CN215633526U - 雷电监测设备、系统、风力发电机及风电场 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种雷电监测设备、系统、风力发电机及风电场，其中雷电监测设备包括多个雷电感应模块、多通道同步采集模块以及处理模块，其中，多个雷电感应模块感应被雷击设备的多个雷击点所受的多路雷电，多个雷电感应模块输出多路感应电信号；多通道同步采集模块包括多通道同步采集端，多通道同步采集端与多个雷电感应模块的输出连接，采用多通道对多路感应电信号进行同步采集，多通道同步采集模块输出多路雷电信号；处理模块包括接收端，接收端与多通道同步采集模块的输出连接，处理模块通过接收端接收多路雷电信号，以利用多路雷电信号对雷电进行监测。这样通过多通道同步采集模块可以减少丢失的雷电信号，提高雷电信号采集的准确性。

Description

雷电监测设备、系统、风力发电机及风电场

技术领域

本申请涉及风力发电领域，尤其涉及一种雷电监测设备、系统、风力发电机及风电场。

背景技术

随着风力发电机容量的增大，轮毂高度和叶片直径也随之增高。风力发电机遭遇雷击的概率也随之增大。基于此，雷电流特征参数的监控对于雷击研究和雷击防护具有十分重要的意义。

在相关技术中，风力发电机的雷电监测的方法，主要通过雷电记录卡，记录雷电信号。后期运维人员在定期运维时，读取雷电记录卡，确定雷电记录卡中是否记录有雷电信号，从而确定风力发电机是否遭受过雷击。这样运维人员通过雷电记录卡，无法得到更加准确地雷电信号。

实用新型内容

本申请提供一种雷电监测设备、系统、风力发电机及风电场。

本申请提供一种雷电监测设备，所述雷电监测设备包括：

多个雷电感应模块、多通道同步采集模块以及处理模块，其中，

所述多个雷电感应模块感应被雷击设备的多个雷击点所受的多路雷电，所述多个雷电感应模块输出多路感应电信号；

所述多通道同步采集模块包括多通道同步采集端，所述多通道同步采集端与所述多个雷电感应模块的输出连接，采用多通道对所述多路感应电信号进行同步采集，所述多通道同步采集模块输出多路雷电信号；

所述处理模块包括接收端，所述接收端与所述多通道同步采集模块的输出连接，所述处理模块通过所述接收端接收所述多路雷电信号，以利用所述多路雷电信号对雷电进行监测。

可选的，所述多通道同步采集模块的多通道的通道数量与所述多路感应电信号的数量相同。

可选的，所述感应电信号包括感应雷电压信号；所述雷电信号包括雷电流信号；

所述雷电感应模块包括多个磁电转换模块，所述多个磁电转换模块感应所述多路雷电，输出多路所述感应雷电压信号；

所述多通道同步采集模块包括多通道同步电压采集部件，所述多通道同步电压采集部件与所述多个磁电转换模块连接，所述多通道同步电压采集部件采用多通道对多路所述感应雷电压信号进行同步采集，输出多路所述雷电流信号；

所述接收端与所述多通道同步电压采集部件的输出连接，所述处理模块通过所述接收端接收多路所述雷电流信号，对多路所述雷电流信号的上升时间、持续时间、峰值和/或能量进行整合，得到整合后雷电信号。

可选的，至少一个所述磁电转换模块设置于风力发电机的叶片的雷电引下线；

和/或，至少一个所述磁电转换模块设置于风力发电机的塔架的雷电引下线，所述风力发电机的塔架的雷电引下线与航空警示灯连接；

和/或，至少一个所述磁电转换模块设置于风力发电机的塔架的雷电引下线，所述风力发电机的塔架的雷电引下线与风向仪连接。

可选的，所述雷电监测设备包括系统时间记录模块，记录系统时间戳；

所述处理模块包括时间采集端，与所述系统时间记录模块连接，所述处理模块接收所述系统时间戳，在所述多路感应电信号中添加所述系统时间戳，得到包含有时间戳的多路感应电信号。

可选的，所述雷电监测设备还包括工业视觉模块，获取多个雷击点的图像数据；

所述处理模块与所述工业视觉模块连接，接收所述图像数据，利用所述图像数据，以对雷电进行监测。

可选的，所述工业视觉模块包括多个拍摄设备，所述多个拍摄设备的拍摄范围覆盖所述多个雷击点，拍摄所述多个雷击点的雷电图像，获得图像数据；

所述处理模块包括图像采集端，所述图像采集端与所述多个拍摄设备连接，所述处理模块通过所述图像采集端接收所述多个雷击点的所述图像数据，对所述多个雷击点的所述图像数据进行融合，确定所述多个雷击点的雷击情况。

可选的，所述时间采集端还与所述多个拍摄设备连接，所述处理模块在所述多个雷击点的所述图像数据中添加所述系统时间戳，得到包含有时间戳的图像数据。

本申请提供一种风力发电机，所述风力发电机包括：

塔架；

机舱，安装于所述塔架；

风轮，组装于所述机舱；

如上述的雷电监测设备。

本申请提供一种监控系统，所述监控系统包括第一雷电监测设备及第二雷电监测设备，所述第一雷电监测设备及所述第二雷电监测设备均包括如上述的雷电监测设备。

可选的，所述监控系统包括：

分别与所述第一雷电监测设备的所述处理模块的输出以及所述第二雷电监测设备的所述处理模块的输出连接的监控中心；

所述第一雷电监测设备和所述第二雷电监测设备分别与所述监控中心通信连接；

所述监控中心，用于对雷电进行监测。

可选的，所述监控系统包括：

与所述第一雷电监测设备中的所述处理模块的输出连接的监控中心；所述第二雷电监测设备中的所述处理模块的输出与所述第一雷电监测设备连接；

所述第二雷电监测设备通过所述第一雷电监测设备与所述监控中心通信连接；所述监控中心用于对雷电进行监测。

可选的，所述第一雷电监测设备与所述监控中心之间的距离，小于所述第二雷电监测设备与所述监控中心之间的距离。

本申请提供一种风电场，所述风电场包括多个风力发电机，以及，如上述的监控系统，所述第一雷电监测设备及所述第二雷电监测设备分别与不同的风力发电机对应。

根据本申请实施例提供的技术方案，使用多通道同步采集模块同步采集多路感应电信号，由于多通道同步采集模块各通道相互独立，因此多通道各自同步采集感应雷电信号，从而实现在同一时间内采集多路感应电信号，相较于单通道采集感应电信号，可以减少丢失的雷电信号，提高雷电信号采集的准确性，进而得到更加准确地雷电信号。

附图说明

图1所示为本申请的风电场的一个实施例的示意图；

图2所示为本申请的监控系统的一个实施例的示意图；

图3所示为本申请的监控系统的另一个实施例的示意图；

图4所示为本申请的雷电监测设备的一个实施例的示意图；

图5所示为本申请的电磁转换模块的示意图；

图6所示为本申请的风力发电机的测量点位图；

图7所示为本申请的雷电监测设备的另一个实施例的示意图；

图8所示为本申请的雷电监测方法的一个实施例的流程框图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置的例子。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。除非另作定义，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请说明书以及权利要求书中使用的“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“多个”包括两个，相当于至少两个。“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而且可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

图1所示为本申请的风电场的一个实施例的示意图，风电场包括多个风力发电机10，多个风力发电机10可以包括从支撑表面11延伸的塔架12、安装在塔架12上的机舱13，以及组装至机舱13的风轮14。风轮14包括可旋转的轮毂15和至少一个叶片16，叶片16连接至轮毂15且从轮毂15向外延伸。在图1所示的实施例中，风轮14包括三个叶片16。在一些其他实施例中，风轮14可包括更多或更少的叶片16。多个叶片16可围绕轮毂15隔开，以促进使风轮14旋转，以使风能能够转换成可用的机械能，且随后转换成电能。

在一些实施例中，风力发电机10可以包括航空警示灯17。航空警示灯17可以设置于风力发电机10的机舱13尾部，朝向背离地面的方向。航空警示灯17可以给警示航空飞行器预警。

在一些实施例中，风力发电机10可以包括风向仪18。风向仪18可以设置于风力发电机10的机舱13尾部。风向仪18可以测量风速及风向等。

在一些实施例中，风力发电机10包括避雷装置(图中未图示)，避雷装置会将雷击点的雷电流，泄放入地。在一些实施例中，风力发电机10具有多个雷击点，这样可以风力发电机10的多个雷击点的雷电流，泄放入地。

在一些实施例中，风力发电机10中的风向仪18、叶片16和/或航空警示灯17，容易被雷击，可以设为雷击点。因此，可以通过避雷装置将风力发电机10的风向仪18、叶片16和/或航空警示灯17的雷电流，泄放入地。

基于上述实施例，在一些实施例中，避雷装置包括设置于被雷击设备上的雷电引下线(图中未图示)。对应于风力发电机10中的风向仪18、叶片16和/或航空警示灯17，则雷电引下线分别可以为与航空警示灯17连接的风力发电机10的塔架12的雷电引下线、与风向仪18连接的风力发电机10的塔架12的雷电引下线和/或风力发电机的三个叶片16的雷电引下线。

在一些实施例中，风力发电机10还可以包括雷电监测设备，利用多路雷电信号对雷电进行监测。在下文详细介绍本申请实施例的雷电监测设备。

如图2所示为本申请的监控系统的一个实施例的示意图。在一些实施例中，风电场还可以包括监控系统20，监控系统20包括第一雷电监测设备24及第二雷电监测设备25。第一雷电监测设备24及第二雷电监测设备25分别与不同的上述风力发电机10对应。第一雷电监测设备24及第二雷电监测设备25均可以包括如下文介绍的本申请实施例的雷电监测设备。第一雷电监测设备中的“第一”及第二雷电监测设备中的“第二”是为了区分两个雷电监测设备，不作顺序和数量上的限定。这样可以使用监控系统的不同雷电监测设备，对不同风力发电机10的多个雷击点所受的多路雷电进行监测。

在一些实施例中，监控系统20还可以包括数据存储装置21、用于连接通信设备的通信接口装置23、以及监控中心22。

在一些实施例中，数据存储装置21包括数据存储设备，用于储存雷电信号和图像数据。数据存储装置21的存储量可以为10T。

在一些实施例中，风电场可以包含2台到n台风力发电机10，n的最大值可达255台。每台风力发电机10具有唯一的地址编码。在一些实施例中，多个风力发电机10可以呈分布式设置(如图1所示)。并且，n台风力发电机10可以包括n台雷电监测设备，风力发电机10与雷电监测设备一一对应设置。

继续参见图2所示，在一种实施例中，多个风力发电机10分别可以通过通信接口与通信接口装置23连接，通信接口装置23与数据存储装置21连接，这样多个风力发电机10分别与通信接口装置23连接，以实现多个雷电监测设备与通信接口装置23的直接通信。

在一些实施例中，第一雷电监测设备24和第二雷电监测设备25分别与监控中心22通信连接。监控中心22对雷电进行监测。这样监控中心22可以分别对第一雷电监测设备24和第二雷电监测设备25的通信信号进行监控。

在一些实施例中，监控中心22分别与第一雷电监测设备24的处理模块263的输出以及第二雷电监测设备25的处理模块263的输出连接。在一些实施例中，监控中心22包括逻辑处理部件(未图示)及人机接口部件(未图示)。逻辑处理部件接收来自数据存储装置21传输的数据，并通过人机接口部件将数据传输至监控中心22处，然后在监控中心22处可视化显示数据。在一些实施例中，监控中心22通过通信接口装置23与多个风力发电机10，这样多个风力发电机10中的雷电监测设备能够通过通信接口装置23，与监控中心22通信。

在一些实施例中，风电场可以包括多个监控中心，比如两个监控中心。可以将两个监控中心中与风力发电机距离较近的监控中心，称为近端监控中心。这样近端监控中心可以实现远程的监控风力发电机的雷击情况。将两个监控中心中与风力发电机距离较远的监控中心，称为远端监控中心。这样远端监控中心可以实现远程的监控风力发电机的雷击情况。在一些实施例中，远端监控中心包括逻辑运算部件(未图示)及人机接口部件(未图示)。逻辑运算部件包括便携式计算机及便携式计算机相应的软件系统，其中便携式计算机相应的软件系统实时读取远端监控中心的数据，并将远端监控中心的数据可视化至人机接口部件。用户可以通过远端监控中心，实时按需查询历史雷击数据，为后续风力发电机的防雷设计及维护提供有益参考。

在一些实施例中，远端监控中心可以通过互联网与近端监控中心建立通信连接，不仅方便在距离风力发电机较远的位置，远程监控发电机的雷击情况，而且可以实现与近端监控中心的同步监控。在一些实施例中，通信接口装置23连接至近端监控中心的以太网接口部件，近端监控中心的以太网接口部件连接至通信接口装置23中的以太网装置，以太网装置连接至远端监控中心。在一些实施例中，以太网装置包括交换机及交换机相应的光缆连接，实现通信信号的互联网传输。

图3所示为本申请的监控系统的另一个实施例的示意图。参见图3所示，在另一些实施例中，第一风力发电机101可以包括第一雷电监测设备24，第二风力发电机102包括第二雷电监测设备25。多个风力发电机10的雷电监测设备串联后与通信接口装置23连接，通过第一风力发电机101的第一雷电监测设备24与通信接口装置23连接，以实现第一风力发电机101的第一雷电监测设备24与通信接口装置23通信，进而实现与第一雷电监测设备24串联的其他雷电监测设备，通过第一雷电监测设备24分别与通信接口装置23的通信。

在一些实施例中，监控中心22通过通信接口装置23与第一雷电监测设备24连接。这样监控中心22可以通过第一雷电监测设备24，实现对第一雷电监测设备24和第二雷电监测设备25的通信信号进行监控。

在一些实施例中，监控系统20可以包括与第一雷电监测设备24中的处理模块263的输出连接的监控中心22；第二雷电监测设备25中的处理模块263的输出与第一雷电监测设备24连接。第二雷电监测设备25通过所述第一雷电监测设备24与所述监控中心22通信连接；监控中心22对雷电进行监测。这样通过多个雷电监测设备中的一个雷电监测设备，可以统一将多个雷电监测设备的通信信号发送给监控中心22。在一些实施例中，第一雷电监测设备24与监控中心22之间的距离，小于第二雷电监测设备25与监控中心22之间的距离。这样从多个雷电监测设备中找出距离监控中心22更为接近的雷电监测设备，节约了多个雷电监测设备直接与监控中心22连接的成本，也可以实现监控中心22对多个雷电监测设备进行雷电监控。

相关技术中风力发电机10中的雷电监测设备，在雷电发生时，开始按照预定频率采集雷电信号，比如此预定频率为每1秒采集3次。在采集一次雷电信号后，会间隔0.1秒，再次采集雷电信号，此间隔的0.1秒，属于雷电监测设备的反应处理时间。

但是，由于雷电信号属于高频信号，而相关技术中的雷电监测设备只能够处理频率较低的信号，这样相关技术中的雷电监测设备很容易丢失掉处于反应处理时间内的雷电信号。因此如何更加准确地得到雷电信号，减少雷电信号的丢失，成为亟待解决的技术问题。

图4所示为本申请的雷电监测设备的一个实施例的示意图。本申请实施例中的雷电监测设备26均可以包括多个雷电感应模块261、多通道同步采集模块262以及处理模块263。其中，多个雷电感应模块261感应被雷击设备的多个雷击点所受的多路雷电，多个雷电感应模块261输出多路感应电信号。这样多路感应电信号可以通过被雷击设备的多个雷击点感应多路雷电，并输出多路感应电信号。在一些实施例中，多通道同步采集模块262的多通道的通道数量与多路感应电信号的数量相同。这样可以同步采集多路感应电信号，避免感应电信号的遗漏，能够更加准确地反映雷电信号。在另一些实施例中，多通道同步采集模块262的多通道的通道数量可以多于多路感应电信号的数量，这样可以将多于多路感应电信号的数量的通道，作为备用通道，提高多路感应电信号的感应可靠性。

在一些实施例中，多个雷电感应模块261可以采用芯片或者功能模块实现感应被雷击设备的多个雷击点所受的多路雷电，输出多路感应电信号。在一些实施例中，多个雷电感应模块261可以包括多个磁电转换模块。多个磁电转换模块对被雷击设备的多个雷击点所受的多路雷电进行磁电感应，输出多路感应雷电压信号。

在一些实施例中，磁电转换模块包括如下部件：微分感应部件及反向积分部件；其中微分感应部件的输出与反向积分部件的输入连接，反向积分部件的输出与多通道同步采集模块262连接；微分感应部件与反向积分部件数量相同；微分感应部件用于对被雷击设备的多个雷击点所受的多路雷电进行磁电感应，并对感应信号进行微分，得到电流变化率；反向积分部件用于对电流变化率进行反向积分，得到多路感应雷电压信号，将多路感应雷电压信号输出至多通道同步采集模块262。

在另一些实施例中，磁电转换模块包括如下部件：微分感应部件、反向积分部件及信号放大部件，其中，信号放大器件连接于所述微分感应部件与反向积分部件之间，微分感应部件的输出与信号放大器件的输入连接，信号放大器件的输出与反向积分部件的输入连接，反向积分部件的输出与多通道同步采集模块262连接，信号放大器件分别与微分感应部件和反向积分部件的数量相同；微分感应部件用于对被雷击设备的多个雷击点所受的多路雷电进行磁电感应，并对感应信号进行微分，得到电流变化率；信号放大器件用于对电流变化率进行放大，得到放大后电流变化率；反向积分部件用于对放大后电流变化率进行反向积分，得到多路感应雷电压信号，将多路感应雷电压信号输出至多通道同步采集模块262。

如图5所示为本申请的磁电转换模块30的示意图。上述磁电转换模块30包括第一磁电转换模块31，第二磁电转换模块32，第三磁电转换模块33，第四磁电转换模块34。以第一磁电转换模块31为例，第一磁电转换模块31包括第一微分感应部件311，第一信号放大部件312，第一反向积分部件313。

采用如下公式得到第一微分感应部件311的输出端信号：e(t)＝Mdi(t)/dt，将第一微分感应部件311的输出端信号e(t)输出至第一信号放大部件312的输入端；其中，i(t)为雷电流波形函数，M、A及C分别为比例系数；

采用如下公式得到第一信号放大部件312的输出端信号：u(t)＝Ae(t)，将第一信号放大部件312的输出端信号u(t)输出至第一反向积分部件313的输入端；

采用如下公式第一反向积分部件313的输出端信号：u_o(t)＝C∫u(t)dt，将第一反向积分部件313的输出端信号u_o(t)输出至PXI(PCI extensions for Instrumentation，面向仪器系统的PCI扩展)模拟电压采集部件401，其中，PCI(Peripheral ComponentInterconnect，外设部件互连标准)。

图6所示为本申请的风力发电机10的测量点位图。在一些实施例中，至少一个磁电转换模块30设置于风力发电机10的叶片16的雷电引下线。在一些实施例中，至少一个磁电转换模块30设置于风力发电机10的塔架12的雷电引下线，所述风力发电机的塔架12的雷电引下线与航空警示灯17连接。在一些实施例中，至少一个磁电转换模块30设置于风力发电机10的塔架12的雷电引下线，所述风力发电机的塔架12的雷电引下线与风向仪18连接。风力发电机10的叶片16的雷电引下线、与航空警示灯17连接的塔架12的雷电引下线和与风向仪18连接的塔架12的雷电引下线中的一个或多个设置雷电感应模块261。

在一些实施例中，第一磁电转换模块31包括的第一微分感应部件311，第二磁电转换模块32包括的第二微分感应部件321，第三磁电转换模块33包括的第三微分感应部件331分别与风力发电机三个叶片16连接的避雷引下线连接。第四磁电转换模块34包括的第四微分感应部件341，与风力发电机的塔架的雷电引下连接。

在一些实施例中，这些磁电转换模块的连接方式，可以采用穿心非接触方式连接，可以提高磁电转换模块的安全性。在一些实施例中，第一微分感应部件311、第二微分感应部件321、第三微分感应部件331的穿心直径分别可以为50mm的直径感应线圈，用于引下线穿心。第四微分感应部件341为大于50mm的直径感应线圈，其直径满足将塔架12整体穿心要求。

继续图4所示，多通道同步采集模块262包括多通道同步采集端2621，多通道同步采集端2621与多个雷电感应模块261的输出连接，采用多通道对多路感应电信号进行同步采集，输出多路雷电信号。这样使用多通道同步采集模块同步采集多路感应电信号，由于多通道同步采集模块各通道相互独立，因此多通道各自同步采集感应雷电信号，从而实现在同一时间内采集多路感应电信号，相较于单通道采集感应电信号，可以减少丢失的雷电信号，提高雷电信号采集的准确性，进而得到更加准确地雷电信号。

在一些实施例中，多通道同步采集模块262，用于按照第一频率采集多路感应电信号；在判定多路感应电信号大于阈值时，按照第二频率采集多路感应电信号，直至多路感应电信号减小到阈值时，继续按照第一频率采集多路感应电信号，第二频率大于第一频率。此阈值可以是根据经验得到的电信号大小的数值。这样在多路感应电信号小于阈值之前，可以按照第一频率采集多路感应电信号，实现在雷电发生前进行预先采集。然后通过大于阈值的多路感应电信号，来触发多通道同步采集模块262，按照第二频率采集多路感应电信号，可以称为触发采集。这样可以触发采集后，使用比第一频率大的第二频率进行雷电采集，可以增加感应电信号同步采集的数据量，从而提高感应电信号的采样准确性。

在一些实施例中，按照第二频率采集多路感应电信号的确定方式可以是接收采集周期切换的指示信号；根据指示信号，按照第二频率采集多路感应电信号。

在一些实施例中，数据存储装置21可以存储1秒的感应电信号，监测系统缓存1秒的感应电信号。这样可以将按照第二频率采集1秒的感应电信号与缓存中1秒的感应电信号，形成雷电发生的感应电信号。

处理模块263包括接收端2631，接收端2631与多通道同步采集模块262的输出连接，处理模块263通过接收端2631接收多路雷电信号，以利用多路雷电信号对雷电进行监测。这样可以基于多通道同步采集模块262输出的较准确的多路雷电信号，能够更加准确监测雷电。在一些实施例中，处理模块263，对多路雷电信号进行整合，得到整合后雷电信号，以利用整合后雷电信号对雷电进行监测。这样可以对多路雷电信号整合，方便使用整合后雷电信号进行监控。

在一些实施例中，雷电监测设备26包括系统时间记录模块265，记录系统时间戳。处理模块263包括时间采集端2632，与系统时间记录模块265连接，处理模块263接收系统时间戳，在多路感应电信号中添加所述系统时间戳，得到包含有时间戳的多路感应电信号。这样可以掌握多路感应电信号发生的系统时间，方便记录感应电信号的时间戳，进而更加准确地掌握雷电的峰值等雷电特征数据的具体发生时间。在一些实施例中，系统时间记录模块265可以是指时间戳服务器。在此不再详细举例。这样方便从时间戳服务器上直接获得系统时间戳。

在一些实施例中，感应电信号可以为感应雷电压信号，雷电信号包括雷电流信号。多个雷电感应模块261用于可以感应多路雷电，输出多路感应雷电压信号。

多通道同步采集模块262包括多通道同步电压采集部件40，多通道同步电压采集部件40与多个磁电转换模块30连接，多通道同步电压采集部件40采用多通道对多路感应雷电压信号进行同步采集，输出多路雷电流信号。

在一些实施例中，多路雷电流信号可以包括多路雷电流波形，方便通过雷电流波形显示上升时间、持续时间、峰值和/或能量等雷电特征参数的详细情况，从而获得更加准确的雷电信号。并且，后续处理模块263使用雷电流波形，来分析上升时间、持续时间、峰值和/或能量等雷电特征参数的详细情况，进而能够精确判断出雷电流发生的时间、雷电流持续时间及雷电流波形等情况。上升时间可以是指多路雷电流信号中雷电流信号达到类电流信号峰值前的时长。持续时间可以是指雷电流信号发生的时长。能量可以是指单位时间内雷电流信号的能量。

在一些实施例中，多通道同步电压采集部件40可以为PXI模拟电压采集部件401。参见图5，PXI模拟电压采集部件401可以为4通道同步数据采集装置，这样可以通过4个通道同步采样，记录4个通道的雷电波形数据。各通道采样频率可以为10MHz的独立采样率，16bits模拟采样，并且，各通道具有10MB的板载存储功能，实现数据的高速采集及缓存，解决高速采集后的低速传输问题。

处理模块263接收端与多通道同步电压采集部件40的输出连接，处理模块263通过接收端2631接收多路雷电流信号，对多路雷电流信号的上升时间、持续时间、峰值和/或能量进行整合，得到整合后雷电信号。这样精确判断出雷电流信号发生的时间、持续时间、峰值和/或能量等雷电特征参数的详细情况。

结合图4至图6所示，图7所示为本申请的雷电监测设备的另一个实施例的示意图。雷电监测设备还可以包括工业视觉模块264。工业视觉模块264的输出与处理模块263的输入连接。

工业视觉模块264，用于获取多个雷击点的图像数据。在一些实施例中，图像数据可以是拍摄到各雷击点的雷电影像数据。这样在风力发电机10在运行过程中，实时监测风力发电机10的运行情况。在风力发电机10的多个雷击点被雷击后，通过图像数据能精确记录雷电发生的时间、雷电流持续时间、雷电外形及雷击部位。当监测到雷电流大于阈值时，能记录并报警，实时提示运维人员。

处理模块263与工业视觉模块264连接，接收图像数据，利用图像数据，以对雷电进行监测。这样通过图像数据能够更加准确地掌握雷击点的雷击情况，比如叶片被雷击的具体位置。

在一些实施例中，通过判定多路感应电信号大于阈值，触发在多通道同步采集模块262获得雷电信号时，触发采用工业视觉模块264同步获取多个雷击点的图像数据，这样可以掌握在多个雷击点受到雷击时的耐受过程，以及掌握在多个雷击点受到雷击时的整个雷击情况，方便掌握多个雷击点的可靠性以及后期维护。

在一些实施例中，图像数据包括多个雷击点被雷电击中的位置和/或多个雷击点被雷电击中的损失情况等。这样结合雷电流波形及图像数据，可以准确分析出在雷击点被雷电击中的具体哪个时刻，风力发电机的哪个雷击点的哪些部位受到雷击。比如，在多通道同步采集模块262可以掌握所受的雷电流信号的波形数据的过程中，同时工业视觉模块264掌握多个雷击点中叶片16受到雷击的整个损坏过程及具体损坏位置。叶片16的具体损坏位置比如为叶片16中间，或者叶片16尾部，又或者叶片16边缘。

在一些实施例中，工业视觉模块264包括多个拍摄设备2641，多个拍摄设备2641的拍摄范围覆盖所述多个雷击点，拍摄多个雷击点的雷电图像，获得图像数据。比如，拍摄设备2641可以为工业相机，工业相机的帧率可以为10万帧/s，工业相机可以存储2s视频数据，像素可以为300万以上，可高清拍摄单台风力发电机。

在一些实施例中，工业视觉模块264可以通过多个拍摄设备2641同步拍摄多个雷击点的图像数据，能记录2秒的雷电流波形及2秒对应时间段的影像数据，波形采样率可达到10MS/s/通道，能够得到4MHz以下的雷电波，影像数据帧率达10万帧/s。

处理模块263包括图像采集端2633，图像采集端2633与多个拍摄设备2641连接，处理模块263通过图像采集端2633接收多个雷击点的图像数据，对多个雷击点的图像数据进行融合，确定多个雷击点的雷击情况；利用多个雷击点的雷击情况，以对雷电进行监测。

在一些实施例中，多个拍摄设备2641可以包括两个拍摄设备2641。在这些拍摄设备2641的拍摄范围内可以拍摄到多个雷击点的图像数据。这样通过对两个摄像头中的第一摄像头拍摄第一拍摄范围内的图像数据，第二摄像头拍摄第二拍摄范围内的图像数据融合，得到多个雷击点的图像数据。进而确定多个雷击点的雷击情况。这样多个拍摄设备2641在不同角度或位置拍摄多个雷击点的雷电图像，获得图像数据，再通过处理模块263融合图像数据，更容易反映出各雷击点的雷击情况。通过多个雷击的雷击情况，反映雷击点被雷击的整个过程。

在一些实施例中，工业视觉模块264，用于按照第三频率拍摄多个雷击点的雷电图像，获得图像数据；在判断多路感应电信号大于阈值时，按照第四频率拍摄雷电图像，获得图像数据，直至多路感应电信号减小到阈值时，继续按照第三频率拍摄多个雷击点的雷电图像，获得图像数据，第四频率大于第三频率。这样样在多路感应电信号小于阈值之前，可以按照第三频率采集图像数据，实现在雷电发生前进行预先采集。然后通过大于阈值的多路感应电信号，来触发工业视觉模块264按照第四频率拍摄雷电图像，获得图像数据，可以称为触发采集。这样可以触发采集后，使用比第三频率大的第四频率进行图像数据的采集，可以增加图像数据同步采集的数据量，从而提高图像数据的采样准确性。

在一些实施例中，数据存储装置21可以存储1秒的图像数据，监测系统缓存1秒的图像数据。这样可以将按照第四频率采集1秒的图像数据与缓存中1秒的图像数据，形成雷电发生的整个图像数据。然后将整个图像数据通过工业通信接口传输到处理模块263，处理模块263对多个雷击点的图像数据进行融合，确定多个雷击点的雷击情况；利用多个雷击点的雷击情况，以对雷电进行监测。

在一些实施例中处理模块263中时间采集端2632还与多个拍摄设备2641连接，处理模块263在多个雷击点的图像数据中添加系统时间戳，得到包含有时间戳的图像数据。这样包含有时间戳的图像数据，更能够准确地分析图像数据中多个雷击点被击中的详细时间情况。

在一些实施例中，将包含有时间戳的雷电流数据存入数据存储装置21，并且能，将包含有时间戳的图像数据也存入数据存储装置21，通过图像数据和雷电流数据加上的系统时间戳，可以将同一系统时间戳的图像数据和雷电流数据均存入数据存储装置21中，方便用户在同一时间内查看到图像数据和雷电流数据，能够全面准确地反映雷电信号。

图8所示为本申请的雷电监测方法的一个实施例的流程框图。在一些实施例中的雷电监测方法，雷电监测方法包括：

步骤501，感应被雷击设备的多个雷击点所受的多路雷电，输出多路感应电信号；

步骤502，采用多通道对多路感应电信号进行同步采集，输出多路雷电信号；

步骤503，接收多路雷电信号，以利用多路雷电信号对雷电进行监测。

这样可以在同一时间内采集多路感应电信号，相较于单通道采集感应电信号，可以减少丢失的雷电信号，提高雷电信号采集的准确性。

在一些实施例中，多通道的通道数量与多路感应电信号的数量相同。

在一些实施例中，所述接收多路雷电信号，以利用多路雷电信号对雷电进行监测，包括：对多路雷电信号进行整合，得到整合后雷电信号，以利用整合后雷电信号对雷电进行监测。

在一些实施例中，感应电信号包括感应雷电压信号；雷电信号包括雷电流信号；所述感应被雷击设备的多个雷击点所受的多路雷电，输出多路感应电信号，包括：

感应多路雷电，输出多路感应雷电压信号；

所述采用多通道对所述多路感应电信号进行同步采集，输出多路雷电信号，包括：

采用多通道对多路感应雷电压信号进行同步采集，输出多路雷电流信号；

所述接收所述多路雷电信号，以利用所述多路雷电信号对雷电进行监测，包括：

接收多路雷电流信号，对多路雷电流信号的上升时间、持续时间、峰值和/或能量进行整合，得到整合后雷电信号。

在一些实施例中，所述采用多通道对所述多路感应电信号进行同步采集，输出多路雷电信号，包括：

按照第一频率采集多路感应电信号；在判定多路感应电信号大于阈值时，按照第二频率采集多路感应电信号，直至多路感应电信号减小到阈值时，继续按照第一频率采集多路感应电信号，第二频率大于第一频率。

在一些实施例中，所述方法还包括在多路感应电信号中添加系统时间戳，得到包含有时间戳的多路感应电信号。

在一些实施例中，所述方法还包括获取多个雷击点的图像数据；

利用图像数据，以对雷电进行监测。

在一些实施例中，所述获取多个雷击点的图像数据，包括：

采用多个拍摄设备拍摄多个雷击点的雷电图像，获得图像数据；

对多个雷击点的图像数据进行融合，确定多个雷击点的雷击情况；利用多个雷击点的雷击情况，以利用所述多个雷击点的雷击情况，对雷电进行监测。

在一些实施例中，所述方法还包括在多个雷击点的图像数据中添加系统时间戳，得到包含有时间戳的图像数据。

在一些实施例中，所述采用多个拍摄设备拍摄多个雷击点的雷电图像，获得图像数据，包括：

按照第三频率拍摄多个雷击点的雷电图像，获得图像数据；在判断多路感应电信号大于阈值时，按照第四频率拍摄雷电图像，获得图像数据，直至多路感应电信号减小到阈值时，继续按照第三频率拍摄多个雷击点的雷电图像，获得图像数据，第四频率大于第三频率。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims (14)

1.一种雷电监测设备，其特征在于，所述雷电监测设备包括：

多个雷电感应模块、多通道同步采集模块以及处理模块，其中，

所述多个雷电感应模块感应被雷击设备的多个雷击点所受的多路雷电，所述多个雷电感应模块输出多路感应电信号；

所述多通道同步采集模块包括多通道同步采集端，所述多通道同步采集端与所述多个雷电感应模块的输出连接，采用多通道对所述多路感应电信号进行同步采集，所述多通道同步采集模块输出多路雷电信号；

所述处理模块包括接收端，所述接收端与所述多通道同步采集模块的输出连接，所述处理模块通过所述接收端接收所述多路雷电信号，以利用所述多路雷电信号对雷电进行监测。

2.如权利要求1所述的雷电监测设备，其特征在于，所述多通道同步采集模块的多通道的通道数量与所述多路感应电信号的数量相同。

3.如权利要求2所述的雷电监测设备，其特征在于，所述感应电信号包括感应雷电压信号；所述雷电信号包括雷电流信号；

所述雷电感应模块包括多个磁电转换模块，所述多个磁电转换模块感应所述多路雷电，输出多路所述感应雷电压信号；

所述多通道同步采集模块包括多通道同步电压采集部件，所述多通道同步电压采集部件与所述多个磁电转换模块连接，所述多通道同步电压采集部件采用多通道对多路所述感应雷电压信号进行同步采集，输出多路所述雷电流信号；

所述接收端与所述多通道同步电压采集部件的输出连接，所述处理模块通过所述接收端接收多路所述雷电流信号，对多路所述雷电流信号的上升时间、持续时间、峰值和/或能量进行整合，得到整合后雷电信号。

4.如权利要求3所述的雷电监测设备，其特征在于，至少一个所述磁电转换模块设置于风力发电机的叶片的雷电引下线；

和/或，至少一个所述磁电转换模块设置于风力发电机的塔架的雷电引下线，所述风力发电机的塔架的雷电引下线与航空警示灯连接；

和/或，至少一个所述磁电转换模块设置于风力发电机的塔架的雷电引下线，所述风力发电机的塔架的雷电引下线与风向仪连接。

5.如权利要求1所述的雷电监测设备，其特征在于，所述雷电监测设备包括系统时间记录模块，记录系统时间戳；

所述处理模块包括时间采集端，与所述系统时间记录模块连接，所述处理模块接收所述系统时间戳，在所述多路感应电信号中添加所述系统时间戳，得到包含有时间戳的多路感应电信号。

6.如权利要求5所述的雷电监测设备，其特征在于，所述雷电监测设备还包括工业视觉模块，获取多个雷击点的图像数据；

所述处理模块与所述工业视觉模块连接，接收所述图像数据，利用所述图像数据，以对雷电进行监测。

7.如权利要求6所述的雷电监测设备，其特征在于，所述工业视觉模块包括多个拍摄设备，所述多个拍摄设备的拍摄范围覆盖所述多个雷击点，拍摄所述多个雷击点的雷电图像，获得图像数据；

所述处理模块包括图像采集端，所述图像采集端与所述多个拍摄设备连接，所述处理模块通过所述图像采集端接收所述多个雷击点的所述图像数据，对所述多个雷击点的所述图像数据进行融合，确定所述多个雷击点的雷击情况。

8.如权利要求7所述的雷电监测设备，其特征在于，所述时间采集端还与所述多个拍摄设备连接，所述处理模块在所述多个雷击点的所述图像数据中添加所述系统时间戳，得到包含有时间戳的图像数据。

9.一种风力发电机，其特征在于，所述风力发电机包括：

塔架；

机舱，安装于所述塔架；

风轮，组装于所述机舱；

如权利要求1至8任一项所述的雷电监测设备。

10.一种监控系统，其特征在于，所述监控系统包括第一雷电监测设备及第二雷电监测设备，所述第一雷电监测设备及所述第二雷电监测设备均包括如权利要求1至8任一项所述的雷电监测设备。

11.如权利要求10所述的监控系统，其特征在于，所述监控系统包括：

分别与所述第一雷电监测设备的所述处理模块的输出以及所述第二雷电监测设备的所述处理模块的输出连接的监控中心；

所述第一雷电监测设备和所述第二雷电监测设备分别与所述监控中心通信连接；所述监控中心对雷电进行监测。

12.如权利要求10所述的监控系统，其特征在于，所述监控系统包括：

与所述第一雷电监测设备中的所述处理模块的输出连接的监控中心；所述第二雷电监测设备的所述处理模块的输出与所述第一雷电监测设备连接；

所述第二雷电监测设备通过所述第一雷电监测设备与所述监控中心通信连接；所述监控中心对雷电进行监测。

13.如权利要求10所述的监控系统，其特征在于，所述第一雷电监测设备与所述监控中心之间的距离，小于所述第二雷电监测设备与所述监控中心之间的距离。

14.一种风电场，其特征在于，所述风电场包括多个风力发电机，以及如权利要求10至13任一项所述的监控系统，所述第一雷电监测设备及所述第二雷电监测设备分别与不同的风力发电机对应。

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