CN202870264U - 一种风电机组功率特性测量系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型是有关于一种风电机组功率特性测量系统，包括功率测量设备、气象测量设备以及服务器，其中：功率测量设备包括获取机组发出的三相净电流的电流互感器，获取电流互感器的输出信号和相电压信号的功率变送器，以及安装在塔筒底部、获取功率变送器的输出信号和风机运行参数、并通过通讯模块与服务器连接的数据采集器；气象测量设备包括安装在测风塔并通过通讯模块与服务器连接的数据采集器，以及与该数据采集器连接的风速计、风向标、温湿度计、压力计。该实用新型通过无线方式对数据进行传输，易于获得准确数据，现场安装简单快速，大大提高了工作效率、降低了安装成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及风电机组功率特性测量技术领域，特别是涉及一种风电机组功率特性测量系统。
背景技术
风电机组的发电性能是风电场及其关注的问题，风电机组的发电性能主要通过功率特性进行考核与评价，即风速与机组实际上网净功率的关系（又称功率曲线）。功率特性分析首先根据IEC61400-12-1:2005《风电机组功率特性测量》标准提供的细节采集机组的功率、风速、风向、气压、温度、湿度等数据，然后通过数据筛选与折算最终绘制出机组的功率曲线。由于功率特性测量工作是短暂的工作，设备并非永久安装在当地，因此采集设备需要满足方便安装、拆卸与无线通信功能。
目前国内风电场的功率特性测量工作主要还是使用机组自身的SCADA系统进行功率和风速数据的采集，采集风速的风速计设置在机组的机舱上，风速受到叶片、轮毂的干扰较为严重，并且没有采集温度、气压等能够计算空气密度的数据。根据SCADA采集到的数据进行功率曲线分析，误差较大，满足不了IEC61400-12-1:2005的要求。功率特性测量要求在被测风电机组距离2-4倍叶轮直径之间安装测风塔，测量气象的设备安装在测风塔上，同时要求气象测量设备与风电机组中功率测量设备时间上严格同步，并且两套设备的数据能够方便传输至远端服务器。目前国内能够进行标准功率特性测量的队伍较少，使用的采集设备都是使用电缆进行通讯，通常需要抛沟埋线对两套设备进行连接，现场施工复杂，成本较高。
由此可见，上述现有的功率特性测量系统在设备以及使用上，显然仍存在不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。如何能创设一种通过无线进行通信，现场安装简单快速，大大提高工作效率、降低安装成本的风电机组功率特性测量系统，实属当前重要的研发课题之一。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种风电机组功率特性测量系统，使其具有无线通信，安装拆卸方便，易于获得准确数据，从而克服现有技术的不足。
为解决上述技术问题，本实用新型一种风电机组功率特性测量系统，包括功率测量设备、气象测量设备以及服务器，其中：功率测量设备包括获取机组发出的三相净电流的电流互感器，获取电流互感器的输出信号和相电压信号的功率变送器，以及安装在塔筒底部、获取功率变送器的输出信号和风机运行参数、并通过通讯模块与服务器连接的数据采集器；气象测量设备包括安装在测风塔并通过通讯模块与服务器连接的数据采集器，以及与该数据采集器连接的风速计、风向标、温湿度计、压力计。
作为本实用新型进一步的改进，所述功率测量设备和气象测量设备的数据采集器的通讯模块均采用GPRS无线通讯模块。
所述气象测量设备的数据采集器采用太阳能供电模块，包括太阳能电池板、蓄电池以及太阳能控制器。
所述功率测量设备和气象测量设备的数据采集器均采用CR1000数据采集器。
所述功率变送器采用PIC18系列单片机，并通过RS485转232模块与功率测量设备的数据采集器连接。
所述气象测量设备采用8通道的数据采集器。
所述电流互感器采用0.2级的开口式电流互感器。
所述风速计采用NRG#40型风速计。
所述风向标采用NRG#200P风向标。
采用这样的设计后，本实用新型与现有技术相比有以下优点：本实用新型一种风电机组功率特性测量系统通过无线方式对数据进行传输，易于获得准确数据，现场安装简单快速，大大提高了工作效率，并降低了安装成本。
下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
上述仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。
图1是本实用新型风电机组功率特性测量系统的组成示意图。
图2是本实用新型的功率测量设备的连接示意图。
图3是本实用新型的气象测量设备的连接示意图。
具体实施方式
请参阅图1所示，本实用新型一种风电机组功率特性测量系统，包括功率测量设备、气象测量设备以及服务器。其中，功率测量设备主要由电流互感器、功率变送器以及塔筒底部数据采集器组成；气象测量设备主要由风速计、风向标、温湿度计、压力计以及测风塔数据采集器组成。
本实用新型是根据IEC61400-12-1标准设计的功率特性测量数据采集系统，包括能够采集机组实际产生的功率以及机组运行信息的功率测量设备，以及能够获取机组运行时风况以及气象信息的气象测量设备。气象测量设备采用8通道的数据采集器，同步采集来自测风塔的主风速计、辅助风速计测量的风速以及风向、气压、环境温度、湿度等信息。由于测风塔处一般无专门供电的线缆，因此采用太阳能电池板与蓄电池进行供电。为了便于远程管理维护，这两套设备均配备了GPRS无线通讯模块，远程服务器通过GPRS与两套设备连接，连接后可以进行收取数据，时间同步，刷新程序等操作。
请参阅图2所示，功率测量设备通过电流互感器获取机组发出的三相净电流，通过直连的方式获取三相电压，将这些信号送入功率变送器后计算得到机组的实际测量功率，将功率变送器输出的信号连同风速、风向、有功功率、环境温度、转速、桨距角、运行及故障等信号输入安装在塔底的数据采集器，用以监视运行机组的详细状态。
其中风电机组控制柜中提供的风电机组所测量得到的风速、风向、有功功率、环境温度、转速、桨距角等信息通过模拟量进行采集，运行及故障信号通过开关量信号进行采集，功率通过功率变送器采集电流和电压信号进行计算所得。
功率变送器采用PIC18系列单片机作控制核心，可实现三相四线或其它任意线制的电压、电流等全部电参数的测量，并可以将计算得到的功率直接通过RS485输出，使用RS485转232模块将485信号转变成数据采集器可以接收的信号，传输到数据采集器中进行统计计算。
电流互感器采用0.2级的开口式电流互感器采集机组与变压器低压侧连接电缆的电流信号，如表一所示。
表1电流互感器技术参数
塔筒底部数据采集器支持多个传感器测量、并提供数据和程序的存储、控制等功能，程序执行速率能够达到100Hz，满足功率曲线验证中要求的最小1Hz的采样速度，对于采集得到的数据计算10分钟的平均值、标准偏差值、最大值、最小值，并生成表格形式储存。采集器内部拥有4M的内存空间用以保存所采集的数据，外部拥有2G的存储空间。最后采集器通过RS232与无线通讯模块通讯，再通过无线通讯模块将数据发送到远程服务器。
无线通讯端采用DTU进行数据发送与接收，它封装了PPP拨号协议以及TCP/IP协议栈并且具有嵌入式操作系统，具备GPRS拨号上网以及TCP/IP数据通信的功能。可以将串口上的原始数据转换成TCP/IP数据包进行传送，而不需要改变原有的数据通信内容。DTU可以主动发起与数据中心的通信连接，并保持通信连接一直存在。数据服务器的公网IP地址或固定的域名作为参数存储在DTU内，以便DTU一旦上电拨号成功，就可以主动连接到服务器。具体地讲，DTU通过数据中心的IP地址（如果是采用中心域名的话，先通过中心域名解析出中心IP地址）以及端口号等参数，向数据中心发起TCP或UDP通信请求。在得到中心的响应后，DTU即认为与中心握手成功，然后就保持这个通信连接一直存在，如果通信连接中断，DTU将立即重新与中心握手。如果TCP/UDP通信连接已经建立，就可以进行数据双向通信。这种通信方式相对于传统的无线发送邮件式通讯方式的优点是，可以双向的连接采集设备，实现校时、控制等功能。
请参阅图3所示，气象测量设备的主要功能是通过风速计、风向标获取风况信息，以及获取气压、温度和湿度信号，用于功率曲线验证时将测量结果折算到标准空气密度下。气象测量设备可以将风速计的脉冲信号以及风向标、气压计、温湿度计的模拟信号以1Hz的采样频率进行采集，并转化为数字量，同时计算并储存每个风速、风向、气压、温湿度的10分钟平均值。
气象测量设备采用的测风塔数据采集器提供12个单端的模拟量信号通道用于采集风向、气压、温湿度等信息以及6个脉冲计数器通道用于采集风速信号。采集器工作的温度范围为-55℃到85℃，可以适应各种极端条件，采集器的程序执行速率能够达到100Hz，并且可以将采集到的数据进行各种平均值、最大值、最小值等统计计算，并将测量数据以表格形式保存。采集器内部拥有4M的内存空间用以保存采集数据，外部拥有2G的存储空间以进行数据备份与保存。
气象测量设备使用太阳能与蓄电池组合对其进行供电，并配备太阳能控制器对电能进行控制。在阳光充足时使用太阳能板对采集设备进行供电，并对蓄电池进行充电，在夜间或太阳能供电不足时使用蓄电池对采集设备进行供电。
风速计使用NRG#40型风速计，风向标使用NRG#200P，温湿度计精度为±0.3℃（25℃）。气压计精度为±1.5hPa。并通过DTU无线通讯模块与数据服务器进行数据通信。
LoggerNet软件是CSI开发的一种集通讯和数据采集于一体的应用软件，可以运行在Windows XP或Windows 7环境下的软件。用户可通过该软件完成配置、建立计算机和数据采集器的连接、发送采集程序、收集数据、观察实时数据、以及简单数据分析等操作。本实用新型服务器端使用的通讯软件优选LoggerNet4.0。设备端DTU一旦上电拨号成功，就通过数据服务器的域名解析出的服务器IP地址以及端口号等，向数据中心发起TCP或UDP通信请求。
本实用新型的服务器端使用花生壳软件进行服务器地址代理，并使用虚拟串口软件将DTU上设置的访问端口虚拟为串口，并虚拟LoggerNet设置连接的串口。这样通过LoggerNet与串口连接动作，服务器便向DTU进行响应，DTU即认为与服务器握手成功，然后就保持这个通信连接一直存在，远程设备与服务器的连接一旦建立，就可以进行数据双向通信。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本实用新型的保护范围内。
Claims (9)
1.一种风电机组功率特性测量系统，其特征在于包括功率测量设备、气象测量设备以及服务器，其中：
功率测量设备包括获取机组发出的三相净电流的电流互感器，获取电流互感器的输出信号和相电压信号的功率变送器，以及安装在塔筒底部、获取功率变送器的输出信号和风机运行参数、并通过通讯模块与服务器连接的数据采集器；
气象测量设备包括安装在测风塔并通过通讯模块与服务器连接的数据采集器，以及与该数据采集器连接的风速计、风向标、温湿度计、压力计。
2.根据权利要求1所述的风电机组功率特性测量系统，其特征在于：所述功率测量设备和气象测量设备的数据采集器的通讯模块均采用GPRS无线通讯模块。
3.根据权利要求1所述的风电机组功率特性测量系统，其特征在于：所述气象测量设备的数据采集器采用太阳能供电模块，包括太阳能电池板、蓄电池以及太阳能控制器。
4.根据权利要求1所述的风电机组功率特性测量系统，其特征在于：所述功率测量设备和气象测量设备的数据采集器均采用CR1000数据采集器。
5.根据权利要求1所述的风电机组功率特性测量系统，其特征在于：所述功率变送器采用PIC18系列单片机，并通过RS485转232模块与功率测量设备的数据采集器连接。
6.根据权利要求1所述的风电机组功率特性测量系统，其特征在于：所述气象测量设备采用8通道的数据采集器。
7.根据权利要求1所述的风电机组功率特性测量系统，其特征在于：所述电流互感器采用0.2级的开口式电流互感器。
8.根据权利要求1所述的风电机组功率特性测量系统，其特征在于：所述风速计采用NRG#40型风速计。
9.根据权利要求1所述的风电机组功率特性测量系统，其特征在于：所述风向标采用NRG#200P风向标。
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