CN115714798A - 一种风电场输电杆塔监测方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种风电场输电杆塔监测方法和系统，所述方法包括：获取每个输电杆塔的振动参数和姿态数据；将每个输电杆塔设置通信节点并将邻近网关的输电杆塔设置汇聚节点，相邻输电杆塔的通信节点之间进行通信，将每个输电杆塔的振动参数和姿态数据传输到所述汇聚节点；所述汇聚节点将每个输电杆塔的振动参数和姿态数据发送至网关，所述网关将每个输电杆塔的振动参数和姿态数据发送至服务器。本发明提供一种风电场输电杆塔监测方法和系统，现有的技术无法精确监测输电杆塔的振动、倾斜等状态的技术问题。
Description
技术领域
本方法和装置涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种风电场输电杆塔监测方法和系统。
背景技术
风电场输电线路是连接风电机组和变电站的传送电能的系统。考虑到施工周期和建设成本，目前风电场输电线路多采用架空线路。输电杆塔是架空线路的核心组成部分，其安全与可靠性对风电场电能的输送起到了关键作用。尤其是随着山地风电场的大规模建设，输电杆塔安装位置的地质和地貌也更为复杂，导致风电场输电杆塔整体或局部容易发生过振动或者倾斜，但是现有的技术无法精确监测输电杆塔的振动、倾斜等状态，从而无法及时排除塔基倾覆、杆塔疲劳寿命降低、螺栓松动等故障。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种风电场输电杆塔监测方法和系统，解决了现有技术现有的技术无法精确监测输电杆塔的振动、倾斜等状态的技术问题。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：本发明公开了一种风电场输电杆塔监测方法，所述方法包括：
获取每个输电杆塔的振动参数和姿态数据；
将每个输电杆塔设置通信节点并将邻近网关的输电杆塔设置汇聚节点，相邻输电杆塔的通信节点之间进行通信，将每个输电杆塔的振动参数和姿态数据传输到所述汇聚节点；
所述汇聚节点将每个输电杆塔的振动参数和姿态数据发送至网关，所述网关将每个输电杆塔的振动参数和姿态数据发送至服务器。
获取每个输电杆塔的振动参数和姿态数据；
将每个输电杆塔设置通信节点并将邻近网关的输电杆塔设置汇聚节点，相邻输电杆塔的通信节点之间进行通信，将每个输电杆塔的振动参数和姿态数据传输到所述汇聚节点；
所述汇聚节点将每个输电杆塔的振动参数和姿态数据发送至网关，所述网关将每个输电杆塔的振动参数和姿态数据发送至服务器。
优选地，所述将每个输电杆塔的振动参数和姿态数据传输到所述汇聚节点，包括：
对所述振动参数和姿态数据进行滤波和特征值提取处理；
根据处理后的振动参数所处的数值区间和处理后的姿态数据所处的数值区间，设定不同振动参数的发送策略、不同的姿态数据的发送策略以及报警策略。
优选地，所述根据处理后的振动参数所处的数值区间和处理后的姿态数据所处的数值区间，设定不同振动参数的发送策略和不同的姿态数据的发送策略以及报警策略，包括：
若处理后的振动参数大于第一预设值或者处理后的姿态数据大于第二预设值；则实时报警并将报警信号、处理后的振动参数以及姿态数据发送至汇聚节点，将报警前后一定时间段内的振动参数以及姿态数据存储在存储单元。
优选地，所述根据处理后的振动参数所处的数值区间和处理后的姿态数据所处的数值区间，设定不同振动参数的发送策略和不同的姿态数据的发送策略以及报警策略，包括：
若处理后的振动参数大于第三预设值且小于第一预设值或者处理后的姿态数据大于第四预设值且小于第二预设值；则在一定时间间隔后产生警告信号并将警告信号、处理后的振动参数以及姿态数据发送至汇聚节点。
优选地，所述根据处理后的振动参数所处的数值区间和处理后的姿态数据所处的数值区间，设定不同振动参数的发送策略和不同的姿态数据的发送策略以及报警策略，包括：若处理后的振动参数小于第三预设值且处理后的姿态数据小于第四预设值；将处理后的振动参数和姿态数据定时发送至汇聚节点。
本发明的第二个目的可以通过采取如下技术方案达到：一种风电场输电杆塔监测系统，所述系统包括：
风电场输电杆塔监测装置，用于分别测量每个输电杆塔的振动参数和姿态数据；
通信拓扑模块，用于将每个输电杆塔设置通信节点并将邻近网关的输电杆塔设置汇聚节点，相邻输电杆塔的通信节点之间进行通信；
传输模块，用于将每个输电杆塔的振动参数和姿态数据传输到所述汇聚节点；所述汇聚节点将每个输电杆塔的振动参数和姿态数据发送至网关，所述网关将每个输电杆塔的振动参数和姿态数据发送至服务器。
优选地，所述传输模块，用于将每个输电杆塔的振动参数和姿态数据传输到所述汇聚节点，包括：
数据处理模块，用于对所述振动参数和姿态数据进行滤波和特征值提取处理
判定模块，用于若处理后的振动参数大于第一预设值或者处理后的姿态数据大于第二预设值；则实时报警并将报警信号、处理后的振动参数以及姿态数据发送至汇聚节点，将报警前后一定时间段内的振动参数以及姿态数据存储在存储单元；
若处理后的振动参数大于第三预设值且小于第一预设值或者处理后的姿态数据大于第四预设值且小于第二预设值；则在一定时间间隔后产生警告信号并将警告信号、处理后的振动参数以及姿态数据发送至汇聚节点。
若处理后的振动参数小于第三预设值且处理后的姿态数据小于第四预设值且小于第二预设值；将处理后的振动参数和姿态数据定时发送至汇聚节点。
优选地，风电场输电杆塔监测装置包括：姿态传感器，用于测量风电场输电杆塔的姿态数据；
三轴加速度传感器，用于测量风电场输电杆塔的振动参数。
优选地，风电场输电杆塔监测装置采用光伏供电和压电供电双重供电，并用蓄电池进行储能。
优选地，风电场输电杆塔监测装置包括：压电俘能器用于采集环境振动能量或杆塔自振动能量并转换为电压输出，压电转换电路用于将压电俘能器产生的脉冲电压转换为蓄电池电压，压电转换电路包括压电转换芯片及电源转换芯片，压电转换芯片用于将压电俘能器产生的脉冲电压转换为稳定的直流电压，电源转换芯片用于将压电转换芯片转换后的直流电压转换为可以为蓄电池充电的电压等级。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：本发明通过获取每个输电杆塔的振动参数和姿态数据；将每个输电杆塔设置通信节点并将邻近网关的输电杆塔设置汇聚节点，相邻输电杆塔的通信节点之间进行通信，将每个输电杆塔的振动参数和姿态数据传输到所述汇聚节点；所述汇聚节点将每个输电杆塔的振动参数和姿态数据发送至网关，所述网关将每个输电杆塔的振动参数和姿态数据发送至服务器；可以实现输电杆塔的倾斜角度、振动状态的监视；网络结构适合于在服务器与输电杆塔监控节点之间进行双向通信，可对复杂地形条件下的长距离输电线路进行全程、逐塔的实时监测，能很好支持对线路监控设备的遥测、遥信、遥控、遥调等功能。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：
图1是本发明实施例1中一种风电场输电杆塔监测方法的流程图；
图2是本发明实施例2中一种风电场输电杆塔监测系统的结构图；
图3是本发明实施例2中一种风电场输电杆塔监测系统的风电场输电杆塔监测装置的控制电路原理图；
图4是本发明实施例2中一种风电场输电杆塔监测系统的风电场输电杆塔监测装置的供电电路原理图；
图5是本发明实施例2中一种风电场输电杆塔监测系统的种风电场输电杆塔监测装置的压电转换电路图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施方式。虽然附图中显示了本发明的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
现有的技术无法精确监测输电杆塔的振动、倾斜等状态，从而无法及时排除塔基倾覆、杆塔疲劳寿命降低、螺栓松动等故障。本发明通过获取每个输电杆塔的振动参数和姿态数据；将每个输电杆塔设置通信节点并将邻近网关的输电杆塔设置汇聚节点，相邻输电杆塔的通信节点之间进行通信，将每个输电杆塔的振动参数和姿态数据传输到所述汇聚节点；所述汇聚节点将每个输电杆塔的振动参数和姿态数据发送至网关，所述网关将每个输电杆塔的振动参数和姿态数据发送至服务器。本发明可以实现输电杆塔的倾斜角度、振动状态的监视；并提供稳定和低耗的通信传输方式，从而精确监测输电杆塔的振动、倾斜等状态的目的。
实施例1：
本发明的公开了一种风电场输电杆塔监测方法，如图1-5所示，该方法包括：
步骤S100，获取每个输电杆塔的振动参数和姿态数据；
具体地，设置两个方向的倾角传感器，即顺线倾角传感器和横向倾角传感器，分别测量杆塔顺线和横向两个方向的杆塔倾角。设置一个三轴加速度传感器，用于测试杆塔顺线、横向和垂直方向的振动信号。
步骤S200，将每个输电杆塔设置通信节点并将邻近网关的输电杆塔设置汇聚节点，相邻输电杆塔的通信节点之间进行通信，将每个输电杆塔的振动参数和姿态数据传输到所述汇聚节点；
具体地，通过低功耗无线通讯方式将采集到的振动加速度数据、倾斜角度数据、超限报警信号等传送到相邻输电杆塔上的监测装置，最终实现由距离网关设备物理距离最近的两个监测装置传递到网关设备，无线通信形成环网通信，确保了无线通信的可靠性。低功耗无线通讯方式可以选用Lora或者Zigbee的通信方式。网关设备可以将低功耗无线通讯协议转换为4G/5G信号或者局域网信号，并将传输信号发送到云端服务器或者风场本地服务器，网关设备可以安装在风电场变电站。服务器主要用于存储历史数据、显示数据和波形、配置监测装置上送信号类型和时间间隔参数，服务器通过4G/5G信号传送。邻近网关的输电杆塔可以为与网关的距离小于预设阈值的输电杆塔，具体阈值的设定可以根据实际情况进行选择，只需要保证输电杆塔节点和网关的数据传输质量较好即可。
步骤S300，汇聚节点将每个输电杆塔的振动参数和姿态数据发送至网关，所述网关将每个输电杆塔的振动参数和姿态数据发送至服务器。
本发明通过获取每个输电杆塔的振动参数和姿态数据；将每个输电杆塔设置通信节点并将邻近网关的输电杆塔设置汇聚节点，相邻输电杆塔的通信节点之间进行通信，将每个输电杆塔的振动参数和姿态数据传输到所述汇聚节点；所述汇聚节点将每个输电杆塔的振动参数和姿态数据发送至网关，所述网关将每个输电杆塔的振动参数和姿态数据发送至服务器；可以实现输电杆塔的倾斜角度、振动状态的监视；网络结构适合于在服务器与输电杆塔监控节点之间进行双向通信，可对复杂地形条件下的长距离输电线路进行全程、逐塔的实时监测，能很好支持对线路监控设备的遥测、遥信、遥控、遥调等功能。
优选地，步骤S300，将每个输电杆塔的振动参数和姿态数据传输到所述汇聚节点，包括：
步骤310，对所述振动参数和姿态数据进行滤波和特征值提取处理；
步骤320，根据处理后的振动参数所处的数值区间和处理后的姿态数据所处的数值区间，设定不同振动参数的发送策略、不同的姿态数据的发送策略以及不同的报警策略。
具体地，对加速度和倾角信号进行实时采集，确保了杆塔状态的实时监测，对采集数据做滤波、特征值提取处理后再做定时发送，定时发送可以降低无线通信发射接收过程中的功耗。
优选地，步骤320，根据处理后的振动参数所处的数值区间和处理后的姿态数据所处的数值区间，设定不同振动参数的发送策略、不同的姿态数据的发送策略以及不同的报警策略，包括：步骤321，若处理后的振动参数大于第一预设值或者处理后的姿态数据大于第二预设值；则实时报警并将报警信号、处理后的振动参数以及姿态数据发送至汇聚节点，将报警前后一定时间段内的振动参数以及姿态数据存储在存储单元。
优选地，步骤320，根据处理后的振动参数所处的数值区间和处理后的姿态数据所处的数值区间，设定不同振动参数的发送策略、不同的姿态数据的发送策略以及不同的报警策略，包括：步骤322，若处理后的振动参数大于第三预设值且小于第一预设值或者处理后的姿态数据大于第四预设值且小于第二预设值；则在一定时间间隔后产生警告信号并将警告信号、处理后的振动参数以及姿态数据发送至汇聚节点。
步骤323，若处理后的振动参数小于第三预设值且处理后的姿态数据小于第四预设值；将处理后的振动参数和姿态数据定时发送至汇聚节点。
具体地，设定不同报警等级，对不同等级故障采用不同处理方式，倾角和加速度值均未超限时，主控制器定时调用无线通信发射接收器，间隔时间可以通过服务器进行设置。倾角和加速度值中某个值严重超限时，主控制器立即调用无线通信发射接收器发送报警信号，并将报警前后一定时间内的倾角和加速度值存储在存储单元中。倾角和加速度值某个值达到报警值但未达到严重超限值时，警告信号随下一次信号发送时一并发送。
优选地，姿态数据包括：风电场输电杆顺线的竖直方向的杆塔倾角和风电场输电杆顺线的横向的杆塔倾角。
具体地，设置两个方向的倾角传感器，即顺线倾角传感器和横向倾角传感器，分别测量杆塔顺线和横向两个方向的杆塔倾角。
实施例2：
本实施例提供了一种风电场输电杆塔监测系统，参考图1-5，系统包括：
风电场输电杆塔监测装置，用于分别测量每个输电杆塔的振动参数和姿态数据；
通信拓扑模块，用于将每个输电杆塔设置通信节点并将邻近网关的输电杆塔设置汇聚节点，相邻输电杆塔的通信节点之间进行通信；
传输模块，用于将每个输电杆塔的振动参数和姿态数据传输到所述汇聚节点；所述汇聚节点将每个输电杆塔的振动参数和姿态数据发送至网关，所述网关将每个输电杆塔的振动参数和姿态数据发送至服务器。
本发明通过风电场输电杆塔监测装置，用于分别测量每个输电杆塔的振动参数和姿态数据；通信拓扑模块，用于将每个输电杆塔设置通信节点并将邻近网关的输电杆塔设置汇聚节点，相邻输电杆塔的通信节点之间进行通信；传输模块，用于将每个输电杆塔的振动参数和姿态数据传输到所述汇聚节点；所述汇聚节点将每个输电杆塔的振动参数和姿态数据发送至网关，所述网关将每个输电杆塔的振动参数和姿态数据发送至服务器；可以实现输电杆塔的倾斜角度、振动状态的监视；网络结构适合于在服务器与输电杆塔监控节点之间进行双向通信，可对复杂地形条件下的长距离输电线路进行全程、逐塔的实时监测，能很好支持对线路监控设备的遥测、遥信、遥控、遥调等功能。
优选地，所述传输模块，用于将每个输电杆塔的振动参数和姿态数据传输到所述汇聚节点，包括：
数据处理模块，用于对所述振动参数和姿态数据进行滤波和特征值提取处理
判定模块，用于若处理后的振动参数大于第一预设值或者处理后的姿态数据大于第二预设值；则实时报警并将报警信号、处理后的振动参数以及姿态数据发送至汇聚节点，将报警前后一定时间段内的振动参数以及姿态数据存储在存储单元；
若处理后的振动参数大于第三预设值且小于第一预设值或者处理后的姿态数据大于第四预设值且小于第二预设值；则在一定时间间隔后产生警告信号并将警告信号、处理后的振动参数以及姿态数据发送至汇聚节点。
若处理后的振动参数小于第三预设值且处理后的姿态数据小于第四预设值且小于第二预设值；将处理后的振动参数和姿态数据定时发送至汇聚节点。
具体地，设定不同报警等级，对不同等级故障采用不同处理方式，倾角和加速度值均未超限时，主控制器定时调用无线通信发射接收器，间隔时间可以通过服务器进行设置。倾角和加速度值中某个值严重超限时，主控制器立即调用无线通信发射接收器发送报警信号，并将报警前后一定时间内的倾角和加速度值存储在存储单元中。倾角和加速度值某个值达到报警值但未达到严重超限值时，警告信号随下一次信号发送时一并发送。
优选地，风电场输电杆塔监测装置包括：
姿态传感器，用于测量风电场输电杆塔的姿态数据；
三轴加速度传感器，用于测量风电场输电杆塔的振动参数。
具体地，设置两个方向的倾角传感器，即顺线倾角传感器和横向倾角传感器，分别测量杆塔顺线和横向两个方向的杆塔倾角。设置一个三轴加速度传感器，用于测试杆塔顺线、横向和垂直方向的振动信号。
优选地，风电场输电杆塔监测装置包括：风电场输电杆塔监测装置采用光伏供电和压电供电双重供电，并用蓄电池进行储能。具体地，由于输电杆塔安装在野外，没有稳定的外部供电电源，因此输电杆塔监测系统的供电的可靠性和监测装置的低功耗设计尤为重要。目前输电杆塔监视系统主要采用光伏和锂电池方案单一取能方式，光伏发电受天气影响较大，功能的稳定性和可靠性不足，直接影响了监测系统的有效运行。同时，现有的监测装置对装置的低功耗设计也考虑不足，从而风电场输电杆塔监测装置采用光伏供电和压电供电双重供电，并用蓄电池进行储能，监测装置采用光伏和压电两种方式供电，确保了监测装置的可靠性。
优选地，风电场输电杆塔监测装置包括：压电俘能器用于采集环境振动能量或杆塔自振动能量并转换为电压输出，压电转换电路用于将压电俘能器产生的脉冲电压转换为蓄电池电压，压电转换电路包括压电转换芯片及电源转换芯片，压电转换芯片用于将压电俘能器产生的脉冲电压转换为稳定的直流电压，电源转换芯片用于将压电转换芯片转换后的直流电压转换为可以为蓄电池充电的电压等级。
本发明通过设置设计了压电转换电路采用LTC3588压电转换芯片，LTC3588压电转换芯片的D0、D1接口连接控制器，所述控制器，用于调节LTC3588输出电压的大小，电源转换芯片采用低功耗DC/DC转换芯片，将压电转换芯片LTC3588输出电压转换为蓄电池电压，压电能量转换电路，确保了压电供电方式的实现和压电供电的稳定性。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种风电场输电杆塔监测方法，其特征在于，所述方法包括：
获取每个输电杆塔的振动参数和姿态数据；
将每个输电杆塔设置通信节点并将邻近网关的输电杆塔设置汇聚节点，相邻输电杆塔的通信节点之间进行通信，将每个输电杆塔的振动参数和姿态数据传输到所述汇聚节点；
所述汇聚节点将每个输电杆塔的振动参数和姿态数据发送至网关，所述网关将每个输电杆塔的振动参数和姿态数据发送至服务器。
2.根据权利要求1所述风电场输电杆塔监测方法，其特征在于，所述将每个输电杆塔的振动参数和姿态数据传输到所述汇聚节点，包括：
对振动参数和姿态数据进行滤波和特征值提取处理；
根据处理后的振动参数所处的数值区间和处理后的姿态数据所处的数值区间，设定不同振动参数的发送策略、不同的姿态数据的发送策略以及不同的报警策略。
3.根据权利要求2所述风电场输电杆塔监测方法，其特征在于，所述根据处理后的振动参数所处的数值区间和处理后的姿态数据所处的数值区间，设定不同振动参数的发送策略、不同的姿态数据的发送策略以及不同的报警策略，包括：
若处理后的振动参数大于第一预设值或者处理后的姿态数据大于第二预设值；则实时报警并将报警信号、处理后的振动参数以及姿态数据发送至汇聚节点，将报警前后一定时间段内的振动参数以及姿态数据存储在存储单元。
4.根据权利要求3所述风电场输电杆塔监测方法，其特征在于，所述根据处理后的振动参数所处的数值区间和处理后的姿态数据所处的数值区间，设定不同振动参数的发送策略、不同的姿态数据的发送策略以及不同的报警策略，包括：
若处理后的振动参数大于第三预设值且小于第一预设值或者处理后的姿态数据大于第四预设值且小于第二预设值；则在一定时间间隔后产生警告信号并将警告信号、处理后的振动参数以及姿态数据发送至汇聚节点。
5.根据权利要求4所述风电场输电杆塔监测方法，其特征在于，所述根据处理后的振动参数所处的数值区间和处理后的姿态数据所处的数值区间，设定不同振动参数的发送策略、不同的姿态数据的发送策略以及不同的报警策略，包括：若处理后的振动参数小于第三预设值且处理后的姿态数据小于第四预设值；将处理后的振动参数和姿态数据定时发送至汇聚节点。
6.一种风电场输电杆塔监测系统，其特征在于，所述系统包括：
风电场输电杆塔监测装置，用于分别测量每个输电杆塔的振动参数和姿态数据；
通信拓扑模块，用于将每个输电杆塔设置通信节点并将邻近网关的输电杆塔设置汇聚节点，相邻输电杆塔的通信节点之间进行通信；
传输模块，用于将每个输电杆塔的振动参数和姿态数据传输到所述汇聚节点；所述汇聚节点将每个输电杆塔的振动参数和姿态数据发送至网关，所述网关将每个输电杆塔的振动参数和姿态数据发送至服务器。
7.根据权利要求6所述风电场输电杆塔监测系统，其特征在于，所述传输模块，用于将每个输电杆塔的振动参数和姿态数据传输到所述汇聚节点，包括：
数据处理模块，用于对所述振动参数和姿态数据进行滤波和特征值提取处理；
判定模块，用于若处理后的振动参数大于第一预设值或者处理后的姿态数据大于第二预设值；则实时报警并将报警信号、处理后的振动参数以及姿态数据发送至汇聚节点，将报警前后一定时间段内的振动参数以及姿态数据存储在存储单元；
若处理后的振动参数大于第三预设值且小于第一预设值或者处理后的姿态数据大于第四预设值且小于第二预设值；则在一定时间间隔后产生警告信号并将警告信号、处理后的振动参数以及姿态数据发送至汇聚节点；
若处理后的振动参数小于第三预设值且处理后的姿态数据小于第四预设值；将处理后的振动参数和姿态数据定时发送至汇聚节点。
8.根据权利要求6所述风电场输电杆塔监测系统，其特征在于，所述风电场输电杆塔监测装置包括：
姿态传感器，用于测量风电场输电杆塔的姿态数据；
三轴加速度传感器，用于测量风电场输电杆塔的振动参数。
9.根据权利要求8所述风电场输电杆塔监测系统，其特征在于，风电场输电杆塔监测装置采用光伏供电和压电供电双重供电，并用蓄电池进行储能。
10.根据权利要求9所述风电场输电杆塔监测系统，其特征在于，所述风电场输电杆塔监测装置包括：
压电俘能器，用于采集环境振动能量或杆塔自振动能量并转换为电压输出；
压电转换电路，用于将所述压电俘能器产生的脉冲电压转换为蓄电池电压；
压电转换电路，包括压电转换芯片及电源转换芯片，所述压电转换芯片用于将所述压电俘能器产生的脉冲电压转换为直流电压，所述电源转换芯片用于将所述压电转换芯片转换后的直流电压转换为可为蓄电池充电的电压等级。
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| CN117804405A (zh) * | 2024-02-28 | 2024-04-02 | 广州煜能电气有限公司 | 一种输电线路杆塔形变监测方法及系统 |
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