CN206592248U - 离网型便携式风力发电机组野外测试与分析系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及风力发电机性能测试领域，特别是对风力发电机进行虚拟测试，具体是一种离网型便携式风力发电机组野外测试与分析系统。该系统包括风力发电机、多个无线传感器、与无线传感器一一对应的无线变送器、无线数据采集卡和计算机；无线数据采集卡负责对无线传感器和无线变送器传输过来的数据进行处理并将处理后的数据传输给计算机，计算机负责汇总各现场数据并进行检测、处理和显示。本实用新型可以填补国内风力发电检测应用领域的相关空白，提高了测量的精度和测试的效率；还能够使计算结果更加精确；通过无线传输，无需现场布线，节省了费用；可以大幅降低风力勘察的成本和周期，性能稳定，便于携带，适合偏远、恶劣环境中野外作业。

Description

离网型便携式风力发电机组野外测试与分析系统

技术领域：

本实用新型涉及风力发电机性能测试领域，特别是对风力发电机进行虚拟测试，具体是一种离网型便携式风力发电机组野外测试与分析系统。

背景技术：

风力发电机作为利用清洁能源的主导产品之一，在我国已经历了数十年的生产与推广实践。为了充分地开发利用我国丰富的风能资源，更好地满足人们对风力发电机的要求，研究开发稳定性高、易维护且经济实用的新一代风力发电机就具有十分重要的意义。而在此项研究工程中，为了给改进风力发电机性能提供必要的依据，对风力发电机性能进行测试就是一个必不可少的环节。当前风力发电机性能测试的方法主要有风洞实验、车载式风力发电机性能测试系统和自然风场中人工手动测量以及基于图形化编程软件的虚拟测试等测试方法。

其中，风洞实验可以在较短的测试时间内实现对所需数据的测试、采集和处理，但是风洞实验目前对所需数据的采集，有些参数还是采用人工读数，即使对于采用电测手段测试的参数，在数据记录处理时也是各路信号独立采集存储，最后汇总处理，有一定不便。而且鉴于建设测试所需的主要设备是风洞，其巨大的技术难度和投资费用使得该技术在实施应用中存在一定的困难。另外，风洞实验也不能对被测对象进行在实际工况下进行实时实地测试实验，并且在测试中如果被测对象体积比较大，相应地对风洞实验设施的要求就会比较高，或者只能对被测物进行模型试验。

而车载式风力发电机性能测试系统，是通过对行进中车速的调节，实现模拟流过风力发电机风轮的风速变化，这种测试方法存在着受路况和天气影响的缺点。并且，目前在采用该方法的测试实验中，多数还是采用手动调控和记录数据，操作起来不方便，需要较大的人力物力，而且也难以避免认为读数误差的影响。

至于自然风场中传统的人工手动测量，这种方法需要大量的人力，而且不可避免的存在人为读数误差，所以测试精度比较低，测试效率也不易提高，无法实现对被测风力发电机实时的测试数据采集以及实时监控。

随着技术的发展，通过虚拟仪器测试系统进行虚拟测试的方法被逐渐推广应用，其完全遵照国家标准对风力发电机性能测试方面的要求选配适当的传感器、变速器和数据采集卡，组建系统的硬件；软件部分采用图形化编程测试软件，编写测试程序。该虚拟仪器测试系统具备数据实时采集、存贮的功能，而且增加了实验过程中的稳定性、避免人为读数误差，从而提高了测量精度和测试效率。然而该测试系统中的传感器多是采用有线方式，但是在一些特殊情况下，有线线缆连接显然会造成很多不便，不能够满足现实需要。随着新兴无线技术(如蓝牙技术)的发展以及其芯片价格的降低，无线方式在很多场合都得到应用以取代原有的有线接口方式。因此采用无线网络化传感器势必成为测试系统发展的一个重要方向。

实用新型内容：

本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术对风力发电机性能进行测试的手段应用起来都有一点不便和局限问题存在，提供一种离网型便携式风力发电机组野外测试与分析系统。

本实用新型解决其技术问题所采取的技术方案是：离网型便携式风力发电机组野外测试与分析系统，其特征在于：包括风力发电机、多个无线传感器、与无线传感器一一对应的无线变送器、无线数据采集卡和计算机，所述风力发电机包括风叶单元、发电单元和存储单元；所述无线传感器包括大气压力传感器、大气温度传感器、大气湿度传感器、频率传感器、风向传感器、风速传感器、交直流电流传感器和交直流电压传感器，所述无线变送器包括大气压力变送器、大气温度变送器、大气湿度变送器、频率变送器、风向变送器、风速变送器、交直流电流变送器和交直流电压变送器；无线数据采集卡负责对无线传感器和无线变送器传输过来的数据进行处理并将处理后的数据传输给计算机，计算机负责汇总各现场数据并进行检测、处理和显示。

进一步地，风叶单元为50W～600W的折叠式风机。

进一步地，风力发电机安装在塔杆上，塔杆的基座由可拆装的圆盘组成。

进一步地，风力发电机还包括封闭式结构的收纳箱。

进一步地，所述无线传感器为蓝牙无线传感器，所述蓝牙无线传感器包括传感器模块和蓝牙无线模块。

进一步地，无线数据采集卡中设有独立的中央处理模块，中央处理模块在现场对采集的信号进行数字滤波和简单的数据处理。

进一步地，计算机和无线数据采集卡之间采用DataSocket通信连接。

进一步地，计算机中还设有采用图形化编程测试软件LabVIEW的虚拟分析模块。

进一步地，所述离网型便携式风力发电机组野外测试与分析系统还包括GPRS模块和移动监测终端，移动监测终端通过GPRS模块与计算机连接。

本实用新型由于采取了上述技术方案，其具有如下有益效果：

本实用新型所述的离网型便携式风力发电机组野外测试与分析系统，可以填补国内风力发电检测应用领域的相关空白，无需人工读数、对环境进行自动化数据修正，提高了测量的精度和测试的效率，且除了风力测试外还可以完成多项环境指标的检测，实用范围和领域极为广阔；还能够同时记录所有传感器的采集数据，从而使计算结果更加精确；通过无线传输，无需现场布线，节省了费用；可以大幅降低风力勘察的成本和周期，性能稳定，便于携带，适合偏远、恶劣环境中野外作业。

附图说明：

图1为本实用新型所述的离网型便携式风力发电机组野外测试与分析系统的结构示意图；

图2为本实用新型所述的通过GPRS远程传输数据的链路示意图。

具体实施方式：

以下结合附图对本实用新型的内容作进一步说明。

如图1所示，本实用新型所述的离网型便携式风力发电机组野外测试与分析系统，包括风力发电机1、多个无线传感器2、与无线传感器2一一对应的无线变送器3、无线数据采集卡4和计算机5。

其中，所述风力发电机1用作该测试与分析系统的配套设备，能够模拟和实验该测试与分析系统的运行，也可以是独立于该测试与分析系统的发电系统，用于为该测试与分析系统的运行供电；所述风力发电机1包括风叶单元、发电单元和存储单元，优选风叶单元为50W～600W的折叠式风机，用于模拟检测风场环境因素，掌握数据，以便了解中小型风力发电机安装前期情况并预测大型风力发电机安装情况；在本实用新型中，风力发电机1安装在塔杆上，塔杆的基座由可拆装的圆盘组成，这样就使得塔杆的固定无需浇筑水泥混凝土。优选地，风力发电机1还包括封闭式结构的收纳箱，其可以存放风叶单元和存储单元，发电单元设置在收纳箱上。该风力发电机1不但可提供电力供使用者利用，而且还便于携带，同时其防护等级达到IP54标准。

其中，无线传感器2用于进行现场信号的数据采集和设备监控，将现场信号的模拟量转化为数字量，并完成数字量的变换和存储。无线变送器3用于把无线传感器2的输出信号转变为可被识别的信号或将无线传感器2输入的非电量转换成电信号同时放大以便供远方测量和控制。不同的物理量需要不同的传感器和相应的变送器，传感器和变送器一同构成自动控制的监测信号源。在本实用新型中，所述无线传感器2包括大气压力传感器、大气温度传感器、大气湿度传感器、频率传感器、风向传感器、风速传感器、交直流电流传感器和交直流电压传感器，所述无线变送器3包括大气压力变送器、大气温度变送器、大气湿度变送器、频率变送器、风向变送器、风速变送器、交直流电流变送器和交直流电压变送器。优选地，所述无线传感器2为蓝牙无线传感器，蓝牙无线传感器是基于蓝牙协议的无线网络化传感器，所述蓝牙无线传感器包括传感器模块(Sensor Module)和蓝牙无线模块(BluetoothModule)，传感器模块用于数据采集和设备监控，蓝牙无线模块运行蓝牙无线通信协议，使得传感器设备满足蓝牙无线通信协议规范，并将现场数据通过无线的方式传送到同样使用蓝牙技术的无线数据采集卡4中；蓝牙无线模块集成了蓝牙技术的设备体积小、功耗低、价格便宜，适合于工业设备的成本控制和运行开销，从而满足大量产品应用的需求。无需现场布线，节省了费用，蓝牙采用扩频跳频技术，抗干扰能力强，增加了信息传输的安全性。

其中，无线数据采集卡4负责对无线传感器2和无线变送器3传输过来的数据进行处理并将处理后的数据传输给计算机5，优选无线数据采集4中设有独立的中央处理模块，中央处理模块可以在现场对采集的信号进行数字滤波和简单的数据处理。计算机5负责汇总各现场数据并进行检测、处理和显示。

优选地，计算机5和无线数据采集卡4之间采用DataSocket通信连接。通常，为了掌握风机故障产生的时间和原因，风力发电机测试系统需要具备在线监测功能，当风力发电机发生故障时控制系统发出警报，测试与分析系统自动评估其频率范围并与所设定的频率谱图相比较，当监控系统给出超出系统设定异常值时，风力发电机自动停机，并通过远程网络技术把报警值传送到诊断中心。这样可以在早期状态就探测到潜在的危险，技术专家们可以在异地利用所得数据对设备故障进行分析，并将结果及时的反馈回生产现场，以便采取措施。其中的C/S模式具有数据传输实时性好、数据在远端能够进行处理和存储、灵活性大等优点；远程故障诊断中，振动信号变化快，数据要求在远端进行分析，则易采用C/S模式；而B/S模式具有数据存储量大和易查询等优点，对于压力、温度等缓变不需远程处理的信号，则易采用B/S模式；而DataSocket技术将C/S模式(客户/服务器模式)和B/S模式(浏览器/服务器模式)有机结合在一起，是真正做到数据实时传输，能够充分发挥两者优势进行远程监控。

为了实现对数据采集的控制、显示和存储，计算机5中还设有采用图形化编程测试软件LabVIEW的虚拟分析模块。测试时，各路电流、电压信号经相应的无线传感器2和无线变送器3采集、传输，通过无线数据采集卡4标定的信号通道的处理，传输给计算机5，由虚拟分析模块中的LabVIEW软件处理后作结果显示，使用LabVIEW软件能够建立虚拟仪器的人机界面，利用其强大的计算功能更加完善了系统的数据表达、处理功能，使得系统具有自动化程度高、测量更加精确、数据处理迅速、分析表达直观等特点。

同时试验数据以电子表格形式存储于计算机5中，最后利用表格的数学计算、分析处理功能得到试验结果。通过对大气温度、大气压力、风速等实验数据的分析和处理，计算出风能的功率；利用电流和电压参数的分析、处理，计算出风力发电机的输出功率；通过两个参数的比值从而得到评估风机的转换效率和风机的性能，从而实现风力预测、通信管理、实时检测、计算曲线、数据管理和权限管理等功能。其中，风力预测功能主要用于在天气恶劣的情况下，需要对风力做出准确预测，因为风速可能在短期内陡增或陡降，将直接影响发电量，软件可将大气数值转为三维网络，结合无线传感器2和无线变送器3收集的物理数据，模拟大气行为的方程式，从而对风力进行预测；通信管理功能则是系统可自动与各采集模块建立通讯连接，整个系统具有自我诊断功能，当通信因外部原因终端后可在最短时间内重新建立连接；实时检测功能可以实时检测风力发电机现场的发电机参数和环境参数；计算曲线功能则通过分析，可绘制风速变化曲线、效率转变曲线和功率-时间曲线等；数据管理功能则是保存所有数据到数据库，数据库数据可随时导出并根据用户设置，可手动或自动生成日报表，月报表，年度报表等；权限管理功能则灵活的用户权限管理，不同的用户权限可进行不同的操作。

由于利用计算机进行远程监控风机性能存在需要人员到控制室查看、限制了物联网的发展且费用较贵等缺点，如图2所示，所述离网型便携式风力发电机组野外测试与分析系统还包括GPRS模块6和移动监测终端7，移动监测终端7通过GPRS模块6与计算机5连接。这样以来，用户使用移动监测终端7，例如手机等，即可实现对风力发电机组的远程监控，操作方便，节省费用。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (7)

1.离网型便携式风力发电机组野外测试与分析系统，其特征在于：包括风力发电机、多个无线传感器、与无线传感器一一对应的无线变送器、无线数据采集卡和计算机，所述风力发电机包括风叶单元、发电单元和存储单元；所述无线传感器包括大气压力传感器、大气温度传感器、大气湿度传感器、频率传感器、风向传感器、风速传感器、交直流电流传感器和交直流电压传感器，所述无线变送器包括大气压力变送器、大气温度变送器、大气湿度变送器、频率变送器、风向变送器、风速变送器、交直流电流变送器和交直流电压变送器；无线数据采集卡负责对无线传感器和无线变送器传输过来的数据进行处理并将处理后的数据传输给计算机，计算机负责汇总各现场数据并进行检测、处理和显示。

2.根据权利要求1所述的离网型便携式风力发电机组野外测试与分析系统，其特征在于：风叶单元为50W～600W的折叠式风机。

3.根据权利要求1所述的离网型便携式风力发电机组野外测试与分析系统，其特征在于：风力发电机安装在塔杆上，塔杆的基座由可拆装的圆盘组成。

4.根据权利要求1所述的离网型便携式风力发电机组野外测试与分析系统，其特征在于：风力发电机还包括封闭式结构的收纳箱。

5.根据权利要求1所述的离网型便携式风力发电机组野外测试与分析系统，其特征在于：所述无线传感器为蓝牙无线传感器，所述蓝牙无线传感器包括传感器模块和蓝牙无线模块。

6.根据权利要求1所述的离网型便携式风力发电机组野外测试与分析系统，其特征在于：计算机和无线数据采集卡之间采用DataSocket通信连接。

7.根据权利要求1所述的离网型便携式风力发电机组野外测试与分析系统，其特征在于：所述离网型便携式风力发电机组野外测试与分析系统还包括GPRS模块和移动监测终端，移动监测终端通过GPRS模块与计算机连接。