应用于风力发电机组偏航控制性能测试的数据采集装置的制作方法

本实用新型涉及风力发电机组偏航控制技术领域，尤其涉及一种应用于风力发电机组偏航控制性能测试的数据采集装置。

背景技术：

风能是一种清洁的可再生能源。作为风能利用的主要形式，风力发电是目前技术最成熟、最具规模化开发条件和商业化发展前景的可再生能源发电方式之一。随着人们对可再生能源的重视，风力发电也越来越受人们的关注。

风力发电机组偏航控制系统是实现风力发电机组快速精准有效对风、避免风能损失的关键部件，其快速平稳的对准风向，可使风轮获得最大的风能。偏航系统的性能直接决定着风力发电机组的经济效益和安全性。

目前的风力发电机组偏航校准测试系统主要包括激光雷达测风仪和偏航定位装置两部分，激光雷达测风仪连接在风电机组机舱顶端，与风电机组机舱水平轴平行的位置；偏航定位装置连接在风电机组偏航轴承处，主要用于测试风力发电机组偏航系统偏差。在采集偏航控制数据时，将测风仪及各传感器数据接入机组主控系统，主要指机组PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)，通过机组PLC进行数据的整理，由于机组PLC的类型多，测风仪及传感器的类型及通信方式也不同，此种连接方式增加了测试的难度，针对不同机型的测试时，需要在机组主控PLC里面重新开放数据接口软件，不利于测试的开展推广。

技术实现要素：

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本实用新型的一个目的在于提出一种应用于风力发电机组偏航控制性能测试的数据采集装置，该装置能够适用于不同类型的机组主控系统和测试设备，方便采集和处理机组的顶部机舱数据和塔底数据，无需在机组主控PLC里面重新开放数据接口软件，降低数据采集的成本，有利于测试的开展推广。

为达到上述目的，本实用新型实施例提出的应用于风力发电机组偏航控制性能测试的数据采集装置，包括：测风仪1，设置于机舱顶部，用于测试风力发电机组前方预设范围内的来流风速与风向；测风仪2，设置于机舱顶部，用于测试机舱位置处的风速与风向；至少一个传感器，用于采集风力发电机组的运行数据并转换为电信号；顶部控制器，设置于风力发电机组的机舱内，与所述测风仪1、测风仪2及至少一个传感器相连，用于采集机舱上的瞬时数据；电量变送器，设置于风力发电机组的塔筒底部，用于根据输出电流和电压计算风力发电机组的输出功率；机组主控系统，用于提供机组的运行状态及机组故障信息；底部控制器，设置于风力发电机组的塔筒底部，分别与所述电量变送器、顶部控制器和机组主控系统通信连接，用于采集风力发电机组的输出功率瞬时数据、所述机舱上的瞬时数据以及机组的运行状态和机组故障信息的瞬时数据。

进一步地，所述至少一个传感器包括：转速传感器，用于测量机组的发电机转速；位置传感器，用于测量机组的偏航角度。

进一步地，所述底部控制器具体用于：判断采集的瞬时数据是否为异常数据，若是，则删除同一时刻采集到所有瞬时数据，对非异常的瞬时数据进行分块平均计算，得到分块平均值，根据预设的筛选原则对所述分块平均值数据进行筛选，以及根据预设的分组原则对筛选后的分块平均值数据进行分组。

进一步地，所述装置还包括：上位机，与所述底部控制器实现通信连接，主要用于下载和显示数据，以及设置所述底部控制器的数据计算方式、判断逻辑、筛选原则和/或分组原则。

进一步地，所述顶部控制器和底部控制器均为可编程逻辑控制器。

进一步地，还包括电压传感器和电流传感器，分别与所述电量变送器相连，设置在风力发电机组的输出端，分别用于采集所述风力发电机组的输出电流和电压。

进一步地，所述测风仪1是激光雷达测风仪，所述测风仪2是机械式风速风向仪。

进一步地，所述测风仪1的尺寸不大于60cm*60cm，测量的所述预设范围至少为机组前方4-10倍叶轮直径距离的数据。

进一步地，所述通信连接的通信方式包括蓝牙、光纤、WiFi连接中的一种或多种。

本实用新型实施例提出的应用于风力发电机组偏航控制性能测试的数据采集装置，可以采集用于风力发电机组偏航控制测试的数据，适用于不同类型的机组主控系统和测试设备，方便采集和处理机组的顶部机舱数据和塔底数据，无需在机组主控PLC中重新开放数据接口软件，降低数据采集的成本，有利于测试的开展推广。

为让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型一个实施例的应用于风力发电机组偏航控制性能测试的数据采集装置的结构示意图；

图2是另一个实施例的应用于风力发电机组偏航控制性能测试的数据采集装置的结构示意图；

图3是本实用新型一个实施例的底部控制器对数据的处理流程示意图。

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。

下面参考附图描述本实用新型实施例的应用于风力发电机组偏航控制性能测试的数据采集装置。

图1是本实用新型一个实施例的应用于风力发电机组偏航控制性能测试的数据采集装置的结构示意图，如图1所示，该装置包括：测风仪1、测风仪2、至少一个传感器3、顶部控制器4、电量变送器5、机组主控系统6和底部控制器7。

具体地，测风仪1设置于机舱顶部，用于测试风力发电机组前方预设范围内的来流风速与风向。在本申请的一个实施例中，测风仪1应至少测量机组前方4-10倍叶轮直径距离的数据，可以是能够测量水平风速与风向的激光雷达测风仪，测风仪1尺寸应不大于60cm*60cm，便于设备的吊装与测风仪1的安装。

测风仪2设置于机舱顶部，用于测试机舱位置处的风速与风向。在具体实施例中，测风仪2可以是机械式风速风向仪。

至少一个传感器3用于采集风力发电机组的运行数据并转换为电信号。在本申请的一个实施例中，至少一个传感器可以包括转速传感器和\或位置传感器等，用于获取风力发电机组偏航控制测试所需采集的数据。本实用新型不限于使用两个传感器，可根据需要增加传感器的数量和类型。

顶部控制器4设置于风力发电机组的机舱内，与所述测风仪1、测风仪2及至少一个传感器相连，用于采集机舱上的瞬时数据。顶部控制器4可以通过输入输出端口所述测风仪1、测风仪2及至少一个传感器所采集的瞬时数据。

电量变送器5设置于风力发电机组的塔筒底部，用于根据输出电流和电压计算风力发电机组的输出功率。

机组主控系统6用于提供机组的运行状态及机组故障信息。机组主控系统6即机组PLC，在风力发电机组偏航控制性能测试中，机组的运行状态和故障信息决定了该时刻所采集到的整组数据是否有效。现有技术中通常将测风仪和传感器等装置采集的数据直接传输给机组PLC，由机组PLC进行数据整理，对机组PLC的数据接口开放要求较高，数据处理压力也较大。在本实用新型的实施例中，大大降低了对机组PLC的开发要求。

底部控制器7设置于风力发电机组的塔筒底部，分别与所述电量变送器、顶部控制器和机组主控系统通信连接，用于采集风力发电机组的输出功率瞬时数据、所述机舱上的瞬时数据以及机组的运行状态和机组故障信息的瞬时数据。在具体实施例中，底部控制器7可通过输入输出端口收集塔底电量变送器5上传的风力发电机组输出功率瞬时数据，并与位于机舱的顶部控制器4通过光纤或其他方式实现数据通信，收集由顶部控制器4传送的瞬时数据，同时通过与机组主控系统实现数据通信，获取机组的运行状态和机组故障信息，实现偏航控制测试所需的所有瞬时数据的采集和汇总。

进一步地，顶部控制器和底部控制器均可以是PLC可编程逻辑控制器或其他具有可编辑控制逻辑功能的控制器。

需要理解的是，各传感器可通过电信号和/或其他通信协议[如Modbus通信协议、Can-Bus(Controller Area Network-BUS控制器局域网络总线)通信协议、RS-485通讯协议]，以及通过网口、串口、光纤接口或直接接入电信号等方式与顶部控制器4或底部控制器7进行通信，顶部控制器4和底部控制器7应具有匹配各传感器通信协议的接口。

本实施例的应用于风力发电机组偏航控制性能测试的数据采集装置，顶部控制器统一收集测风仪和传感器采集到的机舱数据，由底部控制器收集塔筒底部的数据，并通过数据通信接收顶部控制器传输的机舱数据，方便数据的采集和整理，降低了对机组PLC的开发要求，减少了测试人员工作量。

图2是本实用新型另一个实施例的应用于风力发电机组偏航控制性能测试的数据采集装置的结构示意图。如图2所示，在图1的基础上，所述装置还包括：转速传感器31、位置传感器32、上位机8、电压传感器51和电流传感器52。

其中，转速传感器31，用于测量机组的发电机转速；位置传感器32，用于测量机组的偏航角度。转速传感器31和位置传感器32与顶部控制器4相连，将采集到的瞬时数据传送至顶部控制器4。

电压传感器51和电流传感器52，分别与所述电量变送器5相连，分别用于采集所述风力发电机组的输出电流和电压。电压传感器51和电流传感器52设置在风力发电机组的输出端，风力发电机组的输出端的位置可以由测试人员根据实际需求确定，可设置在风力发电机组升压变低压侧，也可设置在风力发电机组变流器输出端。电压传感器51和电流传感器52将采集到的风力发电机组的输出电流和电压发送至电量变送器5，电量变送器5根据输出电流和电压计算风力发电机组的输出功率。

进一步地，底部控制器7还可以对采集到的瞬时数据进行判断、平均计算、筛选、分组等初步的计算和处理。

上位机8与所述底部控制器7通信连接，具体可以通过网线或数据串口等方式，主要用于下载和显示数据，以及设置所述底部控制器7的数据计算方式、判断逻辑、筛选原则和/或分组原则。

具体地，所述底部控制器7具体用于：判断采集的瞬时数据是否为异常数据，若是，则删除同一时刻采集到所有瞬时数据，对非异常的瞬时数据进行分块平均计算，得到分块平均值，根据预设的筛选原则对所述分块平均值数据进行筛选，以及根据预设的分组原则对筛选后的分块平均值数据进行分组。

在本申请的一个具体实施例中，底部控制器7对数据的处理流程可以参照图3。具体地，如图3所示，该过程包括以下步骤：

S1：判断采集的瞬时数据是否为异常数据，例如采集到的数据为空值、乱码等情况，则为异常数据。若出现数据异常情况，需将同一时刻采集到所有瞬时数据进行删除。

S2：采用分块平均的方式对非异常的瞬时数据进行平均计算，得到分块平均值。可根据测试人员的测试需求通过上位机设置分块平均计算的时间宽度，然后对每个时间宽度中的瞬时数据计算平均值。

S3：对所述分块平均值进行筛选，删除不满足筛选原则的平均值对应的瞬时数据。筛选原则可通过上位机进行设置。举例而言，筛选原则主要可以包括以下几点：

(1)计算每个平均值的时间宽度内，风电机组均处于正常运行状态。例如：第一个平均值计算的是8:00-8:10的所有瞬时数据，8:00-8:10时间宽度内，风电机组均处于正常运行状态，则保留平均值，若任意时刻机组未处于正常运行状态，则将该平均值剔除。

(2)风速数据在预设范围内。预设范围可通过上位机进行设置。

(3)风向数据在可用扇区范围。可用扇区范围可通过上位机进行设置。

(4)其他要求。测试人员根据测试机组情况通过上位机进行设置，排除例如暴雨、沙尘(需安装相应的测试传感器)等极端天气、测试传感器的数据质量差等情况。

S4：根据预设的分组原则对筛选后的分块平均值数据进行分组。

在本申请的一个实施例中，所述通信连接的通信方式包括蓝牙、光纤、WiFi(WIreless-Fidelity，无线保真)连接中的一种或多种。各传感器可通过电信号和/或其他通信协议[如Modbus通信协议、Can-Bus(Controller Area Network-BUS控制器局域网络总线)通信协议、RS-485通讯协议]，以及通过网口、串口、光纤接口或直接接入电信号等方式与顶部控制器4或底部控制器7进行通信，顶部控制器4和底部控制器7应具有匹配各传感器通信协议的接口。由于本实用新型实施例设备间的连接关系和数据传输灵活性高，各传感器不限只设置1组，测试人员可根据需求加设各类传感器数量。

本申请的实施例设置两个控制器组成系统，分别进行塔底数据和机舱数据的采集，顶部控制器统一收集测风仪和传感器采集到的机舱数据，由底部控制器收集塔筒底部的数据，并通过数据通信接收顶部控制器传输的机舱数据，方便数据的采集和整理，降低了对机组PLC的开发要求，减少了测试人员工作量。此外，底部控制器可以对瞬时数据进行汇总和处理，按照上位机预设的规则进行数据筛选和分类，同时与上位机进行通信，便于数据的上传和显示。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

应当理解，本实用新型的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。