一种风电机组功率特性测量系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种风电机组功率特性测量系统，包括功率测量设备和气象测量设备，功率测量设备和气象测量设备均与远程服务器通讯连接，功率测量设备包括主功率测量设备和辅助功率测量设备。主功率测量设备包括用于获取风电机组第一通道净并网电流的第一电流互感器、与风电机组第一通道的相电压连接的第一功率变送器、第一数据采集器以及通讯模块，辅助功率测量设备包括用于获取风电机组第二通道净并网电流的第二电流互感器以及第二功率变送器，第二功率变送器与第一数据采集器连接。当风电机组为单通道并网发电结构时只需主功率测量设备工作，当风电机组为双通道并网发电结构时主、辅功率测量设备同时工作，即可完成风电机组的功率特性测量。
【专利说明】—种风电机组功率特性测量系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及风电机组功率测量【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】
[0002]风电机组的发电性能是风电运营商极其关注的问题，风电机组的功率特性是其发电性能的首要评价指标。功率特性分析的主要任务便是通过采集风电机组的上网净功率与等效叶轮风速，同时对所采集的数据进行筛选与折算最终绘制出风电机组的实际运行功率曲线。那么首先应根据IEC61400-12-1:2005《风电机组功率特性测量》标准提供的细节采集风电机组的功率、风速、风向、气压、温度、湿度等数据。目前国内的功率特性测量工作主要有两种方式:一种方式是使用风电机组自身的SCADA系统进行功率和风速数据的采集，由于采集风速的风速计在机组的机舱上，风速受到叶片、轮毂机舱的干扰较为严重，并且没有温度、气压等能够计算空气密度的数据，因此由SCADA采集到的数据进行的功率曲线分析，误差较大，不满足IEC61400-12-1:2005《风电机组功率特性测量》标准的要求；另一种方式是通过安装测量设备进行功率和风速数据的采集，该测量设备虽能够满足IEC61400-12-1:2005《风电机组功率特性测量》标准的要求，但安装拆卸此测量设备费时费力，并且此功率特性测量技术仅能满足单通道功率采集，而由于某些大型风电机组采用非单一通道并网发电结构，因此已有的功率特性测量技术受到被测风电机组机型的结构限制，能够进行功率特性测量的机型有限。
[0003]另外，由于IEC61400-12-1:2005《风电机组功率特性测量》标准要求在距离被测风电机组2至4倍叶轮直径之间的距离安装进行功率特性测量用的测风塔，并在测风塔上安装测量气象数据的设备，测风塔上安装的气象测量设备与风电机组中功率测量设备在所采数据时间上都有严格要求，并且要求两套设备的数据能够方便的传输至远端服务器，达到实时跟踪分析功能。基于上述要求，目前进行标准功率特性测量所使用的采集设备都使用电缆进行通讯，通常需要地埋电缆以实现两套设备连接，现场施工复杂，成本较高，存在安全隐患。
[0004]由此可见，上述现有的风电机组功率特性测量技术在结构、方法与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。如何能创设一种既能满足不同机型风电机组功率特性测量的技术要求，大大提高工作效率，又能够降低安装成本并杜绝地埋电缆所造成的安全隐患，并且现场安装简单快捷的风电机组功率特性测量系统，成为当前业界极需改进的目标。
实用新型内容
[0005]本实用新型要解决的技术问题是提供一种同时满足采用单通道并网发电或双通道并网发电结构风电机组的功率特性测量的风电机组功率特性测量系统，使其不受被测风电机组机型结构限制，从而克服现有的风电机组功率特性测量设备的不足。
[0006]为解决上述技术问题，本实用新型提供一种风电机组功率特性测量系统，包括功率测量设备和气象测量设备，所述功率测量设备和气象测量设备均与远程服务器通讯连接，所述功率测量设备包括主功率测量设备和辅助功率测量设备。
[0007]作为进一步改进，所述主功率测量设备包括相连接的用于获取风电机组第一通道净并网电流的第一电流互感器、与风电机组第一通道的相电压连接的第一功率变送器、与风电机组的控制柜连接的第一数据采集器以及通讯模块；
[0008]所述辅助功率测量设备包括用于获取风电机组第二通道净并网电流的第二电流互感器和与该电流互感器及第二通道相电压连接的第二功率变送器，所述第二功率变送器与所述第一数据采集器连接。
[0009]进一步改进，所述第一、第二电流互感器为精度为0.2级，变比为2500/5的开口式电流互感器。
[0010]进一步改进，所述第一、第二功率变速器采用单片机作为控制核心，并通过RS485转换模块将计算得到的功率输出给所述第一数据采集器。
[0011]进一步改进，所述气象测量设备采用太阳能充电控制系统供电，所述的太阳能充电控制系统包括太阳能电池板、蓄电池和用于控制电量分配的太阳能控制器，所述太阳能控制器分别与太阳能电池板和蓄电池连接。
[0012]进一步改进，所述气象测量设备包括风速计、风向标、温湿度计、压力计、第二数据采集器和通讯模块，所述第二数据采集器与所述的太阳能控制器连接。
[0013]进一步改进，所述数据采集器具有用于保存采集数据的4M内存空间和2G的外部存储空间。
[0014]进一步改进，所述的通讯模块为无线通讯模块。
[0015]进一步改进，所述无线通讯模块采用DTU数据传输单元进行数据发送或接收。
[0016]进一步改进，所述第二数据采集器包括用于模拟量采集风向、气压、温湿度信息的12个单端和用于采集风速信号的8个脉冲计数器通道。
[0017]采用上述技术方案，本实用新型至少具有以下优点:
[0018]1.本实用新型采用主功率测量设备和辅助功率测量设备，可以实现双通道并网发电结构风电机组的功率特性测量，当风电机组为单通道并网发电结构时只需主功率测量设备即可完成功率特性测量，即本实用新型可以同时满足采用单通道并网发电或双通道并网发电结构风电机组的功率特性测量。
[0019]2.本实用新型中通讯模块均为无线通讯模块，避免了地埋电缆的工作，既简化了本系统的现场安装工序，大大提高了工作效率，又能够降低安装成本并杜绝地埋电缆所造成的安全隐患。
[0020]3.本实用新型中气象测量设备使用太阳能供电，解决了测风塔没有供电设施的问题，节能环保。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]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的技术手段，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。
[0022]图1是本实用新型风电机组功率特性测量系统的结构示意图；
[0023]图2是本实用新型中气象测量设备的充电控制系统结构示意图；
[0024]图3是本实用新型中无线通讯模式的示意图；
[0025]图4是本实用新型中无线通讯模块与远程服务器通讯连接的示意图。
【具体实施方式】
[0026]参照附图1可见，为了绘制出风电机组的实际运行功率曲线，本实用新型风电机组功率特性测量系统包括测量风电机组实际净并网功率与风电机组运行信息的功率测量设备和能够获取风电机组运行时风况与气象信息的气象测量设备。功率测量设备安装在风电机组内部，气象测量设备安装于距离风电机组2至4倍叶轮直径之间的测风塔上，功率测量设备和气象测量设备均与远程服务器通讯连接。为了既能满足单通道并网发电结构风电机组的净并网功率采集又能满足双通道并网发电结构风电机组的净并网功率采集，该功率测量设备包含一台主功率测量设备和一台辅助功率测量设备。
[0027]主功率测量设备包括第一电流互感器、第一功率变送器、第一数据采集器以及通讯模块。第一电流互感器用于获取得到风电机组第一通道的三相净并网电流信号，并传送给第一功率变送器。第一功率变送器通过直连的方式获取得到风电机组该通道的三相电压信号，通过对采集的电流和电压信号计算后得到风电机组该通道的实际功率，再将得到的实际功率传输给第一数据采集器。第一数据采集器与风电机组的控制柜连接，用以采集风电机组的风速、风向、有功功率、环境温度、转速、桨距角、并网及故障信号，以监视运行风电机组的详细状态。通讯模块将第一数据采集器采集到的数据与远程服务器实现通讯连接。
[0028]辅助功率测量设备包括第二电流互感器和第二功率变送器。第二电流互感器用于获取得到风电机组第二通道发出的三相净并网电流信号，并传送给第二功率变送器。第二功率变送器通过直连的方式获取得到风电机组该通道的三相电压信号，通过对采集到的电流和电压信号计算后得到风电机组该通道的实际功率，再将得到的实际功率传输给上述第一数据米集器。
[0029]当被测风电机组为单通道并网发电结构时仅需要主功率测量设备工作；当被测风电机组为双通道并网发电结构时需要主、辅两台功率测量设备共同工作，在两个并网发电通道处分别安装第一、第二电流互感器采集净电流，由第一、第二功率变送器分别计算双通道实际功率，再将得到的功率信号实时传送给主功率测量设备的第一数据采集器。气象测量设备包括风速计、风向标、温湿度计、压力计、第二数据采集器以及通讯模块。气象测量设备通过风速计、风向标获取风况信息，为了在功率曲线验证时将测量结果折算到标准空气密度下，还需要通过温湿度计、压力计获取温度、湿度以及气压信号。上述信号均通过第二数据采集器获得，并通过气象测量设备的通讯模块将上述信号传输给远程服务器。
[0030]由于测风塔一般无直接的供电设施，因此气象测量设备还包括一利用太阳能与蓄电池组合对气象测量设备进行供电的充电控制系统。参照附图2可见，充电控制系统包括太阳能电池板、蓄电池和用于控制电量分配的太阳能控制器，太阳能控制器分别与太阳能电池板、蓄电池和第二数据采集器连接。在阳光充足时使用太阳能电池板对第二数据采集器进行供电，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第二数据采集器进行供电。
[0031]为了便于远程管理维护，上述功率测量设备和气象测量设备中的通讯模块均采用3G无线通讯模块，参照附图3可见，远程服务器通过3G无线通讯模块与上述功率测量设备和气象测量设备的通讯模块连接，连接后可以进行数据收取、时间同步和程序更改等操作。
[0032]作为最佳实施例，本实用新型中第一、第二电流互感器可采用0.2级变比为2500/5的开口式电流互感器，采集风电机组到变压器低压侧连接电缆的电流信号，其技术参数见表I所示。
[0033]表I电流互感器技术参数
[0034]
技术参数使用条件额定频率50Hz环境温度 -35°C到55°C
额定二次电流 5A日平均温度 <401:
工作耐压3kV, Imin 海拔高度 < 3000m
额定扩大电流 120%In大气条件大气中无严重污秽
[0035]作为最佳实施例，本实用新型中的第一、第二功率变送器可采用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，第一、第二功率变送器将测量得到的电流和电压信号进行计算，得到的功率直接通过RS485转换模块输出，并使用RS485转232模块将485信号转变为第一数据采集器可以接收的信号，传输到第一数据采集器中进行统计计算。
[0036]作为最佳实施例，本实用新型中功率测量设备的第一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IHz的采样速度，并可以将采集到的数据进行各种平均、最大值、最小值等统计计算，还可将测量数据以表格形式保存。第一数据采集器内部拥有4M的内存空间用以保存采集数据，外部拥有2G的存储空间已保证充足的数据空间。另外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信号采集，并网及故障信号通过开关量信号采集。可对第一数据采集器进行设计编程，设定采样频率为1Hz，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。最后将第一数据采集器通过RS232与主功率测量设备的无线通讯模块通讯，通过该无线通讯模块将数据发送到远程服务器。
[0037]作为最佳实施例，本实用新型中主功率测量设备的无线通讯模块采用DTU(数据传输单元)进行数据发送与接收，参照附图3可见，无线通讯模块封装了 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3G拨号上网以及TCP/IP数据通信的功能。DTU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可以主动发起与远程服务器的通讯连接，并保持通讯连接一直存在。远程服务器的公网IP地址或固定的域名作为参数存储在DTU内，以便DTU—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，向服务器发起TCP/UDP通讯请求。在得到服务器的响应后，DTU即认为与服务器握手成功，然后就保持这个通讯连接一直存在，如果通讯连接中断，DTU将立即重新与服务器握手。当TCP/UDP通讯连接建立，就可以进行数据双向通讯了。这种通讯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。
[0038]本实用新型中气象测量设备优选的风速计使用NRG#40型风速计，风向标使用NRG#200P，温湿度计精度为±0.30C (25°C )，气压计精度为±1.5hPa。
[0039]作为最佳实施例，本实用新型中气象测量设备的第二数据采集器可以提供12个单端的模拟量信号用于采集测风塔上不同高度的风向、气压、温湿度等信息以及8个脉冲计数器通道用于采集测风塔上不同高度的风速信号。第二数据采集器的工作范围为_55°C到85°C，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，还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，以及将测量数据以表格形式保存。第二数据采集器内部拥有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IHz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。
[0040]本实用新型中气象测量设备的通讯模块同上述功率测量设备中的通讯模块，同样通过DTU无线通讯模块与远程服务器进行数据通讯。
[0041]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，是可以运行在Windows XP或Wind0ws7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。作为最佳实施例，本实用新型远程服务器使用的通讯软件即采用LoggerNet4.0。无线通讯模块中DTU —旦上电拨号成功，就通过远程服务器的域名解析出的服务器IP地址以及端口号等参数，向服务器的数据中心发起TCP/UDP通讯请求。参照附图4可见，本实用新型远程服务器端使用花生壳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，为LoggerNet设置连接的串口为虚拟串口软件虚拟的串口。这样通过LoggerNet与串口连接动作时，服务器便对DTU进行响应，DTU即认为与服务器握手成功，然后就保持这个通讯连接一直存在，由于远程设备与服务器的连接已经建立，就可以进行数据双向通τΗ ο
[0042]本实用新型由于采用无线通讯连接，避免了地埋电缆的工作，致使本系统的安装拆卸方便，同时获得数据方便准确。
[0043]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。
【权利要求】
1.一种风电机组功率特性测量系统，其特征在于，包括功率测量设备和气象测量设备，所述功率测量设备和气象测量设备均与远程服务器通讯连接，所述功率测量设备包括主功率测量设备和辅助功率测量设备。
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， 所述主功率测量设备包括相连接的用于获取风电机组第一通道净并网电流的第一电流互感器、与风电机组第一通道的相电压连接的第一功率变送器、与风电机组的控制柜连接的第一数据采集器以及通讯模块； 所述辅助功率测量设备包括用于获取风电机组第二通道净并网电流的第二电流互感器和与该电流互感器及第二通道相电压连接的第二功率变送器，所述第二功率变送器与所述第一数据采集器连接。
3.根据权利要求2所述的风电机组功率特性测量系统，其特征在于，所述第一、第二电流互感器为精度为0.2级、变比为2500/5的开口式电流互感器。
4.根据权利要求2所述的风电机组功率特性测量系统，其特征在于，所述第一、第二功率变速器采用单片机作为控制核心，并通过RS485转换模块将计算得到的功率输出给所述第一数据米集器。
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，所述气象测量设备采用太阳能充电控制系统供电，所述的太阳能充电控制系统包括太阳能电池板、蓄电池和用于控制电量分配的太阳能控制器，所述太阳能控制器分别与太阳能电池板和蓄电池连接。
6.根据权利要求5所述的风电机组功率特性测量系统，其特征在于，所述气象测量设备包括风速计、风向标、温湿度计、压力计、第二数据采集器和通讯模块，所述第二数据采集器与所述的太阳能控制器连接。
7.根据权利要求2或6所述的风电机组功率特性测量系统，其特征在于，所述数据采集器具有用于保存采集数据的4M内存空间和2G的外部存储空间。
8.根据权利要求2或6所述的风电机组功率特性测量系统，其特征在于，所述的通讯模块为无线通讯模块。
9.根据权利要求8所述的风电机组功率特性测量系统，其特征在于，所述无线通讯模块采用DTU数据传输单元进行数据发送或接收。
10.根据权利要求6所述的风电机组功率特性测量系统，其特征在于，所述第二数据采集器包括用于模拟量采集风向、气压、温湿度信息的12个单端和用于采集风速信号的8个脉冲计数器通道。
【文档编号】G01W1/04GK203929880SQ201420365607
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年7月3日 优先权日:2014年7月3日
【发明者】岳俊红, 胥佳, 张岩, 刘瑞华, 张进 申请人:龙源（北京）风电工程技术有限公司