风力发电机组的噪声数据采集系统及风力发电场的制作方法

本申请实施例涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种风力发电机组的噪声数据采集系统及风力发电场。

背景技术：

风电作为一种清洁能源，其环境效益主要体现在不排放任何有害气体、不消耗水资源以及减排二氧化碳。但是，如果处理不当，风电可能造成噪声污染。当前风力发电系统的风轮机系统设计安装的许多核心技术问题已初步得到解决，但在风电机组运行与维护过程中，存在风电波动性电源难以调节、噪声环境影响较大等问题。风电场的噪声过大已成为制约风电发展的重要因素之一。

现有的噪声测试系统能够满足iec61400-11标准要求，但在实际测试过程中存在一些问题。我国风电场所处的自然环境通常比较恶劣，全年大部分时间气温较低，电缆铺设存在困难，当遭遇雨雪等天气条件时对设备缺乏有效的保护，噪声测试现场需要工作人员一直留守，工作条件恶劣，噪声测试过程中测试设备需要根据风向的变化进行调整，更增加了现场工作量。

随着测试标准及测试技术的发展和进步，噪声测试标准也更新到了iec61400-11:2012，对数据采样、采集、分析判定有了更高的要求，可是现有的非声学数据采集不能同步和实时采集，从而导致数据采集不便，进而影响风力发电机组噪声测试结果精确性和一致性。

技术实现要素：

本申请实施例的目的旨在提供一种风力发电机组的噪声数据采集系统及风力发电场，用以解决现有技术存在的非声学数据采集不能同步和实时采集的技术问题。

为了实现上述目的，第一方面，本申请实施例提供一种风力发电机组的噪声数据采集系统，包括：机组数据采集模块、测风塔传感器接口模块、采集数据处理模块、声级计接口模块和信号处理装置；

机组数据采集模块的输入端与风力发电机组的主控制器通信连接，机组数据采集模块的输出端与采集数据处理模块的第一输入端通信连接，用于将采集的风力发电机组的运行信号传输至采集数据处理模块；

测风塔传感器接口模块的输出端与采集数据处理模块的第二输入端通信连接，用于将采集到的气象信号传输至采集数据处理模块；

采集数据处理模块的输出端与信号处理装置通信连接，将非声学数据传输至信号处理装置，非声学数据包括运行信号和气象信号；

声级计接口模块与信号处理装置通信连接，将采集的预设的噪声信号测点的声学数据传输至信号处理装置；

信号处理装置，用于根据非声学数据和声学数据进行风力发电机组的噪声测试。

可选地，本申请实施例的噪声数据采集系统还包括：运行信号接口和气象信号接口；

机组数据采集模块的输入端通过运行信号接口与风力发电机组的主控制器通信连接；

测风塔传感器接口模块通过气象信号接口与测风塔传感器通信连接；

运行信号接口和/或气象信号接口为可插拔接口。

可选地，申请实施例的噪声数据采集系统还包括：信号防雷器和信号采集模块；

测风塔传感器接口模块的输出端依次通过信号防雷器和信号采集模块与采集数据处理模块的第二输入端通信连接。

可选地，申请实施例的噪声数据采集系统还包括：第一防雷接口和第二防雷接口；

信号防雷器一端通过第一防雷接口与测风塔传感器接口模块的输出端通信连接；

信号防雷器另一端通过第二防雷接口与信号采集模块的输入端通信连接；

第一防雷接口和/或第二防雷接口为可插拔接口。

可选地，采集数据处理模块和声级计接口模块均与卫星天线通信连接，用于获取卫星天线的时间信号，使得采集数据处理模块输出的非声学数据和声级计接口模块输出的声学数据时间一致；或，

采集数据处理模块和声级计接口模块均与信号处理装置通信连接，用于获取信号处理装置的时间信号，使得采集数据处理模块输出的非声学数据和声级计接口模块输出的声学数据时间一致。

可选地，机组数据采集模块为倍福cx1020嵌入式pc采集模块，倍福cx1020嵌入式pc采集模块通过倍福cx1500-m510plc集成模块连接至的风力发电机组的主控制器；以及/或者，

采集数据处理模块为imcbusdaq主采集模块。

第二方面，本申请实施例还提供一种风力发电场，包括：风力发电机组、测风塔传感器、声级计和第一方面的风力发电机组的噪声数据采集系统；

测风塔传感器设于风力发电机组周围预设位置范围内；

声级计设于预设的噪声信号测点。

可选地，测风塔传感器包括：风速传感器、风向传感器、温湿度传感器和气压传感器；

信号防雷器包括第一信号防雷器、第二信号防雷器、第三信号防雷器和第四信号防雷器；

风速传感器、风向传感器、温湿度传感器和气压传感器，分别通过第一信号防雷器、第二信号防雷器、第三信号防雷器和第四信号防雷器与信号采集模块的输入端通信连接。

可选地，风速传感器与第一信号防雷器之间设有频率调理模块，用于将风速传感器输出的频率信号转换为电压信号；

风向传感器与第二信号防雷器之间设有电阻调理模块，用于将风向传感器输出的电阻信号转换为电压信号；

温湿度传感器与第三信号防雷器之间设有电流调理模块，用于将温湿度传感器输出的电流信号转换为电压信号。

可选地，测风塔传感器位于测风塔上；

风力发电机组周围预设位置范围包括：测风塔位于风力发电机组的左后方或右后方，且测风塔与风力发电机组之间的距离为风力发电机组的叶轮直径的1-2倍。

可选地，声级计为b&k2250型号声级计。

相比现有技术，本申请实施例的技术方案至少具有以下有益技术效果：

本申请实施例的测风塔传感器接口模块和机组数据采集模块分别与采集数据处理模块的两个输入端通信连接，采集数据处理模块的输出端将包括运行信号和气象信号的非声学数据发送给信号处理装置。本申请实施例通过采集数据处理模块将运行信号和气象信号合并，实现了非声学数据的同步和实时采集，采集数据方便，提高了风力发电机组噪声测试精确性和一致性。同时，本申请实施例通过对风力发电机组噪声的准确测量，促进了风力发电机组的噪声优化，以寻求风力发电和噪声防护的平衡点，保证风电行业的健康发展。

本申请实施例开发了风力发电机组噪声测试非声学数据的采集系统，并具有可扩展功能，实现了噪声测试时声学数据和非声学数据的同步性和实时性的采集，提高了风力发电机组噪声测试的准确性，保证了声学数据和非声学测量数据的准确性和一致性，提高了测试效率，同时也为后期风力发电机组的噪声问题分析和优化提供了有力数据支撑。

本申请实施例提供的噪声数据采集系统为便携式装置，该系统采用多个插拔接口与被测风电场中的风力发电机组和测风塔分别连接，使得测试现场安装方便快捷且易于现场搬运，减低了人力和时间成本，提高了测试效率。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本申请一个实施例风力发电机组的噪声数据采集系统的结构框图；

图2为本申请另一个实施例风力发电机组的噪声数据采集系统的结构框图；

图3为本申请实施例风力发电场的结构框图；

图4为本申请实施例的测风塔的位置示意图。

附图标记：1-机组数据采集模块、2-测风塔传感器接口模块、3-采集数据处理模块、4-声级计接口模块、5-信号处理装置、6-信号防雷器、7-信号采集模块、8-测风塔传感器、9-风力发电机组、10-声级计、401-风向、402-左后方、403-右后方、404-尾流区域。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本申请的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

下面以具体地实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本申请的实施例进行描述。

本申请实施例提供一种风力发电机组的噪声数据采集系统，参见图1所示，该风力发电机组的噪声数据采集系统包括：机组数据采集模块1、测风塔传感器接口模块2、采集数据处理模块3、声级计接口模块4和信号处理装置5。

机组数据采集模块1的输入端与风力发电机组9的主控制器通信连接，机组数据采集模块1的输出端与采集数据处理模块3的第一输入端通信连接，用于将采集的风力发电机组9的运行信号传输至采集数据处理模块3。

测风塔传感器接口模块2的输出端与采集数据处理模块3的第二输入端通信连接，用于将采集到的气象信号传输至采集数据处理模块3。

采集数据处理模块3的输出端与信号处理装置5通信连接，将非声学数据传输至信号处理装置5，非声学数据包括运行信号和气象信号。

声级计接口模块4与信号处理装置5通信连接，将采集的预设的噪声信号测点的声学数据传输至信号处理装置5。

信号处理装置5，用于根据非声学数据和声学数据进行风力发电机组9的噪声测试。

本申请实施例的测风塔传感器接口模块2和机组数据采集模块1分别与采集数据处理模块3的第一输入端、第二输入端通信连接，采集数据处理模块3的输出端将包括运行信号和气象信号的非声学数据发送给信号处理装置5。本申请实施例通过采集数据处理模块3将运行信号和气象信号合并，实现了非声学数据的同步和实时采集，采集数据方便，提高了风力发电机组9噪声测试精确性和一致性。

本申请实施例的信号处理装置5在噪声测试过程中同步、实时的采集风力发电机组9的运行信号和气象信号以及声学数据，实现信号的同步和集成，满足iec标准的要求。

可选地，气象信号采用了imc8模块(isolated8-channeldifferentialamplifier，隔离式8通道差分放大器)通道，能够支持canopen(controllerareanetwork，控制局域网络)通讯协议的电压、温度和电流测量模块，集成度高，体积小，可扩展性高，根据需要增加气象信号的通道，采用can通讯具有传输距离远和速度高优点。

可选地，运行信号包括机舱风速、叶轮转速、桨距角和功率信号等；气象信号包括风速、风向、温湿度和气压等。本申请实施例的运行信号和气象信号后期还能扩展接入更多机组信号或气象信号，便于后期风力发电机组9噪声问题的分析和优化。

可选地，机组数据采集模块1可以将运行信号和气象信号进行合并，集成一个数据包并进行自动存储。

可选地，该风力发电机组的噪声数据采集系统还包括：运行信号接口和气象信号接口。

机组数据采集模块1的输入端通过运行信号接口与风力发电机组9的主控制器通信连接。

测风塔传感器接口模块2通过气象信号接口与测风塔传感器8通信连接。

其中，运行信号接口和/或气象信号接口为可插拔接口。

本申请实施例提供的噪声数据采集系统为便携式装置，该系统采用多个插拔接口与被测风电场中的风力发电机组和测风塔分别连接，使得测试现场安装方便快捷且易于现场搬运，减低了人力和时间成本，提高了测试效率。

可选地，参见图2所示，作为一种示例，风力发电机组的噪声数据采集系统还包括：信号防雷器6和信号采集模块7；

测风塔传感器接口模块2的输出端依次通过信号防雷器6和信号采集模块7与采集数据处理模块3的第二输入端通信连接。

可选地，信号防雷器6可以选用denh可插拔信号防雷器。信号采集模块7可以选用imcc18信号采集模块。

可选地，该风力发电机组的噪声数据采集系统还包括：第一防雷接口和第二防雷接口；信号防雷器6一端通过第一防雷接口与测风塔传感器接口模块2的输出端通信连接；信号防雷器6的另一端通过第二防雷接口与信号采集模块7的输入端通信连接；

其中，第一防雷接口和/或第二防雷接口为可插拔接口。

本申请实施例的各个模块间均可以采用插拔接口的方式实现快速接插，使得测试现场安装方便快捷且易于现场搬运，减低了人力和时间成本，提高了测试效率。可选地，插拔接口可以为威浦航空插头，型号为ws-tq。

可选地，采集数据处理模块3和声级计接口模块4均与卫星天线通信连接，用于获取卫星天线的时间信号，使得采集数据处理模块3输出的非声学数据和声级计接口模块4输出的声学数据时间一致。卫星天线通过接受卫星信号，使采集数据处理模块3与卫星进行对时，实现数据采集的同步性。

或，采集数据处理模块3和声级计接口模块4均与信号处理装置5通信连接，用于获取信号处理装置5的时间信号，使得采集数据处理模块3输出的非声学数据和声级计接口模块4输出的声学数据时间一致。

本申请实施例可以采用上述两种方式中的任一种方式，实现非声学数据和声学数据时间一致，同时也实现运行信号和气象信号时间一致。

可选地，噪声测试数据采集系统的实现形式包括以下至少一项：

机组数据采集模块1为倍福cx1020嵌入式pc采集模块，倍福cx1020嵌入式pc采集模块通过倍福cx1500-m510plc集成模块连接至的风力发电机组9的主控制器；以及/或者，采集数据处理模块3为imcbusdaq主采集模块。

可选地，机组数据采集模块1的输出端与采集数据处理模块3的一个输入端通过can总线通信连接；

测风塔传感器接口模块2的输出端与采集数据处理模块3的另一个输入端通过can总线通信连接。

可选地，倍福cx1500-m510plc集成模块通过网线连入风力发电机组9，直接采集风力发电机组9的功率、转速、桨距角和机舱风速，并且根据测试需求进行扩展，可以采集更多的风力发电机组9的运行数据，具有体积小、通讯好和可扩展性高特点。同时，倍福cx1500-m510plc集成模块通过twincat(thewindowscontrolandautomationtechnology，基于windows的控制和自动化技术)编程语言实现与风力发电机组9直接通讯，采用rj45接头方便现场连接，同时根据测试需求进行采集变量的扩展，采集更多的机组变量，为后期风力发电机组9噪声问题分析提供数据支撑。

具体地，rj45是布线系统中信息插座(即通信引出端)连接器的一种，连接器由插头(接头、水晶头)和插座(模块)组成，插头有8个凹槽和8个触点。rj是registeredjack的缩写，意思是"注册的插座"。在fcc(美国联邦通信委员会标准和规章)中rj是描述公用电信网络的接口，计算机网络的rj45是标准8位模块化接口的俗称。

可选地，can总线通过can2.0a协议通信。风力发电机组9与机组数据采集模块1采用modbustcp协议通信。

基于同一发明构思，本申请实施例还提供一种风力发电场，参见图3所示，该风力发电场包括：风力发电机组9、测风塔传感器8、声级计10和上述的风力发电机组9的噪声数据采集系统；

测风塔传感器8设于风力发电机组9周围预设位置范围内；

声级计10设于预设的噪声信号测点。

可选地，测风塔传感器8包括：风速传感器、风向传感器、温湿度传感器和气压传感器；

信号防雷器6包括第一信号防雷器6、第二信号防雷器6、第三信号防雷器6和第四信号防雷器6；

风速传感器、风向传感器、温湿度传感器和气压传感器，分别通过第一信号防雷器6、第二信号防雷器6、第三信号防雷器6和第四信号防雷器6与信号采集模块7的输入端通信连接。

可选地，风速传感器与第一信号防雷器6之间设有频率调理模块，用于将风速传感器输出的频率信号转换为电压信号；

风向传感器与第二信号防雷器6之间设有电阻调理模块，用于将风向传感器输出的电阻信号转换为电压信号；

温湿度传感器与第三信号防雷器6之间设有电流调理模块，用于将温湿度传感器输出的电流信号转换为电压信号。

可选地，频率调理模块为modelifam频率调理模块，电阻调理模块为phoenix电阻/位置调理模块。电流调理模块为weidmuller电流调理模块。

可选地，如图4所示，测风塔传感器8设置在测风塔上。风力发电机组9周围预设位置范围包括：测风塔位于风力发电机组9的左后方402或右后方403，且测风塔与风力发电机组9之间的距离为风力发电机组的叶轮直径的1-2倍。iec61400-11:2012噪声测试标准对测风塔的位置从风力发电机组的正前方更改到了左后方或右后方，增大了位置范围，测试期间不需根据风向调整测风塔位置。

如图4所示，测风塔位于风力发电机组9的左后方402，定义为沿风向401的方向，风力发电机组9位于风向401的上风向，测风塔位于风向401的下风向且位于叶轮后方尾流区域404的左侧。

测风塔位于风力发电机组9的右后方403，定义为沿风向401的方向，风力发电机组9位于风向401的上风向，测风塔位于风向401的下风向且位于叶轮后方尾流区域404的右侧。

现有技术中iec61400-11:2006规定测风塔位置在风力发电机组前方叶轮直径的2-4倍距离范围内。本方案测风塔与风力发电机组9之间的距离为风力发电机组的叶轮直径的1-2倍，测风塔距离风力发电机组更近，风速的相关性更好，准确性更好。

可选地，在测风塔处安装数据采集柜，用于采集风速、风向、温度、湿度和气压信号等气象信号。采用can总线进行通信；can即控制器局域网络属于工业现场总线的范畴，与一般的通讯总线相比，can总线的数据通讯具有突出的可靠性、实时性和灵活性，从而保证了长距离数据传输的实时性和同步性。

可选地，声级计10为b&k2250型号声级计。

本申请实施例提供的风力发电场，与前面所述的各实施例风力发电机组9的噪声数据采集系统具有相同的发明构思及相同的有益效果，该风力发电机组9的噪声数据采集系统中未详细示出的内容可参照前面所述的各实施例，在此不再赘述。

本技术领域技术人员可以理解，本申请中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案可以被交替、更改、组合或删除。进一步地，具有本申请中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的其他步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。进一步地，现有技术中的具有与本申请中公开的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而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，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。

术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。当诸如层、膜、区域或基板之类的元件被称作位于另一元件“上”或“下”时，该元件可以“直接”位于另一元件“上”或“下”，或者可以存在中间元件。

应该理解的是，虽然附图的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，其可以以其他的顺序执行。而且，附图的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，其执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

以上所述仅是本申请的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。