CN115065155A - 一种基于5g通讯的风电场升压站的风险预警系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于5G通讯的风电场升压站的风险预警系统，所述风险预警系统包括服务器和数据库，所述风险预警系统还包括检测模块、安全防护模块、预警模块，所述服务器分别与所述检测模块、所述安全防护模块和预警模块连接；所述检测模块用于对升压站和风电场的环境状态进行检测，所述预警模块根据所述检测模块的检测数据，触发向控制中心发出对应等级的预警警报；所述安全防护模块根据所述预警模块的预警警报，向所述升压站和风力轮毂提供安全防护。本发明通过检测模块与安全防护模块相互配合，使得风电发电机和升压站能根据环境风险预警执行对应的防护，提升化解环境风险的能力，也进一步提升整个升压站和风电发电机组的安全。
Description
技术领域
本发明涉及风电场监控技术领域，尤其涉及一种基于5G通讯的风电场升压站的风险预警系统。
背景技术
近年来，升压站不断地推广无人值守管理模式，实现升压站的自动化，新疆地区的升压站也逐渐应用无人值班模式进行管理。
如CN102736593B现有技术公开了一种风电场群远程管控一体化平台系统，包括风电场远程监控子系统、风电功率预测子系统、视频图像监控子系统以及大屏幕投影显示子系统，各子系统通过通讯网络通信连接；风电场远程监控子系统用以实时采集风电场升压站监控、箱变监控以及风机监控的运行数据；风电功率预测子系统用以下载数值天气预报信息，接收风电场测风塔数据，进行风电场未来0-4小时超短期以及0-72小时短期风电场进行预测，并进行灾害天气预警。
另一种典型的如CN216249470U的现有技术公开的一种用于在操作期间减轻从风力涡轮机的一个或多个转子叶片抛冰的系统和方法，该方法包括监视风力涡轮机的一个或多个与冰有关的参数，当检测到冰的积累时，改变风力涡轮机的偏航位置、功率或运行速度等，但是该方法并未涉及甩冰风险预警。欧洲专利WO2018113877A1提供了有利地确定风力涡轮机的冰抛掷风险区域的方法，当确定的冰抛掷风险区域侵犯一个或多个排除区域时，则确定对风力涡轮机的一个或多个操作参数的更改，以便更改冰抛掷风险区域。该方法通过调整风电机组的运行状态来改变其甩冰风险区域，以避开预先设置的排除区域，也未涉及甩冰风险预警方面的内容。
为了解决本领域普遍存在预警手段匮乏、预警信号延迟、无法自适应调节风力发电机与升压站的通断、无法进行集群管控和无法根据环境进行预警等等问题，作出了本发明。
发明内容
本发明的目的在于，针对所存在的不足，提出了一种基于5G通讯的风电场升压站的风险预警系统。
本发明采用如下技术方案：
一种基于5G通讯的风电场升压站的风险预警系统，所述风险预警系统包括服务器和数据库，所述风险预警系统还包括检测模块、安全防护模块、预警模块，所述服务器分别与所述检测模块、所述安全防护模块和预警模块连接；
所述检测模块用于对升压站和风电场的环境状态进行检测；
所述预警模块根据所述检测模块的检测数据，触发向控制中心发出对应等级的预警警报；
所述安全防护模块根据所述预警模块的预警警报，向所述升压站和风力轮毂提供安全防护；
所述检测模块包括风力检测单元和评估单元，所述风力检测单元用于对所述升压站的风力数据进行感应；所述评估单元根据所述风力检测单元的风力数据，对升压站的风险进行评估；
所述风力检测单元包括支撑座、两组检测探头和数据存储器，所述支撑座用于对检测探头进行支撑；两组所述检测探头用于对升压站的环境风速进行采集；所述数据存储器用于存储所述检测探头所采集的数据；其中，两组所述检测探头等距正交排列在支撑座上；其中，以检测探头a、b、c、d所在的二维平面建立平面直角坐标系x-y，获取风速在x轴上的速度Vx根据下式进行计算：
式中，l为一组检测探头之间的距离；tbd为逆风状态下风速分量在x轴上的传播时间；tdb为顺风状态下风速分量在x轴上的传播时间；其中，tbd和tdb的大小由环境风力作用在检测探头的时间进行确定；
获取风速在y轴上的速度Vy根据下式进行计算：
式中，l为一组检测探头之间的距离；tac为逆风状态下风速分量在y轴上的传播时间；tca为顺风状态下风速分量在y轴上的传播时间；tac和tca的大小由环境风力作用在检测探头的时间进行确定；
根据上式计算升压站环境的风速V满足：
所述评估单元根据上式计算风力发电机转矩输出指数Transmission：
式中，S为风电轮毂扫过形成的面积；r为风电轮毂的半径；ρ为空气密度；V为升压站的环境风速；CT为转矩系数，满足：
式中，ω风电轮毂的旋转角速度。
可选的，所述预警模块包括预警单元和分析单元，所述预警单元根据所述检测模块的检测数据触发预警信号；所述分析单元根据所述预警单元的预警信号触发不同等级的预警警报；
所述预警单元获取所述转矩输出指数Transmission和监测阈值G0的大小关系，若存在：Transmission≥G0，则触发预警信号。
可选的，所述安全防护模块包括防护单元和制动单元，所述防护单元对所述升压站进行过电压保护；所述制动单元用于对所述风电发动机和风电轮毂进行制动；
所述防护单元包括电压控制器、动态钳形电路和投切器，所述电压控制器用于感测所述风电发电机输出的电压；所述动态钳形电路用于吸收瞬时产生的多余能量；所述投切器根据检测所述风力发电机输出的电压与设定值大小，将风力发电机的输电回路投切到所述动态钳形电路上。
可选的，所述制动单元包括制动钳、制动液压站、制动盘、连接管路和制动控制子单元，所述制动盘设置在所述风力发电机的输出轴上，以配合所述制动钳对所述风力发电机进行制动；所述制动钳用于抱所述制动盘以实现对所述风力发电机输出轴的制动；
所述制动液压站通过所述连接管路驱动连接，以实现向所述制动钳提供制动力；
所述制动控制子单元根据预警模块的预警警报，控制所述制动液压站对制动钳的制动。
可选的，所述检测模块还包括雷电检测单元和分析单元，所述雷电检测单元用于对所述升压站的雷电数据进行检测；所述分析单元根据所述雷电检测单元采集的数据进行分析，并对所述安全防护模块的防护时机进行调控；
所述雷电检测单元包括接收天线、雷电传感器、通信器和定位探头，所述接收天线用于接收雷电的信号；所述定位探头用于对雷电发生的位置进行定位；所述雷电传感器用于感测环境中雷电的电流数据；所述通信器将雷电传感器上的电流数据传输至所述服务器和分析单元中，以配合所述分析单元对环境中的雷电数据进行分析；
其中，雷电检测单元设置在所述升压站和风电场的环境中，以获取环境中的雷电数据。
可选的，所述分析单元获取所述升压站周围环境中的雷电发生位置与升压站的距离d的关系存在：
式中，η为雷电的发射频率；λ0为雷电的标校系数，标校系数的值与雷电传感器的传输系数和与雷电传感器连接的检测电路的增益有关，根据实验室获得，λ0的取值范围为[5.26,5.35]；Qt为雷电的平均发射能量；Qaccept为雷电发生的能量，满足：
式中，Xaccept(i)为接收天线检测到所述升压站环境中雷电的第i个信号经过窄带滤波处理得到的雷电频谱；N为接收天线检测到的信号总数量。
可选的，所述预警模块根据所述雷电检测单元与雷电的距离d，触发不同等级的预警警报。
本发明所取得的有益效果是：
1.通过检测模块与安全防护模块相互配合，使得风电发电机和升压站能根据环境风险预警执行对应的防护，提升化解环境风险的能力，也进一步的提升整个升压站和风电发电机组的安全；
2.通过显示面板显示当前的预警等级或提示信息，使得监控者能根据预警等级或提示信息执行与预警等级或提示信息相对应的防范操作；
3.通过采用检测模块与预警模块相互配合，使得预警模块根据检测模块的数据发出预警信号，促使监控者根据不同的风险等级执行对应的防范措施，提升整个系统的智能程度；
4.通过通讯模块将风电场中的各个风力发电塔的环境数据与升压站进行通信传输，以实现在出现风险的过程中，升压站能将风力发电塔的电力传输线路进行投切，以保证升压站的安全；
5.通过制动单元和防护单元的配合，使得升压站、风电发电机在出现高风险的环境中，动态调整安全防护措施，提升整个升压站和风电发电机的安全，提升整个系统的安全性，同时兼顾整个风电场的设备安全，具有较高的智能防护能力；
6.通过姿势调整模块与安全防护模块的相互配合，使得风力发电机能根据不同的风向调整风力发电机的迎风角，提升风力发电机防御过大的台风的能力，也进一步提升整个系统的安全性。
为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所提供的附图仅用于提供参考与说明，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在示出实施例的原理上。在不同的视图中，相同的附图标记指定对应的部分。
图1为本发明的整体方框示意图。
图2为本发明的检测探头的分布场景示意图。
图3为本发明的制动构件与风电发电机的输出轴的结构示意图。
图4为本发明的制动构件与风电发电机的输出轴的侧视示意图。
图5为图4中A-A处的剖视示意图。
图6为本发明的风力发电机的结构示意图。
图7为本发明的风向检测构件和感应构件、机舱的剖视示意图。
图8为本发明的位置标记盘的俯视示意图。
图9为本发明的雷电检测单元的结构示意图。
附图标号说明：1、检测探头；2、风力发电机；3、连接管路；4、输出轴；5、制动盘；6、制动钳；7、方向标；8、支撑杆；9、感应杆；10、感应探头；11、位置标记盘；12、支撑座；13、机舱；14、升压站；15、雷电检测单元；16、雷电传感器；17、天线。
具体实施方式
以下是通过特定的具体实施例来说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本发明的优点与效果。本发明可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不悖离本发明的精神下进行各种修饰与变更。另外，本发明的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘，事先声明。以下的实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本发明的保护范围。
实施例一。
根据图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8和图9所示，本实施例提供一种基于5G通讯的风电场升压站14的风险预警系统，所述风险预警系统包括服务器和数据库，所述风险预警系统还包括检测模块、安全防护模块、预警模块，所述服务器分别与所述检测模块、所述安全防护模块和预警模块连接；
所述检测模块用于对升压站14和风电场的环境状态进行检测；
所述预警模块根据所述检测模块的检测数据，触发向控制中心发出对应等级的预警警报；
所述安全防护模块根据所述预警模块的预警警报，向所述升压站14和风力轮毂提供安全防护；
所述风险预警系统还包括处理器，所述处理器分别与所述服务器、所述检测模块、安全防护模块、预警模块控制连接，并基于处理器对检测模块、安全防护模块、预警模块和服务器进行集中控制；
其中，所述检测模块与所述预警相互配合，使得所述预警模块根据所述检测模块的数据发出预警信号，促使监控者根据不同的风险等级执行对应的防范措施，提升整个系统的智能程度；
所述检测模块与所述安全防护模块相互配合，使得所述风电发电机和升压站14能根据环境风险预警执行对应的防护，提升化解环境风险的能力，也进一步的提升整个升压站14和风电发电机组的安全；
在本实施例中，所述风险预警系统还包括通讯模块，所述通讯模块用于将所述风电场中的各个风力发电塔的环境数据与升压站14进行通信传输，以实现在出现风险的过程中，所述升压站14能将风力发电塔的电力传输线路进行投切，以保证升压站14的安全；
其中，所述通讯模块包括传输单元和信号发射器，所述信号发射器用于建立所述风力发电场、各个风力发电塔和升压站14的信号传输链路；其中，所述传输链路可通过有线或无线的方式；
所述传输单元将各个风力发电塔和升压站14的状态进行交互传输，以实现对各个风力发电场和升压站14的状态数据的同步；其中，所述通讯模块采用5G技术，以利用5G技术的高速率、低时延和大连接特点，提升各个风力发电塔与所述升压站14之间的通讯能力；
其中，所述检测模块包括风力检测单元和评估单元，所述风力检测单元用于对所述升压站14的风力数据进行感应；所述评估单元根据所述风力检测单元的风力数据，对升压站14的风险进行评估；
所述风力检测单元包括支撑座12、两组检测探头1和数据存储器，所述支撑座12用于对检测探头1进行支撑；两组所述检测探头1用于对升压站14的环境风速进行采集；所述数据存储器用于存储所述检测探头1所采集的数据；其中，两组所述检测探头1等距正交排列在支撑座12上，所述检测探头1采用超声波风速传感器，以实现对升压站14、以及风力发电机2环境中的风速进行检测；
其中，以检测探头a、b、c、d所在的二维平面建立平面直角坐标系x-y，获取风速在x轴上的速度Vx根据下式进行计算：
式中，l为一组检测探头之间的距离；tbd为逆风状态下风速分量在x轴上的传播时间；tdb为顺风状态下风速分量在x轴上的传播时间；其中，tbd和tdb的大小由环境风力作用在检测探头的时间进行确定；
获取风速在y轴上的速度Vy根据下式进行计算：
式中，l为一组检测探头之间的距离；tac为逆风状态下风速分量在y轴上的传播时间；tca为顺风状态下风速分量在y轴上的传播时间；tac和tca的大小由由环境风力作用在检测探头的时间进行确定；
根据上式计算升压站环境的风速V满足：
所述评估单元根据上式计算风力发电机转矩输出指数Transmission：
式中，S为风电轮毂扫过形成的面积，其值根据风力发电机的参数获得；r为风电轮毂的半径，其值根据风力发电机的参数获得；ρ为空气密度，根据升压站或风力发电机所处的环境直接测得；V为升压站的环境风速；CT为转矩系数，满足：
式中，ω风电轮毂的旋转角速度，其值根据风力发电机的参数获得；
可选的，所述预警模块包括预警单元和分析单元，所述预警单元根据所述检测模块的检测数据触发预警信号；所述分析单元根据所述预警单元的预警信号触发不同等级的预警警报；
所述预警单元获取所述转矩输出指数Transmission和监测阈值G0的大小关系，若存在：Transmission≥G0，则触发预警信号；
所述分析单元根据下式触发不同等级的预警信号警报：
式中，G0监测阈值；Warn为标准监测预警值；κ为预警等级分类；计算得到的Worn为对应的第κ级预警等级；
对于所述监测阈值G0根据下式进行计算：
G0＝288×ρ·S·CT·r
式中，S为风电轮毂扫过形成的面积，其值根据风力发电机的参数获得；r为风电轮毂的半径，其值根据风力发电机的参数获得；ρ为空气密度，根据升压站或风力发电机所处的环境直接测得；CT为转矩系数；在本实施例中，各个所述风力发电机承受的最大风速为25m/s，超过25m/s的风速则需要停机，并将所述风电轮毂的叶片朝向风向；
所述预警模块还包括提示单元，所述提示单元用于向监控者进行提示当前的预警等级，使得所述监控者能根据预警等级执行防范操作；其中，所述防范操作包括：对风电发电机进行制动、投切各个风电发电机与升压站14的电力传输线路、调整风电发电机的风电轮毂的迎风姿势；
所述提示单元包括指示灯、警报器和显示面板，所述指示灯用于向所述监控者提示当前的预警等级；其中，所述指示灯包括红、黄、绿等多种颜色，以向监控者提示不同的预警等级；所述警报器用于向所述监控者发出提示音，以警示监控者；
另外，所述显示面板用于显示当前的预警等级或提示信息，使得监控者能根据预警等级或提示信息执行与预警等级或提示信息相对应的防范操作；
可选的，所述检测模块还包括雷电检测单元15和分析单元，所述雷电检测单元15用于对所述升压站14的雷电数据进行检测；所述分析单元根据所述雷电检测单元15采集的数据进行分析，并对所述安全防护模块的防护时机进行调控；
所述雷电检测单元15包括接收天线、雷电传感器16、通信器和定位探头，所述接收天线用于对雷电的信号；所述定位探头用于对雷电发生的位置进行定位；所述雷电传感器16用于感测环境中雷电的电流数据；所述通信器将雷电传感器16上的电流数据传输至所述服务器和分析单元中，以配合所述分析单元对环境中的雷电数据进行分析；
其中，雷电检测单元15设置在所述升压站14和风电场的环境中，以获取环境中的雷电数据；
可选的，所述分析单元获取所述升压站周围环境中的雷电发生位置与升压站的距离d的关系存在：
式中，η为雷电的发射频率；λ0为雷电的标校系数，标校系数的值与雷电电流传感器的传输系数和与雷电电流传感器连接的检测电路的增益有关，根据实验室获得，λ0的取值范围为[5.26,5.35]；Qt为雷电的平均发射能量；Qaccept为雷电发生的能量，满足：
式中，Xaccept(i)为接收天线检测到所述升压站环境中雷电的第i个信号经过窄带滤波处理得到的雷电频谱；N为接收天线检测到的信号总数量；对于如何获得雷电频谱的数据是本领域的技术人员所熟知的技术手段，本领域的技术人员可以查询相关的技术手册获知该技术，因而在本实施例中不再一一赘述；
可选的，所述预警模块根据所述雷电检测单元与雷电的距离d，触发不同等级的预警警报；
若所述雷电检测单元与雷电的距离d与监测距离D0满足：d≥D0，则触发雷电距离警报；
所述雷电距离警报的等级根据下式进行计算：
式中，C0为雷电的传播速度；t为传输时间，满足：
式中，0.01为每个投切开关执行投切时的最大响应时间；N为安全防护单元的投切开关数量；dmin为雷电安全距离；δ为阈值等级分类：计算得到的D0为对应的第δ级预警警报；
可选的，所述安全防护模块包括防护单元和制动单元，所述防护单元对所述升压站14进行过电压保护；所述制动单元用于对所述风电发动机和风电轮毂进行制动；
所述防护单元包括电压控制器、动态钳形电路和投切器，所述电压控制器用于感测所述风电发电机输出的电压；所述动态钳形电路用于吸收瞬时产生的多余能量；所述投切器根据检测所述风力发电机2输出的电压与设定值大小，将风力发电机2的输电回路投切到所述动态钳形电路上；
其中，所述防护单元根据所述雷电检测单元15的分析数据对应的预警等级，向所述处理器发出投切请求，并在所述处理器响应投切请求后，控制所述投切器将风力发电机2的输电回路投切到所述动态钳形电路上，以保护所述升压站14和各个风电发电塔之间的连接，使所述升压站14和各个风电发电塔之间完全接地，保护所述升压站14和各个风电发电塔设备的安全；
值得注意的是，不同的预警等级对应不同灵敏度的投切请求，这是本领域的技术人员所熟知的技术手段，本领域的技术人员可以查询相关的技术手册获知该技术，因而在本实施例中不再一一赘述；
可选的，所述制动单元包括制动钳6、制动液压站、制动盘5、连接管路3和制动控制子单元，所述制动盘5设置在所述风力发电机2的输出轴4上，以配合所述制动钳6对所述风力发电机2进行制动；所述制动钳6用于抱所述制动盘5以实现对所述风力发电机2输出轴4的制动；所述制动液压站通过所述连接管路3驱动连接，以实现向所述制动钳6提供制动力；所述制动控制子单元根据预警模块的预警警报，控制所述制动液压站对制动钳6的制动；所述连接管路3内存储有液压油，并配合所述制动液压站对制动钳6进行液压驱动；其中，对所述风力发电机进行制动过程中，是为了防止风电轮毂转速过快，产生过大的离心力，造成风电轮毂损坏；特别注意的是，上面所称的制动不是抱死状态；
所述制动单元根据所述风力检测单元检测数据的评估结果触发的预警等级，向所述处理器发出制动请求，并在所述处理器响应制动请求后，控制所述制动控制子单元驱动制动钳6对风力发电机2的输出轴4进行制动，提升所述风力发电机2的安全，防止风力发电塔产生过大离心力造成设备损坏；
值得注意的是，不同的预警等级对应不同灵敏度的制动请求，这是本领域的技术人员所熟知的技术手段，本领域的技术人员可以查询相关的技术手册获知该技术，因而在本实施例中不再一一赘述；
通过所述制动单元和防护单元的配合，使得所述升压站14、风电发电机在出现高风险的环境中，动态调整安全防护措施，提升整个升压站14和风电发电机的安全，提升整个系统的安全性，同时兼顾整个风电场的设备安全，具有较高的智能防护能力；
另外，所述风险预警系统还包括紧急供电单元，所述紧急供电单元用于对升压站14和风力发电机2在断电的状态下，提供紧急用电，以维持所述安全防护模块进行防护操作的需要；其中，所述紧急供电单元包括UPS电源和蓄电池，以供一天左右的防护操作需要；其中，紧急供电单元如何与升压站14和各个风力发电机2进行连接，是本领域的技术人员所熟知的技术手段，本领域的技术人员可以查询相关的技术手册获知该技术，因而在本实施例中不再一一赘述。
实施例二。
本实施例应当理解为至少包含前述任一一个实施例的全部特征，并在其基础上进一步改进，根据图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8和图9所示，还在于所述风险预警系统还包括姿势调整模块，所述姿势调整模块对所述风电发电机的风电轮毂的姿势进行预警，以调整所述风电轮毂的迎风姿势，促使所述风电轮毂能在停机后，获得最佳的抗风能力，有效降低超强风速对风电轮毂的作用力；
所述姿势调整模块与所述处理器进行连接，并基于所述处理器对所述姿势调整模块进行集中控制，以提升所述风力发电机2姿势的调整；
其中，所述姿势调整模块包括姿势采集单元、以及变桨和偏航子系统，所述姿势采集单元用于对所述风电轮毂的当前姿态进行检测，并根据当前姿态配合所述变桨和偏航子系统对所述风电轮毂的姿势进行调整；
所述变桨和偏航子系统用于对所述风电轮毂的姿势进行调整，以根据不同的风向和风速动态调整所述风电轮毂的迎风角度；
所述姿势采集单元包括风向检测构件和感应构件，所述风向检测构件用于对风电发电机所处环境的风向进行检测；所述感应构件用于配合所述风向检测构件对风向的方位进行感应；
所述风向检测构件包括支撑杆8、方向标7和支撑座12，所述方向标7与所述支撑杆8的一端铰接，以使所述方向标7在风力的作用下沿着铰接位置进行转动；所述支撑杆8的另一端与所述支撑座12连接；其中，所述支撑杆8与所述支撑座12同轴设置；
其中，所述风向检测构件设置在各个所述风力发电机2的机舱13上，以获取所述风电轮毂的风向数据；
所述感应构件包括感应杆9、感应探头10、位置标记盘11和罗盘传感器，所述位置标记盘11设置在所述支撑座12的上端面，且所述位置标记盘11上设有风向标记；所述风向标记包括东、南、西、北、东南、西南、东北和西北8个方向的标记；
其中，所述感应杆9采用轻质硬性材料，以提升所述方向标7对风向的灵敏度；
所述感应杆9的一端与所述方向标7连接，另一端朝向所述位置标记盘11的一侧伸出，且所述感应杆9的端部设有感应探头10；
所述罗盘传感器设置在所述风力发电机2的机舱13上，以获得所述机舱13实时的朝向数据；同时，若所述机舱13的朝向发生改变，则所述罗盘传感器的当前指示方向也会发生改变；通过罗盘传感器的指示方向数据和方向标7的数据，调整机舱的朝向，使得机舱13、以及风电轮毂能迎着风向(罗盘传感器所指示的方向与风向同向)；
当所述方向标7在风力的作用下，带动所述感应杆9和感应探头10转动，并与所述方向标7记进行感应，获取所述风力发电机2所处环境的风向数据；
所述处理器综合所述罗盘传感器的朝向数据和所述风力发电机2所处环境的风向数据，触发所述变桨和偏航子系统对所述风力发电机2调整迎风角度；
所述姿势检测单元和检测模块检测风速过大，当达到10min平均风速大于25m/s或1min平均风速大于28m/s或30s平均风速大于30m/s或10s平均风速大于32m/s的条件，自动切换进入姿势调整模式；
其中，所述姿势调整模式包括Step1-Step5步骤：
Step1：所述处理器断开风电发电机的变桨信号，令桨叶顺桨至91°；
Step2：处理器给变频器信号，令变频器停止发电，断开变频器的网侧断路器，断开断路器柜的机侧断路器；
Step3：处理器通过控制所述安全防护模块对风力发电机2的输出主轴刹车比例减压阀设为0bar，防止触发安全链时对叶轮刹车；
Step4：姿势检测单元跟踪风向变化，实时将所述风机和桨面朝向风；
Step5：故障触发后不可自动复位，需手动复位；
另外，所述变桨和偏航子系统在风向变化的情况下调整叶片的迎风角度，使叶轮和机舱13不会受到过大的风阻，达到保护风力发电机2的效果；其中，所述处理器控制所述安全防护模块对风力发电机2进行制动，并将传输的线路进行投切，使得所有的风力发电机2停机，叶片会对准风向，叶片变桨至顺桨角度，使得过大的风力产生的轴向力矩与轴向推力最小；同时，配合所述制动构件对风力发电机2的输出轴4进行锁定，以防止过大风速造成风力发电机2的损坏；本实例所称的过大的风力是指超过：平均风速超过25m/s的风；
其中，对于变桨和偏航子系统是本领域的技术人员所熟知的技术手段，本领域的技术人员可以查询相关的技术手册获知该技术，因而在本实施例中不再一一赘述；
通过所述姿势调整模块与所述安全防护模块的相互配合，使得所述风力发电机2能根据不同的风向调整风力发电机2的迎风角，提升所述风力发电机2防御过大的台风的能力，也进一步提升整个系统的安全性。
以上所公开的内容仅为本发明的优选可行实施例，并非因此局限本发明的保护范围，所以凡是运用本发明说明书及附图内容所做的等效技术变化，均包含于本发明的保护范围内，此外，随着技术发展其中的元素可以更新的。
Claims (7)
1.一种基于5G通讯的风电场升压站的风险预警系统，所述风险预警系统包括服务器和数据库，其特征在于，所述风险预警系统还包括检测模块、安全防护模块、预警模块，所述服务器分别与所述检测模块、所述安全防护模块和预警模块连接；
所述检测模块用于对升压站和风电场的环境状态进行检测；
所述预警模块根据所述检测模块的检测数据，触发向控制中心发出对应等级的预警警报；
所述安全防护模块根据所述预警模块的预警警报，向所述升压站和风力轮毂提供安全防护；
所述检测模块包括风力检测单元和评估单元，所述风力检测单元用于对所述升压站的风力数据进行感应；所述评估单元根据所述风力检测单元的风力数据，对升压站的风险进行评估；
所述风力检测单元包括支撑座、两组检测探头和数据存储器，所述支撑座用于对检测探头进行支撑；两组所述检测探头用于对升压站的环境风速进行采集；所述数据存储器用于存储所述检测探头所采集的数据；其中，两组所述检测探头等距正交排列在支撑座上；其中，以检测探头a、b、c、d所在的二维平面建立平面直角坐标系x-y，获取风速在x轴上的速度Vx根据下式进行计算：
式中，l为一组检测探头之间的距离；tbd为逆风状态下风速分量在x轴上的传播时间；tdb为顺风状态下风速分量在x轴上的传播时间；其中，tbd和tdb的大小由环境风力作用在检测探头的时间进行确定；
获取风速在y轴上的速度Vy根据下式进行计算：
式中，l为一组检测探头之间的距离；tac为逆风状态下风速分量在y轴上的传播时间；tca为顺风状态下风速分量在y轴上的传播时间；tac和tca的大小由环境风力作用在检测探头的时间进行确定；
根据上式计算升压站环境的风速V满足：
所述评估单元根据上式计算风力发电机转矩输出指数Transmission：
式中，S为风电轮毂扫过形成的面积；r为风电轮毂的半径；ρ为空气密度；V为升压站的环境风速；CT为转矩系数，满足：
式中，ω风电轮毂的旋转角速度。
2.根据权利要求1所述的一种基于5G通讯的风电场升压站的风险预警系统，其特征在于，所述预警模块包括预警单元和分析单元，所述预警单元根据所述检测模块的检测数据触发预警信号；所述分析单元根据所述预警单元的预警信号触发不同等级的预警警报；
所述预警单元获取所述转矩输出指数Transmission和监测阈值G0的大小关系，若存在：Transmission≥G0，则触发预警信号。
3.根据权利要求2所述的一种基于5G通讯的风电场升压站的风险预警系统，其特征在于，所述安全防护模块包括防护单元和制动单元，所述防护单元对所述升压站进行过电压保护；所述制动单元用于对所述风电发动机和风电轮毂进行制动；
所述防护单元包括电压控制器、动态钳形电路和投切器，所述电压控制器用于感测所述风电发电机输出的电压；所述动态钳形电路用于吸收瞬时产生的多余能量；所述投切器根据检测所述风力发电机输出的电压与设定值大小，将风力发电机的输电回路投切到所述动态钳形电路上。
4.根据权利要求3所述的一种基于5G通讯的风电场升压站的风险预警系统，其特征在于，所述制动单元包括制动钳、制动液压站、制动盘、连接管路和制动控制子单元，所述制动盘设置在所述风力发电机的输出轴上，以配合所述制动钳对所述风力发电机进行制动；所述制动钳用于抱所述制动盘以实现对所述风力发电机输出轴的制动；
所述制动液压站通过所述连接管路驱动连接，以实现向所述制动钳提供制动力；
所述制动控制子单元根据预警模块的预警警报，控制所述制动液压站对制动钳的制动。
5.根据权利要求4所述的一种基于5G通讯的风电场升压站的风险预警系统，其特征在于，所述检测模块还包括雷电检测单元和分析单元，所述雷电检测单元用于对所述升压站的雷电数据进行检测；所述分析单元根据所述雷电检测单元采集的数据进行分析，并对所述安全防护模块的防护时机进行调控；
所述雷电检测单元包括接收天线、雷电传感器、通信器和定位探头，所述接收天线用于接收雷电的信号；所述定位探头用于对雷电发生的位置进行定位；所述雷电传感器用于感测环境中雷电的电流数据；所述通信器将雷电传感器上的电流数据传输至所述服务器和分析单元中，以配合所述分析单元对环境中的雷电数据进行分析；
其中，雷电检测单元设置在所述升压站和风电场的环境中，以获取环境中的雷电数据。
6.根据权利要求5所述的一种基于5G通讯的风电场升压站的风险预警系统，其特征在于，所述分析单元获取所述升压站周围环境中的雷电发生位置与升压站的距离d的关系存在：
式中，η为雷电的发射频率；λ0为雷电的标校系数，标校系数的值与雷电传感器的传输系数和与雷电传感器连接的检测电路的增益有关，根据实验室获得，λ0的取值范围为[5.26,5.35]；Qt为雷电的平均发射能量；Qaccept为雷电发生的能量，满足：
式中，Xaccept(i)为接收天线检测到所述升压站环境中雷电的第i个信号经过窄带滤波处理得到的雷电频谱；N为接收天线检测到的信号总数量。
7.根据权利要求6所述的一种基于5G通讯的风电场升压站的风险预警系统，其特征在于，所述预警模块根据所述雷电检测单元与雷电的距离d，触发不同等级的预警警报。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117889786A (zh) * | 2024-01-16 | 2024-04-16 | 国家电投集团山东海洋能源发展有限公司 | 一种基于视觉的风电场站自动巡检方法及系统 |
| CN117929861A (zh) * | 2024-03-21 | 2024-04-26 | 云南能源投资股份有限公司 | 一种风电场的雷电检测方法、装置、设备及存储介质 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2745905Y (zh) * | 2004-03-26 | 2005-12-14 | 周志飞 | 有轨运行式起重机紧急防风制动系统 |
| EP2889472A1 (en) * | 2013-12-27 | 2015-07-01 | Doosan Heavy Industries & Construction Co. Ltd. | Wind farm, control method thereof and wind power generation unit |
| CN104747366A (zh) * | 2013-12-26 | 2015-07-01 | 上海电气风电设备有限公司 | 一种自适应空气密度变化的风电发电机组控制方法 |
| CN111336066A (zh) * | 2020-03-04 | 2020-06-26 | 湖南城市学院 | 一种用于产生能量的风力发电系统及控制方法 |
| CN113644743A (zh) * | 2021-09-02 | 2021-11-12 | 华电福新能源发展有限公司连江风电分公司 | 一种基于5g网络的风电控制系统 |
| CN114088972A (zh) * | 2021-11-21 | 2022-02-25 | 吉林大学 | 一种基于相位双频法的超声波风速风向测量系统及方法 |
-
2022
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2745905Y (zh) * | 2004-03-26 | 2005-12-14 | 周志飞 | 有轨运行式起重机紧急防风制动系统 |
| CN104747366A (zh) * | 2013-12-26 | 2015-07-01 | 上海电气风电设备有限公司 | 一种自适应空气密度变化的风电发电机组控制方法 |
| EP2889472A1 (en) * | 2013-12-27 | 2015-07-01 | Doosan Heavy Industries & Construction Co. Ltd. | Wind farm, control method thereof and wind power generation unit |
| CN111336066A (zh) * | 2020-03-04 | 2020-06-26 | 湖南城市学院 | 一种用于产生能量的风力发电系统及控制方法 |
| CN113644743A (zh) * | 2021-09-02 | 2021-11-12 | 华电福新能源发展有限公司连江风电分公司 | 一种基于5g网络的风电控制系统 |
| CN114088972A (zh) * | 2021-11-21 | 2022-02-25 | 吉林大学 | 一种基于相位双频法的超声波风速风向测量系统及方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 任行: "雷电预警检测装置及地面标校方法", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库（硕士）基础科学辑》 * |
| 王世锋: "风力发电机风轮与发电机匹配的研究", 《农村牧区机械化》 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117889786A (zh) * | 2024-01-16 | 2024-04-16 | 国家电投集团山东海洋能源发展有限公司 | 一种基于视觉的风电场站自动巡检方法及系统 |
| CN117929861A (zh) * | 2024-03-21 | 2024-04-26 | 云南能源投资股份有限公司 | 一种风电场的雷电检测方法、装置、设备及存储介质 |
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