CN214121285U - 风电塔监测单元 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了风电塔监测单元，包括三端稳压器、风速传感器、锂电池充电器、门板和监测单元，锂电池充电器同时具备防止低温充放电锂电池模组过充的保护功能，通过在风力发电塔架的筒壁表面的不同高度部位上固定安装几个监测单元，由于风电塔主体的风机叶片的状态会对风力发电塔架的筒壁进行传力振动，进而使风力发电塔架的筒壁存在承压变形的趋势或可能，其中的GNSS高精度毫米级接收机可及时对风电塔塔筒的筒壁局部的形变位移量进行毫米级测定，GNSS高精度毫米级接收机感测到的毫米级位移数据信息及风速传感器、温度传感器和湿度传感器应感测到的风速、温度和湿度数据信息及时通过GSM/GPRS通讯网络发送给风电塔监测人员。

Description

风电塔监测单元

技术领域

本实用新型涉及风电塔监测领域，具体是风电塔监测单元。

背景技术

风力发电技术属于新能源领域,风电能源作为可再生的低碳能源,在倡导环保的今天越来越受到社会的重视,近些年,全球的风电产业也迅速地发展起来。

随着能源危机出现,风电越来越受到人们的青睐，而现有用于风电塔的监测装置较少，不便于人员对风电塔的状态进行监测，因此我们提出风电塔监测单元对其进行进一步完善。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供风电塔监测单元，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

风电塔监测单元，包括风电塔，所述风电塔包括风力发电塔架、风电塔主体、风机叶片和轮毂，所述风力发电塔架的桶壁表面至上而下固定安装有若干个监测单元，所述监测单元包括三端稳压器、机箱、GNSS高精度毫米级接收机、高度传感器、安装板、低温充放电锂电池模组、湿度传感器、温度传感器、单片机、风速传感器、锂电池充电器、电源适配器、第一固态继电器、第一驱动电路芯片、第一霍尔电流传感器、第二固态继电器、第二驱动电路芯片和第二霍尔电流传感器，所述安装板于风力发电塔架的侧壁固定连接，所述机箱的一侧与安装板的侧壁固定连接，所述三端稳压器和GNSS高精度毫米级接收机固定安装于机箱的内侧顶部，所述高度传感器固定安装于机箱的侧壁上，所述低温充放电锂电池模组、单片机、锂电池充电器、电源适配器、第一固态继电器、第一驱动电路芯片、第一霍尔电流传感器、第二固态继电器、第二驱动电路芯片和第二霍尔电流传感器均固定安装于机箱的内侧底部，所述湿度传感器、温度传感器和风速传感器均固定安装于机箱的底部。

作为本实用新型进一步的方案：所述机箱的另一侧为开口设置，所述机箱的另一侧设置有门板。

作为本实用新型再进一步的方案：所述门板的顶部通过铰链与机箱的顶部铰接，所述门板的底部通过插销与机箱的底部固定连接。

作为本实用新型再进一步的方案：所述GNSS高精度毫米级接收机、高度传感器、湿度传感器、温度传感器、单片机、风速传感器、第一驱动电路芯片、第一霍尔电流传感器、第二驱动电路芯片和第二霍尔电流传感器均通过导线与三端稳压器的输出端电性连接，所述锂电池充电器的输出端通过第二供电线电性连接低温充放电锂电池模组的输入端，第二供电线以穿过第二霍尔电流传感器的方式和第二霍尔电流传感器配装在一起，低温充放电锂电池模组的输出端通过第二固态继电器的输出被控制端电性连接三端稳压器的输入端，单片机的输出端通过第二驱动电路芯片电性连接第二固态继电器的输入控制端，所述电源适配器的输出端通过第一供电线、第二固态继电器的输出被控制端电性连接三端稳压器的输入端，第一供电线以穿过第一霍尔电流传感器的方式和第一霍尔电流传感器配装在一起，单片机的输出端通过第一驱动电路芯片电性连接第一固态继电器的输入控制端，所述锂电池充电器的输入端与电源适配器的输入端分别通过导线与风电塔中的逆变器的220V交流电电源输出端电性连接。

作为本实用新型再进一步的方案：所述GNSS高精度毫米级接收机、高度传感器、湿度传感器、温度传感器、风速传感器、第一霍尔电流传感器和第二霍尔电流传感器均与单片机的输入端有线连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、通过在风力发电塔架筒壁表面的不同高度部位上安装若干个监测单元，便于对多个位置进行监测，GNSS高精度毫米级接收机可及时对风电塔塔筒的筒壁局部的形变位移量进行毫米级测定，GNSS高精度毫米级接收机感测到的毫米级位移数据信息及风速传感器、温度传感器和湿度传感器应感测到的风速、温度和湿度数据信息发送给风电塔监测人员，通过机箱和门板的配合设置对安装在机箱内的元件进行保护。

附图说明

图1为风电塔监测单元的结构示意图。

图2为风电塔监测单元的硬件电路结构连接框图。

图3为风电塔监测单元中风电塔结构示意图。

图中所示：三端稳压器1、机箱2、GNSS高精度毫米级接收机3、高度传感器4、安装板5、风电塔6、低温充放电锂电池模组7、湿度传感器8、温度传感器9、单片机10、风速传感器11、锂电池充电器12、门板13、监测单元14、风力发电塔架15、风电塔主体16、风机叶片17、轮毂18、霍尔电流传感器19。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1～3，本实用新型实施例中，风电塔监测单元，包括风电塔6，所述风电塔6包括风力发电塔架15、风电塔主体16、风机叶片17和轮毂18，风电塔又名风力发电塔架，风力发电塔架属于水平轴风电塔的一部分，属于已有技术，所述风力发电塔架15的桶壁表面至上而下固定安装有若干个监测单元14，为防止机箱2影响GNSS高精度毫米级接收机3收发无线电信号，机箱2的材质优先采用能透射电磁波的工程塑料，所述监测单元14包括三端稳压器1、机箱2、具有毫米级定位精度的GNSS高精度毫米级接收机3(又名北斗形变监测仪)、高度传感器4、安装板5、低温充放电锂电池模组7、湿度传感器8、温度传感器9、单片机10、风速传感器11、锂电池充电器12、电源适配器、第一固态继电器、第一驱动电路芯片、第一霍尔电流传感器19、第二固态继电器、第二驱动电路芯片和第二霍尔电流传感器21，GNSS：Global Navigation Satellite System,所述GNSS高精度毫米级接收机3由深圳市格林恩德电子有限公司生产市售且型号为GBD-19-030，具有短、中、长基线RTK功能，支持以太网、GSM/GPRS通讯、数传电台等多种通讯方式，提供CORS、千寻RTK服务，锂电池充电器12由广州狼泳新能源科技有限公司生产市售且型号为12V，输入电压：AC100-240V 50/60HZ，输出电压：DC12.6V，电源适配器由深圳金正信科技有限公司生产市售且型号为12V6A，输入电压范围AC100-240V，输出电压DC12V，矩阵型低温充放电锂电池模组连接结构为：每组由N个低温充放电锂电池依次串联，每组低温充放电锂电池再相互并联，N≤3，风电塔输出的220V交流市电通过锂电池充电器给矩阵型低温充放电锂电池模组充电，锂电池充电器同时具备防止使矩阵型低温充放电锂电池模组过充的保护功能，所述单片机10由韩国Samsung集团生产市售且型号为Cortex-A9系列，所述三端稳压器1由美国德州仪器公司生产市售且型号为LM317LZ/NOPB，最大输入电压40V，输出电压1.2V-37V，所述高度传感器4(基于大气气压的高度计原理)的型号为MS5611-01BA03，其生产厂家为美国MEAS传感器公司，所述湿度传感器8的型号为C15-M53R，其经销厂家为上海大毅经贸有限公司，或所述湿度传感器8的型号为HDC1080DMBR，其生产厂家为美国德州仪器公司，所述温度传感器9的型号为MCHC908QT2CDWE，其生产厂家为美国飞思卡尔半导体公司，或所述温度传感器9的型号为AD7417ARUZ-REEL7，其生产厂家为美国亚德诺半导体技术有限公司，所述风速传感器11为同时能感测风速与风向的超声风速风向传感器，其型号为HCD6812，其生产厂家为邯郸市耘农智慧农业科技有限公司，所述第一霍尔电流传感器19与第二霍尔电流传感器21为穿孔型霍尔直流电流传感器，由深圳韦克威科技有限公司生产市售且型号为ACS712，工作温度-40℃~85℃，所述安装板5于风力发电塔架15的侧壁固定连接，所述机箱2的一侧与安装板5的侧壁固定连接，所述三端稳压器1和GNSS高精度毫米级接收机3固定安装于机箱2的内侧顶部，所述高度传感器4固定安装于机箱2的侧壁上，所述低温充放电锂电池模组7、单片机10、锂电池充电器12、电源适配器、第一固态继电器、第一驱动电路芯片、第一霍尔电流传感器19、第二固态继电器、第二驱动电路芯片和第二霍尔电流传感器21均固定安装于机箱2的内侧底部，所述湿度传感器8、温度传感器9和风速传感器11均固定安装于机箱2的底部，风速传感器11的安装位置应固定位于湿度传感器8和温度传感器9两者的下方，以便于风速传感器11在敞开的外界环境中基本不受阻碍地实时监测风速与风向，所述机箱2的另一侧为开口设置，所述机箱2的另一侧设置有门板13，所述门板13与机箱2密封设置，所述门板13的顶部通过铰链与机箱2的顶部铰接，所述门板13的底部通过插销与机箱2的底部固定连接，所述GNSS高精度毫米级接收机3、高度传感器4、湿度传感器8、温度传感器9、单片机10、风速传感器11、第一驱动电路芯片、第一霍尔电流传感器19、第二驱动电路芯片和第二霍尔电流传感器21均通过导线与三端稳压器1的输出端电性连接，所述锂电池充电器12的输出端通过第二供电线22电性连接低温充放电锂电池模组7的输入端，第二供电线22以穿过第二霍尔电流传感器21的方式和第二霍尔电流传感器21配装在一起，低温充放电锂电池模组7的输出端通过第二固态继电器的输出被控制端电性连接三端稳压器1的输入端，实质上，低温充放电锂电池模组7的电极既作为输入端又作为输出端通过第二供电导线22连接锂电池充电器12的输出端且通过第二固态继电器的输出被控端连接三端稳压器的输入端，单片机10的输出端通过第二驱动电路芯片电性连接第二固态继电器的输入控制端，所述电源适配器的输出端通过第一供电线20、第二固态继电器的输出被控制端电性连接三端稳压器1的输入端，第一供电线20以穿过第一霍尔电流传感器19的方式和第一霍尔电流传感器19配装在一起，单片机10的输出端通过第一驱动电路芯片电性连接第一固态继电器的输入控制端，所述锂电池充电器12的输入端与电源适配器的输入端分别通过导线与风电塔6中的逆变器的220V交流电电源输出端电性连接，风机中的风机叶片17受风力驱动而转动，由转动产生的机械能通过风机的风力发电机转换为交流电能，由于经风力发电机转换成的交流电电压不稳定，固需要预先将其通过风电塔6自带的整流器整流成直流电，预先存储在风电塔6中的蓄电池内，然后再经逆变器转换输出电压较为稳定的220V交流电，继而使风电塔输出220V交流市电给终端用户供电，所述GNSS高精度毫米级接收机3、高度传感器4、湿度传感器8、温度传感器9、风速传感器11、第一霍尔电流传感器19和第二霍尔电流传感器21均与单片机10的输入端有线连接。

本实用新型的工作原理是：

单片机根据穿在第一供电导线20上的第一霍尔电流传感器19感测到的电流量通过第一驱动电路芯片控制第一固态继电器的输出被控端的导通或断开，并根据穿在第二供电导线22上的第二霍尔电流传感器感21测到的电流量通过第二驱动电路芯片控制第二固态继电器的输出被控端的导通或断开，锂电池充电器12同时具备防止低温充放电锂电池模组7过充的保护功能，只要风电塔6自带的蓄电池存储有有效供电的化学能，则风电塔6自带的逆变器就可持续输出220V交流市电，因此，一般情况下（风电塔6自带的蓄电池与逆变器等输变电设备技术工况良好），风电塔6自带的逆变器输出的220V交流市电可连续通过锂电池充电器12给低温充放电锂电池模组7供电，电源适配器也就有低压直流电持续通过第一供电导线20输出供电电流；当风电塔6自带的逆变器的电源输出端有220V交流市电输出给电源适配器时，电源适配器相应有低压直流电输出，第一供电导线20中也就有低压直流电向第一固态继电器流经第一固态继电器的输入被控制端，第一霍尔电流传感器19可感测到第一供电导线20中有供电电流向第一固态继电器输出被控制端流动并将感测到的流经第一供电导线20的大于零的第一供电电流数值电信号发送给单片机，由单片机连续接收，单片机根据大于零的第一供电电流数值电信号持续通过第一驱动电路芯片、第一固态继电器的输入控制端加电控制第一固态继电器的输出被控制端导通，并且持续通过第二驱动电路芯片、第二固态继电器的输入控制端加电控制第二固态继电器的输出被控制端断开，即在风电塔6自带的逆变器能持续输出220V交流市电的情况下，无论锂电池充电器12是否通过第二供电导线22输出充电电流给低温充放电锂电池模组7，单片机此时则会选择保持接通第一固态继电器的输出被控制端并保持断开第二固态继电器的输出被控制端，使电源适配器通过第一固态继电器的输出被控制端、三端稳压器1给本监测单元的用电器件（GNSS高精度毫米级接收机3、高度传感器4、湿度传感器8、温度传感器9、单片机10、风速传感器11、第一驱动电路芯片、第一霍尔电流传感器19、第二驱动电路芯片和第二霍尔电流传感器21等）供电，与此同时，风电塔6自带的逆变器也给锂电池充电器12提供220V交流市电，若锂电池充电器12检测到低温充放电锂电池模组7未被充满电时，则持续通过第二供电导线22给低温充放电锂电池模组7提供充电电流，直至低温充放电锂电池模组7被充满电而饱和，若锂电池充电器12检测到低温充放电锂电池模组7已被充满电而饱和时，则自动停止通过第二供电导线22给低温充放电锂电池模组7提供充电电流，立即停止给低温充放电锂电池模组7充电，第二供电导线22中无电流向低温充放电锂电池模组7流动，在电源适配器通过第一固态继电器导通的输出被控端给三端稳压器供电的过程中，第二固态继电器断开的输出被控端可防止低温充放电锂电池模组7额外不必要地给三端稳压器供电，由于锂电池充电器12智能专门用于给低温充放电锂电池模组7充电，因此，第二固态继电器的输出被控端处于断开状态可防止锂电池充电器12在给低温充放电锂电池模组7的过程中不合适地给三端稳压器供电，消除三端稳压器被锂电池充电器12的专供锂电池充电的特定功能损害的隐患，更能防止电源适配器和锂电池充电器12同时并联给三端稳压器1的供电方式烧坏三端稳压器1，防止电源适配器和锂电池充电器12对彼此的供电损害，通常情况下，在风电塔6自带的逆变器有220V交流市电输出给锂电池充电器12的状态中，低温充放电锂电池模组7时刻处于待充电状态而存储有足量的可转化为电能的化学能，在风电塔6自带的逆变器无220V交流市电输出时，就可以作为备用应急电源替代电源适配器给三端稳压器供电，即只有风电塔应意外机电故障而暂时停止输出220V交流市电时，预先被加电的锂电池充电器12充有足量电能的低温充放电锂电池模组7则代替锂电池充电器12给三端稳压器稳定提供直流电压；当风电塔6自带的逆变器的电源输出端无220V交流市电输出给电源适配器时，电源适配器相应无低压直流电输出，第一供电导线20中也就没有低压直流电向第一固态继电器流经第一固态继电器的输入被控制端，第一霍尔电流传感器19可感测到第一供电导线20中无供电电流向第一固态继电器输出被控制端流动，将感测到的流经第一供电导线20的等于零的第一供电电流数值电信号发送给单片机，由单片机连续接收，单片机根据等于零的第一供电电流数值电信号持续通过第一驱动电路芯片、第一固态继电器的输入控制端加电控制第一固态继电器的输出被控制端断开，并且持续通过第二驱动电路芯片、第二固态继电器的输入控制端加电控制第二固态继电器的输出被控制端导通，即在风电塔6自带的逆变器不能输出220V交流市电的情况下，无论锂电池充电器12是否通过第二供电导线22输出充电电流给低温充放电锂电池模组7，单片机此时则会选择保持断开第一固态继电器的输出被控制端并保持接通第二固态继电器的输出被控制端，使预先存储有足量的化学能的低温充放电锂电池模组7通过第一固态继电器的输出被控制端、三端稳压器1给本监测单元的用电器件供电，确保GNSS高精度毫米级接收机3、高度传感器4、湿度传感器8、温度传感器9、单片机10、风速传感器11、第一驱动电路芯片、第一霍尔电流传感器19、第二驱动电路芯片和第二霍尔电流传感器21等能正常加电稳定工作，与此同时，第一固态继电器的输出被控端处于断开状态，在风电塔6自带的逆变器能输出220V交流市电的情况下，在低温充放电锂电池模组7给三端稳压器供电的过程中，可防止电源适配器突然输出低压供电电流不合适地给低温充放电锂电池模组7充电或给三端稳压器供电，更能防止突然加电的电源适配器和低温充放电锂电池模组7同时并联给三端稳压器1的供电方式烧坏三端稳压器1；通过在风力发电塔架15的筒壁表面的不同高度部位上固定安装若干个监测单元14，由于风电塔主体16的风机叶片17的状态会对风力发电塔架15的筒壁进行传力振动，进而使风力发电塔架15的筒壁存在承压变形的趋势或可能，其中的GNSS高精度毫米级接收机3可及时对风电塔塔筒的筒壁局部的形变位移量进行毫米级测定，GNSS高精度毫米级接收机3感测到的毫米级位移数据信息及风速传感器11、温度传感器9和湿度传感器8应感测到的风速、温度和湿度数据信息及时通过GSM/GPRS通讯网络发送给风电塔监测人员，告警风电塔监测人员根据掌握的数据信息对潜在有形变倾向的风电塔进行停机处理，以对塔筒等进行修改或加固，通过机箱2和门板13的配合设置对安装在机箱内的元件进行保护。

尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.风电塔监测单元，包括风电塔(6)，其特征在于：所述风电塔(6)包括风力发电塔架(15)、风电塔主体(16)、风机叶片(17)和轮毂(18)，所述风力发电塔架(15)的桶壁表面至上而下固定安装有若干个监测单元(14)，所述监测单元(14)包括三端稳压器(1)、机箱(2)、GNSS高精度毫米级接收机(3)、高度传感器(4)、安装板(5)、低温充放电锂电池模组(7)、湿度传感器(8)、温度传感器(9)、单片机(10)、风速传感器(11)、锂电池充电器(12)、电源适配器、第一固态继电器、第一驱动电路芯片、第一霍尔电流传感器(19)、第二固态继电器、第二驱动电路芯片和第二霍尔电流传感器(21)，所述安装板(5)于风力发电塔架(15)的侧壁固定连接，所述机箱(2)的一侧与安装板(5)的侧壁固定连接，所述三端稳压器(1)和GNSS高精度毫米级接收机(3)固定安装于机箱(2)的内侧顶部，所述高度传感器(4)固定安装于机箱(2)的侧壁上，所述低温充放电锂电池模组(7)、单片机(10)、锂电池充电器(12)、电源适配器、第一固态继电器、第一驱动电路芯片、第一霍尔电流传感器(19)、第二固态继电器、第二驱动电路芯片和第二霍尔电流传感器(21)均固定安装于机箱(2)的内侧底部，所述湿度传感器(8)、温度传感器(9)和风速传感器(11)均固定安装于机箱(2)的底部。

2.根据权利要求1所述的风电塔监测单元，其特征在于：所述机箱(2)的另一侧为开口设置，所述机箱(2)的另一侧设置有门板(13)。

3.根据权利要求2所述的风电塔监测单元，其特征在于：所述门板(13)的顶部通过铰链与机箱(2)的顶部铰接，所述门板(13)的底部通过插销与机箱(2)的底部固定连接。

4.根据权利要求1所述的风电塔监测单元，其特征在于：所述GNSS高精度毫米级接收机(3)、高度传感器(4)、湿度传感器(8)、温度传感器(9)、单片机(10)、风速传感器(11)、第一驱动电路芯片、第一霍尔电流传感器(19)、第二驱动电路芯片和第二霍尔电流传感器(21)均通过导线与三端稳压器(1)的输出端电性连接，所述锂电池充电器(12)的输出端通过第二供电线(22)电性连接低温充放电锂电池模组(7)的输入端，第二供电线(22)以穿过第二霍尔电流传感器(21)的方式和第二霍尔电流传感器(21)配装在一起，低温充放电锂电池模组(7)的输出端通过第二固态继电器的输出被控制端电性连接三端稳压器(1)的输入端，单片机(10)的输出端通过第二驱动电路芯片电性连接第二固态继电器的输入控制端，所述电源适配器的输出端通过第一供电线(20)、第二固态继电器的输出被控制端电性连接三端稳压器(1)的输入端，第一供电线(20)以穿过第一霍尔电流传感器(19)的方式和第一霍尔电流传感器(19)配装在一起，单片机(10)的输出端通过第一驱动电路芯片电性连接第一固态继电器的输入控制端，所述锂电池充电器(12)的输入端与电源适配器的输入端分别通过导线与风电塔(6)中的逆变器的220V交流电电源输出端电性连接。

5.根据权利要求1所述的风电塔监测单元，其特征在于：所述GNSS高精度毫米级接收机(3)、高度传感器(4)、湿度传感器(8)、温度传感器(9)、风速传感器(11)、第一霍尔电流传感器(19)和第二霍尔电流传感器(21)均与单片机(10)的输入端有线连接。

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