动条件则控制信号传输单元启动运行；

步骤202、监测风电场风电机组的运行状况数据，判断敏感区域噪声超标是否由机组引起；若判断结果是由机组造成的，则依据噪声超标值控制主控系统启动降噪运行模式，直至达到对应停止条件，恢复机组正常运行模式；

步骤203、若判断结果不是由机组造成的，则反馈判断结果，控制所述信号传输单元停止发送信号，直至达到对应启动条件，恢复信号传输。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述噪声监测单元对采集的噪声数据进行统计，取时间长度为T的数据进行等效连续声压级的计算。

8.根据权利要求6所述的一种风电场噪声监测控制方法，其特征在于，所述敏感区域的噪声阈值根据声环境质量标准中规定的声环境功能区的划分确定，并依据所述敏感区域当地规定的昼夜时间进行阈值设定。

9.根据权利要求6所述的一种风电场噪声监测控制方法，其特征在于，所述信号传输单元接收控制器指令进行运行与待机；所述控制器指令依据所述敏感区域噪声声压级、接收信号进行判断；其中，

昼间，所述控制器判断等效连续声压级是否大于昼间声功能区噪声阈值;

夜间，所述控制器判断等效连续声压级是否大于夜间声功能区噪声阈值;

当所述敏感区域噪声声压级及接收信号均符合条件时，所述控制器发送运行指令，否则则发送停止指令。

10.根据权利要求6所述的一种风电场噪声监测控制方法，其特征在于，

所述机组运行状态信息包括机组的启停状态、监测风速、风轮转速，依据所述运行信息判断，控制降噪运行模式的启停；

所述信息判断包括所述机组的预测敏感区域噪声曲线与所述敏感点噪声声压级差值，依据所述差值是否超过设定误差阈值启停降噪运行模式；

所述降噪模式的选择由所述控制器依据所述敏感点噪声声压级及阈值的差值进行选择，并控制所述主控系统依据模式运行。

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