用于评价风力发电功率预测误差的预警数据获取装置的制作方法

本实用新型涉及新能源发电控制技术领域，尤其涉及一种用于评价风力发电功率预测误差的预警数据获取装置。

背景技术：

在全球能源安全问题突出、环境污染问题严峻的大背景下，大力发展风电、太阳能发电等可再生能源，实现能源生产向可再生能源转型，是中国乃至全球能源与经济实现可持续发展的重大需求。

当前风力发电出力的预测水平还不能满足电力系统实际运行的需要；为提高风力发电功率预测精度，可以通过评价风力发电功率预测误差解析出影响风力发电功率预测的因素，并根据影响因素调整风力发电功率预测的过程，以此提高风力发电功率预测的精度。

但是，目前用于评价风力发电功率预测误差时所采用的数据一般为实测风速以及功率，数据来源少，全面性不足，不利于解析出影响风力发电功率预测的因素。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供一种用于评价风力发电功率预测误差的预警数据获取装置，能够全面采集与风力发电功率预测相关的多种数据，利于后续评价装置基于获取的全面数据解析出影响风力发电功率预测的因素。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种用于评价风力发电功率预测误差的预警数据获取装置，包括：用于采集主变压器侧参数的主变压器监测模块、用于采集风电机组参数的风电机组监测模块、用于采集环境参数的环境参数监测模块、用于采集汇集线参数的汇集线监测模块、数据采集模块、通信模块以及电源模块；

该数据采集模块连接该主变压器监测模块、该风电机组监测模块、该环境参数监测模块、该汇集线监测模块以及该通信模块，用于接收各模块所采集的数据，并通过该通信模块发送至电网调度侧，供调度侧评价风力发电功率预测误差时使用；

该电源模块连接该主变压器监测模块、该风电机组监测模块、该环境参数监测模块、该汇集线监测模块、该数据采集模块以及该通信模块，用于为各模块供电。

进一步地，该主变压器监测模块包括：

第一温度传感器，设置在主变压器的循环油室中，用于采集主变压器的循环油室中的循环油的温度；

第二温度传感器，设置在主变压器的绕组位置，用于采集主变压器绕组温度；

第一功率变送器，设置在主变压器高压侧出口线路上，用于采集风电场输出功率。

进一步地，该主变压器监测模块还包括：

高压侧开关监测单元，连接主变压器的控制器，用于获取高压侧开关遥信值；

低压侧开关监测单元，连接主变压器的控制器，用于获取低压侧开关遥信值。

进一步地，该风电机组监测模块包括：

转矩传感器，设置在风电机组主轴上，用于采集风电机组主轴转矩；

转速传感器，设置在风电机组主轴上，用于采集风电机组主轴转速；

角度传感器，设置在风电机组叶片根部变桨伺服电机位置，用于采集风电机组变桨角度；

角度编码器，设置在风电机组上，用于采集风电机组偏航偏差；

第二功率变送器，设置在风电机组出口线路上，用于采集风电机组输出功率；

第一风速传感器，设置在风电机组机舱内，用于采集风电机组机舱内的风速；

第一风向传感器，设置在风电机组机舱内，用于采集风电机组机舱内的风向。

进一步地，该风电机组监测模块还包括：

运行状态监测单元，连接风电机组的控制器，用于获取风电机组运行状态遥信值；

故障监测单元，连接风电机组的控制器，用于获取风电机组的故障信号。

进一步地，该汇集线监测模块包括：

第三功率变送器，设置在风电汇集线上，用于采集风电汇集线上的功率。

进一步地，该汇集线监测模块还包括：

开关状态监测单元，连接汇集线断路器的控制器，用于获取风电汇集线开关状态遥信值；

接地刀闸监测单元，连接汇集线接地刀闸的控制器，用于获取接地刀闸开关遥信值。

进一步地，该环境参数监测模块包括：

第二风速传感器，设置在测风塔上，用于采集风电场的环境风速；

第二风向传感器，设置在测风塔上，用于采集风电场的环境风向；

气温传感器，设置在测风塔上，用于采集风电场的环境温度；

气压传感器，设置在测风塔上，用于采集风电场的环境气压；

湿度传感器，设置在测风塔上，用于采集风电场的环境湿度。

进一步地，用于评价风力发电功率预测误差的预警数据获取装置还包括：

气象数据采集终端，设置在功率预测服务商侧，用于获取气象数据并传输至调度侧。

进一步地，用于评价风力发电功率预测误差的预警数据获取装置还包括：预测功率上报终端，设置在功率预测服务商侧，用于将功率预测服务商预测的风力发电功率上报至调度侧。

进一步地，该通信模块为wifi通信模块、以太网通信模块、光纤通信模块、zigbee通信模块或gprs通信模块。

本实用新型提供的用于评价风力发电功率预测误差的预警数据获取装置，通过设置主变压器监测模块、风电机组监测模块、环境参数监测模块、汇集线监测模块，能够采集主变压器侧、风电机组侧、汇集线侧的多种参数以及多种环境参数，能够全面采集与风力发电功率预测相关的多种数据，利于后续评价装置基于获取的全面数据解析出影响风力发电功率预测的因素。

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申请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，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，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。在附图中：

图1为本实用新型一种实施例提供的用于评价风力发电功率预测误差的预警数据获取装置；

图2为本实用新型另一种实施例提供的用于评价风力发电功率预测误差的预警数据获取装置；

图3示出了图1或图2中主变压器检测模块100的具体结构；

图4示出了图1或图2中主变压器检测模块100的另一种具体结构；

图5示出了图1或图2中风电机组监测模块200的具体结构；

图6示出了图1或图2中风电机组监测模块200的另一种具体结构；

图7示出了图1或图2中汇集线监测模块400的具体结构；

图8示出了图1或图2中环境参数监测模块300的具体结构。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

以下在实施方式中详细叙述本实用新型的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域技术人员，了解本实用新型的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的内容、权利要求及图式，任何本领域技术人员可轻易地理解本实用新型相关的目的及优点。以下的实施例进一步详细说明本实用新型的观点，但非以任何观点限制本实用新型的范畴。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

目前用于评价风力发电功率预测误差时所采用的数据一般为实测风速以及功率，数据来源少，全面性不足，不利于解析出影响风力发电功率预测的因素。

为至少部分解决现有技术中存在的上述技术问题，本实用新型提供了一种用于评价风力发电功率预测误差的预警数据获取装置，能够全面采集与风力发电功率预测相关的多种数据，利于后续评价装置基于获取的全面数据解析出影响风力发电功率预测的因素。

图1为本实用新型一种实施例提供的用于评价风力发电功率预测误差的预警数据获取装置。如图1所示，该用于评价风力发电功率预测误差的预警数据获取装置包括：用于采集主变压器侧参数的主变压器监测模块100、用于采集风电机组参数的风电机组监测模块200、用于采集环境参数的环境参数监测模块300、用于采集汇集线参数的汇集线监测模块400、数据采集模块500、通信模块600以及电源模块(图中未示出)。

具体地，主变压器包括循环油室，循环油室用于盛放循环油，主变压器的循环油温度与主变压器的运行息息相关，该主变压器监测模块100设置在主变压器侧，可以监测各主变压器循环油的油温。另外，该主变压器监测模块100还可以监测各主变压器绕组温度、输出功率等参数。

风电机组监测模块200设置在各风电机组处，用于监测风电机组主轴转矩、主轴转速、变桨角度、偏航偏差、输出功率、机舱内的风速以及机舱内的风向等。

环境参数监测模块300可以监测环境风速、风向、温度、气压、湿度等。

汇集线监测模块400可以监测风电汇集线上的功率等参数。

数据采集模块500连接主变压器监测模块100、该风电机组监测模块200、该环境参数监测模块300、该汇集线监测模块400以及该通信模块600，用于接收各模块所采集的数据，并通过该通信模块600发送至电网调度侧服务器700，供调度侧服务器700评价风力发电功率预测误差时使用。

该电源模块连接该主变压器监测模块100、该风电机组监测模块200、该环境参数监测模块300、该汇集线监测模块400、该数据采集模块500以及该通信模块600，用于为各模块供电。

本实用新型实施例提供的用于评价风力发电功率预测误差的预警数据获取装置，通过设置主变压器监测模块、风电机组监测模块、环境参数监测模块、汇集线监测模块，能够采集主变压器侧、风电机组侧、汇集线侧的多种参数以及多种环境参数，能够全面采集与风力发电功率预测相关的多种数据，利于后续评价装置基于获取的全面数据解析出影响风力发电功率预测的因素。

在一个可选的实施例中，参见图2，该用于评价风力发电功率预测误差的预警数据获取装置还可以包括：气象数据采集终端800以及用于将气象数据采集终端800获取的数据传输至调度侧服务器的通信模块900，气象数据采集终端800以及通信模块900均设置在功率预测服务商侧，用于获取气象数据并传输至调度侧服务器。

其中，该气象数据采集终端800可以通过互联网获取气象数据，以将预测风速信息、预测风向信息、预测气温信息、预测气压信息、预测湿度信息上报至调度侧服务器。

另外，由于功率预测服务商侧与调度侧服务器不处于同一网络中，因此，在将数据向调度侧服务器传输时，数据需要经过防火墙、隔离装置处理后，方能传输至调度侧服务器。

值得说明的是，气象数据采集终端800可以为智能手机、平板电子设备、便携式计算机、台式电脑等。

在一个可选的实施例中，该用于评价风力发电功率预测误差的预警数据获取装置还可以包括：预测功率上报终端，设置在功率预测服务商侧，用于将功率预测服务商预测的风力发电功率上报至调度侧服务器。

具体地，该预测功率上报终端连接通信模块900，将预测的风力发电功率通过通信模块900上报至调度侧服务器。

值得说明的是，预测功率上报终端可以为智能手机、平板电子设备、便携式计算机、台式电脑等。

在一个可选的实施例中，该通信模块600以及通信模块900可以采用有线传输方式，也可以采用无线传输方式。无线通信可采用型号为h7710c的数据无线传输设备实现，其内部分为无线信号发射装置和无线信号接收装置。

具体地，该通信模块600以及通信模块900可为wifi通信模块、以太网通信模块、光纤通信模块、zigbee通信模块或gprs通信模块等。

在一个可选的实施例中，参见图3，该主变压器监测模块100可以包括：温度传感器1101～110n、温度传感器1201～120n、功率变送器1301～130n。

具体地，温度传感器1101～110n分别设置在各主变压器的循环油室中，用于采集主变压器的循环油室中的循环油的温度；每个主变压器的循环油室至少设置一个温度传感器。

温度传感器1201～120n设置在各主变压器的绕组位置，用于采集主变压器绕组温度；每个主变压器的至少一个绕组位置设置至少一个温度传感器。

功率变送器1301～130n设置在各主变压器高压侧出口线路上，用于采集风电场输出功率。

其中，温度传感器可采用接触式温度传感器，型号为ds18b20，或者精密铂电阻温度传感器pt100。

功率变送器包括电压检测模块和电流检测模块，电压检测模块可采用四通牌st-a系列的stcv-800电压传感器，电流检测模可采用武汉仪表公司生产的hd系列高精度直流大电流传感器。

在一个进一步地实施例中，参见图4，该主变压器监测模块100还可以包括：高压侧开关监测单元1401～140n、低压侧开关监测单元1501～150n。

高压侧开关监测单元1401～140n连接各主变压器的控制器，用于获取高压侧开关遥信值。每个主变压器的控制器均连接一个高压侧开关监测单元。

低压侧开关监测单元1501～150n连接各主变压器的控制器，用于获取低压侧开关遥信值。每个主变压器的控制器均连接一个低压侧开关监测单元。

值得说明的是，高压侧开关监测单元、低压侧开关监测单元可采用微处理器或处理器实现，控制器的例子包括但不限于以下微控制器：arc625d、atmelat91sam、microchippic18f26k20以及siliconelabsc8051f320。

在一个可选的实施例中，参见图5，该风电机组监测模块可以包括：转矩传感器2101～210m、转速传感器2201～220m、角度传感器2301～230m、角度编码器2401～240m、功率变送器2501～250m、风速传感器2601～260m、风向传感器2701～270m。

转矩传感器2101～210m设置在风电机组主轴上，用于采集风电机组主轴转矩。每个风电机组的主轴上均设有至少一个转矩传感器。

其中，该转矩传感器可采用jn338-v型转矩传感器。

转速传感器2201～220m，设置在风电机组主轴上，用于采集风电机组主轴转速。每个风电机组的主轴上均设有至少一个转速传感器。

其中，该转速传感器可采用szcb-01转速传感器。

角度传感器2301～230m，设置在风电机组叶片根部变桨伺服电机位置，用于采集风电机组变桨角度。每个风电机组叶片根部变桨伺服电机位置设有至少一个角度传感器。

其中，角度传感器可采用sca610-ca1h1g型角度传感器实现。

角度编码器2401～240m，设置在风电机组上，用于采集风电机组偏航偏差。每个风电机组上设置至少一个角度编码器，通过角度编码器采集来流方向，根据来流方向以及风电机组当前朝向能够得到风机组偏航偏差。

功率变送器2501～250m，设置在风电机组出口线路上，用于采集风电机组输出功率。每个风电机组出口线路上均设置至少一个功率变送器。

功率变送器包括电压检测模块和电流检测模块，电压检测模块可采用四通牌st-a系列的stcv-800电压传感器，电流检测模可采用武汉仪表公司生产的hd系列高精度直流大电流传感器。

风速传感器2601～260m，设置在风电机组机舱内，用于采集风电机组机舱内的风速；每个风电机组机舱内设有至少一个风速传感器。

风速传感器可采用低门槛值(0.4m/s)、测量范围0～75m/s的三杯式光电风速传感器waa15，其输出信号为脉冲信号，信号频率与风速成正比，通过单位时间内的计频完成风速测量。

风向传感器2701～270m，设置在风电机组机舱内，用于采集风电机组机舱内的风向。每个风电机组机舱内设有至少一个风向传感器。

风向传感器可为单翼风标，风标转动时，带动格雷码盘(七位，分辨率为2.80)转动，格雷码盘每转动2.80，光电管组产生新的七位并行格雷码数字信号输出。

本领域技术人员可以理解的是，风速传感器和风向传感器可采用风向风速传感器实现，风向风速传感器采用windsonicm型超声波风向风速传感器。

再者，风速风向传感器可采用测风电热片配合温度传感器实现，测风电热片利用风场对热量散失的影响来测定风速和风向。蓄电池向电热片内部的发热膜电路供电后使其加热升温，温度传感器实时监测测风电热片的温度。测风电热片可为环形电热片，采用硅橡胶电热片，该种电热片塑性好，易弯曲，加热性能稳定，其直径、宽度根据实际情况而定，电热片的内侧安装监测电热片温度的温度传感器；测风电热片的工作原理是风对物体的散热过程有促进作用，向风一侧的散热速度总是大于背风一侧的散热速度，根据电热片不同部位的温度变化情况判断风向和风速；测风工作中，当测风电热片上分布的温度传感器检测到电热片各个部位的温度从常温升温到测试温度后，切断蓄电池的供电，测风电热片停止加热进入测风阶段，以停止加热的测试温度为起点，在特定的时间段内，根据温度传感器监测的各部位的温度下降速度的差异再结合系列固定参数来分析计算风速、风向。

在一个进一步地实施例中，参见图6，该风电机组监测模块还可以包括：运行状态监测单元2801～280m以及故障监测单元2901～290m。

运行状态监测单元2801～280m，连接风电机组的控制器，用于获取风电机组运行状态遥信值；每个风电机组的控制器均连接一个运行状态监测单元。

故障监测单元2901～290m，连接风电机组的控制器，用于获取风电机组的故障信号。每个风电机组的控制器均连接一个故障监测单元。

值得说明的是，运行状态监测单元、故障监测单元可采用微处理器或处理器实现，控制器的例子包括但不限于以下微控制器：arc625d、atmelat91sam、microchippic18f26k20以及siliconelabsc8051f320。

在一个可选的实施例中，参见图7，该汇集线监测模块可以包括：功率变送器4101～410s、开关状态监测单元4201～420s、接地刀闸监测单元4301～430s。

功率变送器4101～410s，设置在风电汇集线上，用于采集风电汇集线上的功率。

其中，每条风电汇集线上均设有一个功率变送器。

功率变送器包括电压检测模块和电流检测模块，电压检测模块可采用四通牌st-a系列的stcv-800电压传感器，电流检测模可采用武汉仪表公司生产的hd系列高精度直流大电流传感器。

开关状态监测单元4201～420s，连接汇集线断路器的控制器，用于获取风电汇集线开关状态遥信值。

接地刀闸监测单元4301～430s，连接汇集线接地刀闸的控制器，用于获取接地刀闸开关遥信值。

值得说明的是，开关状态监测单元以及接地刀闸监测单元可采用微处理器或处理器实现，控制器的例子包括但不限于以下微控制器：arc625d、atmelat91sam、microchippic18f26k20以及siliconelabsc8051f320。

在一个可选的实施例中，参见图8，该环境参数监测模块300可以包括：风速传感器310、风向传感器320、气温传感器330、气压传感器340以及湿度传感器350。

风速传感器310设置在测风塔上，用于采集风电场的环境风速。

风速传感器可采用低门槛值(0.4m/s)、测量范围0～75m/s的三杯式光电风速传感器waa15，其输出信号为脉冲信号，信号频率与风速成正比，通过单位时间内的计频完成风速测量。

风向传感器320设置在测风塔上，用于采集风电场的环境风向；

风向传感器可为单翼风标，风标转动时，带动格雷码盘(七位，分辨率为2.80)转动，格雷码盘每转动2.80，光电管组产生新的七位并行格雷码数字信号输出。

本领域技术人员可以理解的是，风速传感器和风向传感器可采用风向风速传感器实现，风向风速传感器采用windsonicm型超声波风向风速传感器。

再者，风速风向传感器可采用测风电热片配合温度传感器实现，测风电热片利用风场对热量散失的影响来测定风速和风向。蓄电池向电热片内部的发热膜电路供电后使其加热升温，温度传感器实时监测测风电热片的温度。测风电热片可为环形电热片，采用硅橡胶电热片，该种电热片塑性好，易弯曲，加热性能稳定，其直径、宽度根据实际情况而定，电热片的内侧安装监测电热片温度的温度传感器；测风电热片的工作原理是风对物体的散热过程有促进作用，向风一侧的散热速度总是大于背风一侧的散热速度，根据电热片不同部位的温度变化情况判断风向和风速；测风工作中，当测风电热片上分布的温度传感器检测到电热片各个部位的温度从常温升温到测试温度后，切断蓄电池的供电，测风电热片停止加热进入测风阶段，以停止加热的测试温度为起点，在特定的时间段内，根据温度传感器监测的各部位的温度下降速度的差异再结合系列固定参数来分析计算风速、风向。

气温传感器330设置在测风塔上，用于采集风电场的环境温度。

气压传感器340设置在测风塔上，用于采集风电场的环境气压。

其中，气压传感器采用gy-65大气压强传感器。

湿度传感器350设置在测风塔上，用于采集风电场的环境湿度。

其中，气温传感器330和湿度传感器350可采用温湿度传感器实现，温湿度传感器可选用瑞士sensirion公司基于cmosenstm技术的温湿度传感器sht1x，该传感器将cmos芯片技术与传感器技术相结合，并带有工业标准的i²c总线数字输出接口，湿度值和温度值的输出分辨率分别为14位和12位，并可编程为12位和8位。该传感器测量时的电流消耗为550μa，平均为28μa，休眠时为3μa，并且具有很好的稳定性。

本领域技术人员可以理解的是，风速传感器310、风向传感器320、气温传感器330、气压传感器340以及湿度传感器350也可以设置在升压站的屋顶上，或者在风电场设置一个支架，用于支撑风速传感器310、风向传感器320、气温传感器330、气压传感器340以及湿度传感器350。其中，风速传感器310、风向传感器320、气温传感器330、气压传感器340以及湿度传感器350的设置高度优选8～15m,例如10m、12m等。

本实用新型中应用了具体实施例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型做任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。