一种风压式前置测风系统及其工作方法与流程

1.本发明属于测风技术领域，具体涉及一种风压式前置测风系统及其工作方法。


背景技术：

2.近年来，随着风电行业的快速发展，风机性能的精准评估以及功率预报、风机延寿等都对来流风速的测量准确性提出可很高的要求。
3.然而，由于技术限制，目前尚缺少直接测量来流风速的方法，一般是用安装于机舱上的风速计进行风速测量，但该位置测量到的风速为经过叶片做功后的风速，与来流风速存在较大差异。
4.目前普遍的做法是用地面激光雷达与机舱风速计进行一个月以上的同期测量，并拟合成机舱传递函数，将机舱风速反推到来流风速。但是这样的做法时间成本、人力成本与经济成本均较高，一般也很难逐台机位进行传递函数拟合，仍然存在着较大的误差。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种风压式前置测风系统及其工作方法，结构设计合理、布设简便，能够有效地测量来流风速，减少测量误差。
6.本发明是通过以下技术方案来实现：
7.本发明公开了一种风压式前置测风系统，包括风压式风速测量装置、风向测量装置、信号处理单元和信号传输单元；风压式风速测量装置通过安装组件安装在轮毂导流罩外侧的中央位置，风向测量装置安装在机舱上方，风压式风速测量装置和风向测量装置均正对来流方向；风压式风速测量装置和风向测量装置分别与信号处理单元连接，信号处理单元与信号传输单元连接，信号传输单元连接至上位机单元。
8.优选地，安装组件包括底座和安装座，安装座固定安装在轮毂导流罩内侧，安装座上设有若干螺孔，底座通过螺栓与安装座连接，风压式风速测量装置可拆卸地安装在底座上。
9.进一步优选地，风压式风速测量装置与底座之间设有弹性缓冲层。
10.优选地，风压式风速测量装置为压阻式压力传感器、陶瓷压力传感器或扩散硅压力传感器。
11.优选地，风向测量装置安装在轮毂后侧的机舱上方。
12.优选地，所述风压式前置测风系统还包括避雷针，避雷针设在机舱上方的最后侧。
13.进一步优选地，避雷针的高度大于风向测量装置。
14.优选地，风压式风速测量装置和风向测量装置的安装轴线与轮毂导流罩的轴线共线。
15.优选地，信号处理单元包括信号放大模块、零点校正模块、线性化处理模块、补偿电路模块、误差修正模块、滤波模块和a/d模块，信号放大模块的一端分别与风压式风速测量装置和风向测量装置连接，另一端与零点校正模块连接，零点校正模块与线性化处理模
块连接，线性化处理模块与补偿电路模块连接，补偿电路模块与误差修正模块连接，误差修正模块与滤波模块连接，滤波模块与a/d模块连接，a/d模块与信号传输单元连接。
16.本发明公开的上述风压式前置测风系统的工作方法，包括：
17.风压式风速测量装置测得的风速信号和风向测量装置测得的风向信号经信号处理单元处理后，通过信号传输单元将处理过的信号发送至上位机单元。
18.与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
19.本发明公开的一种风压式前置测风系统，将风压式风速测量装置通过安装组件安装在轮毂导流罩外侧的中央位置，测得的风速为不受叶片做功影响的真实来流风速，同时风向测量装置安装在机舱上方，利用风机偏航系统能够实现风速测量的精准对风；且所使用的风压式风速测量装置具有精度高、造价低、响应快的优点，可免去机舱传递函数的测量、计算、拟合的繁琐过程，所测得的来流风速可以为后续风机的控制策略优化及发电量提升提供有力支持，具有良好的应用前景。
20.进一步地，安装座固定安装在轮毂导流罩内侧，保证了安装的牢固和稳定性；底座通过螺栓与安装座连接，便于安装拆卸及日常维护。
21.更进一步地，风压式风速测量装置与底座之间设有弹性缓冲层，能够减少风机运行时振动对风压式风速测量装置的影响。
22.进一步地，风向测量装置安装在轮毂后侧的机舱上方，能够减小测得的风向受风机运行的影响。
23.进一步地，避雷针能够有效保护系统和风机的正常运行。
24.进一步地，风压式风速测量装置和风向测量装置的安装轴线与轮毂导流罩的轴线共线，使测得的风速和风向在位置上高度匹配，提高测量的精确性。
25.进一步地，信号处理单元除常规的信号放大模块、滤波模块和a/d模块以外，还包括零点校正模块、线性化处理模块、补偿电路模块和误差修正模块，能够保证数据信号传输的可靠稳定和准确性。
26.本发明公开的上述风压式前置测风系统的工作方法，自动化程度高，且测量精度高、响应快，免去了机舱传递函数的测量、计算、拟合的繁琐过程，所测得的来流风速可以为后续的风机控制策略优化及发电量提升提供有力的数据支持。
附图说明
27.图1为本发明的整体结构示意图。
28.图中：1-底座；2-风压式风速测量装置；3-安装座；4-风向测量装置；5-避雷针；6-信号传输单元。
具体实施方式
29.下面结合附图对本发明做进一步详细描述，其内容是对本发明的解释而不是限定：
30.如图1，为本发明的风压式前置测风系统，包括风压式风速测量装置2、风向测量装置4、信号处理单元和信号传输单元6；风压式风速测量装置2通过安装组件安装在轮毂导流罩外侧的中央位置，风向测量装置4安装在机舱上方，风压式风速测量装置2和风向测量装
置4均正对来流方向；风压式风速测量装置2和风向测量装置4分别与信号处理单元连接，信号处理单元与信号传输单元6连接，信号传输单元6连接至上位机单元。
31.上位机单元可以是风力发电机组的plc控制系统。
32.在本发明的一个较优的实施例中，安装组件包括底座1和安装座3，安装座3固定安装在轮毂导流罩内侧，安装座3上设有若干螺孔，底座1通过螺栓与安装座3连接，风压式风速测量装置2可拆卸地安装在底座1上。优选地，风压式风速测量装置2与底座1之间设有弹性缓冲层。弹性缓冲层可以是高分子材料层、橡胶层，或是具有隔振功能的机械结构层。
33.在本发明的一个较优的实施例中，风压式风速测量装置2为压阻式压力传感器、陶瓷压力传感器或扩散硅压力传感器，其中应变片、不锈钢或陶瓷膜片应竖直安装于轮毂导流罩外侧底座1上中央位置，正对来流风速。
34.在本发明的一个较优的实施例中，风向测量装置4安装在轮毂后侧的机舱上方。
35.在本发明的一个较优的实施例中，所述风压式前置测风系统还包括避雷针5，避雷针5设在机舱上方的最后侧。优选地，避雷针5的高度大于风向测量装置4。
36.在本发明的一个较优的实施例中，风压式风速测量装置2和风向测量装置4的安装轴线与轮毂导流罩的轴线共线。
37.在本发明的一个较优的实施例中，信号处理单元包括信号放大模块、零点校正模块、线性化处理模块、补偿电路模块、误差修正模块、滤波模块和a/d模块，信号放大模块的一端分别与风压式风速测量装置2和风向测量装置4连接，另一端与零点校正模块连接，零点校正模块与线性化处理模块连接，线性化处理模块与补偿电路模块连接，补偿电路模块与误差修正模块连接，误差修正模块与滤波模块连接，滤波模块与a/d模块连接，a/d模块与信号传输单元6连接。
38.上述的风压式前置测风系统的工作方法，包括：
39.风压式风速测量装置2受到风压后应变片或膜片会基于压阻效应自动将机械形变转化为与压力成正比的电压信号，并通过如下公式用测得压力δp和风电场空气密度ρ计算得到来流风速：
[0040][0041]
风压式风速测量装置2测得的风速信号和风向测量装置4测得的风向信号经信号处理单元处理后，通过信号传输单元6将处理过的信号发送至上位机单元。
[0042]
以上所述，仅为本发明实施方式中的部分，本发明中虽然使用了部分术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了方便的描述和解释本发明的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。以上所述仅以实施例来进一步说明本发明的内容，以便于更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。