一种风力发电机组声功率级测量装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种风力发电机组声功率级测量装置和方法，属于噪声测量领域，装置包括用于获取风力发电机组运行时的噪声和停运时的背景噪声的无人机，无人机的机体上搭载有：云台，其上设有声级计、传声器以及风速风向仪；iGPS系统，包括分别设置于机体中部、声级计的尾部以及安装在声级计尾部与其传声器共线的固定棒端部的iGPS传感器，还包括两个设置于地面的iGPS激光发射器；控制器，根据iGPS系统调整无人机飞行位置及云台的转动角度，使传声器定位至风力发电机组周围的各测量点处。以风力发电机组的轮毂中心为圆心，在半径大于风力发电机组叶片旋转半径的球面上布置测量点，利用以上装置进行测量。整个装置操作简单，测量方便。

A Measuring Device and Method for Sound Power Level of Wind Turbine

The invention discloses a measuring device and method for sound power level of wind turbine, which belongs to the field of noise measurement. The device comprises an unmanned aerial vehicle for acquiring the noise of wind turbine when it is running and the background noise when it is shut down. The airframe of the unmanned aerial vehicle is equipped with a cloud platform, which is equipped with a sound level meter, a microphone and an anemometer. Two iGPS laser transmitters are installed on the ground. The controller adjusts the flight position of the UAV and the rotation angle of the platform according to the iGPS system, so that the microphone can be located at the measuring points around the wind turbine. With the hub center of the wind turbine as the center, measuring points are arranged on the spherical surface whose radius is larger than the rotating radius of the blade of the wind turbine. The whole device is simple to operate and convenient to measure.

【技术实现步骤摘要】
一种风力发电机组声功率级测量装置和方法
本专利技术涉及噪声测量领域，具体地说，涉及一种风力发电机组声功率级测量装置和方法。
技术介绍
风能发电作为一种清洁可再生的能源发电，近年来在我国得到大力推广和应用，产生了很好的经济效益和环境效益，但其辐射的噪声会影响周边声环境，干扰周边居民正常生活。为掌握风力发电机组噪声源强，预测评价风力发电机组噪声影响，需确定风力发电机组的声功率级。声功率级按测量场所分可分为实验室测量和现场测量；按测量精度分可分为精密法、工程法、简易法；按测量方法分可分为声压法、声强法等。风力发电机组由于几何尺寸大，无法在实验室测量其声功率级，只能在户外进行测量。现行的《风力发电机组噪声测量方法》(GB/T22516-2008)，适用于风速为6m/s～10m/s时风力发电机组声功率级的测量。公布号为CN108801447A的中国专利文献公开了一种风力机噪声测试系统，包括：气象测量仪器，包括风速传感器、风向传感器、温度传感器、雨量传感器、气压传感器，从上至下依次安装在测风塔上部；测声仪器，包括传声器、声级计、1/3倍频程带频谱测试仪、窄带频谱测试仪；机组功率传感器，风机转速传感器以及风机浆距角传感器，以上三个传感器测量值均以电压信号输出；设置在风力发电机组周围，间隔100m-200m的三个数据采集点，其硬件之间采用无线传输方式进行远距离控制和数据传送；以及主机，通过无线方式与三个数据采集点连接，用于数据实时存储、分析和显示。还公开了相应的风力机噪声测试方法，该测量方法中，由于噪声测量点个数少，且测量点均位于风力发电机组所在地面，未在声源包络面上均匀布点进行测量，所测声功率级与实际声功率级误差较大。
技术实现思路
本专利技术的目的为提供一种风力发电机组声功率级测量装置，该装置精度较高，可自动测量风力发电机组的声功率级。本专利技术的另一目的为提供一种风力发电机组声功率级测量方法，该方法利用上述风力发电机组声功率级测量装置实现，可有效解决所测声功率级与实际声功率级误差较大的问题。为了实现上述目的，本专利技术提供的风力发电机组声功率级测量装置包括用于获取风力发电机组运行时的噪声和停运时的背景噪声的无人机，无人机的机体上搭载有：云台，其上设有声级计和风速风向仪；iGPS系统，包括分别设置于机体中部、声级计的尾部及安装在声级计尾部与其传声器共线的固定棒端部的iGPS传感器，还包括两个设置于地面的iGPS激光发射器；控制器，根据iGPS系统调整无人机飞行位置及云台的转动角度，使传声器定位至风力发电机组周围的各测量点处。上述技术方案中，以风力发电机组的轮毂中心为圆心，在半径大于风力发电机组叶片旋转半径的假想球面上布置测量点，利用以上装置进行测量。控制器与无人机及其所搭载组件间均存在数据交换接口，通过接口完成数据交换。无人机及其所搭载组件传输给控制器数据，可获得无人机及其所搭载组件相应数据。同时，通过与目标测量位置的比对分析，控制器通过接口向无人机和云台发出指令，调控他们的运行，最终使声级计的传声器定位至测量点处，且使传声器指向风力发电机组的轮毂中心。iGPS系统的三个iGPS传感器分别获取无人机，声级计尾部和安装在声级计尾部与其传声器共线的固定棒端部的实时经纬度数据；两个iGPS激光发射器安装在地面。通过iGPS系统对传声器位置进行定位，最终使传声器位于测量点处。整个装置操作简单，测量方便。为了方便云台的自由旋转和移动，作为优选，无人机的机体上设有用于安装云台的伸缩悬臂，伸缩悬臂的端部与云台铰接。云台可分别在竖直和水平面内360°自由旋转。作为优选，声级计的尾部、固定棒的端部、传声器的顶部三点位于同一直线上且三者间距离固定。由于声级计尾部、固定棒端部、声级计的传声器顶部三点位于一条直线上且三者间距离固定，因此传声器顶部实时经纬度数据可由控制器根据声级计尾部经纬度数据和固定棒端部经纬度数据通过计算确定。为了方便测量，作为优选，无人机的机体的顶部和底部对称设有两个云台。且均通过相同的伸缩悬臂安装，其上设置有相同的组件。当无人机位于假想球面上半球测量时，选取无人机下方声级计所采集到的数据进行分析，当无人机在下半球测量时，选取无人机上方声级计所采集到的数据进行分析，以此来减小测量过程中由于无人机对声级计的遮挡而引起的采集数据值偏小的情况。为了减小测量过程中外界风力因素对测量结果的影响，作为优选，传声器上固定有防风罩。为了实现上述另一目的，本专利技术提供的风力发电机组声功率级测量方法，基于上述风力发电机组声功率级测量装置实现，其包括以下步骤：(1)以风力发电机组的轮毂中心为圆心，在半径大于风力发电机组叶片旋转半径的假想球面上布置测量点；(2)获取假想球面各测量点处风力发电机组运行时的噪声和停运时的背景噪声；(3)对风力发电机组运行时各测量点的噪声级进行背景噪声修正，得到修正后风力发电机组运行时各测量点噪声级；(4)计算风力发电机组的各频带声功率级。作为优选，步骤(3)中，各测量点处背景噪声级的确定方法如下：根据实测数据给出测量点为i时，集合{|Vi－Vj|×ɑ+|θi－θj|×β}中的各元素值，若j＝j0时对应的元素值最小，则选取第j0个测量点背景噪声级作为测量点i的背景噪声级；若有多个测量点对应的加权平均值均为最小值，则在这几个测量点中选取与第i个测量点高度最接近的测量点背景噪声级作为第i个测量点的背景噪声级；其中，j＝1，2，…n；ɑ+β＝1；Vi为测量点i处在风力发电机组运行时的风速，单位为m/s；Vj为测量点j处在风力发电机组停运时的风速，单位为m/s；θi为测量点i处在风力发电机组运行时的风向，单位为弧度；θj为测量点j处在风力发电机组停运时的风向，单位为弧度；ɑ，β分别为风速、风向对应权重系数。作为优选，风速权重ɑ为0.85，风向权重β为0.15。作为优选，步骤(4)中，将测量点所在的假想球面分成以各测量点为中心、面积不同的n个面元，风力发电机组的各频带声功率级Lw按下式计算：K1＝-10lg(1-10-0.1ΔLp)其中，R—测量点所在假想球面的半径，单位m；S＝4πR2，单位m2；Si—第i个测量点处所占假想球面的面积，单位m2；—风力发电机组运行时测量点i处的频带声压级，单位dB；—第i个测量点处的背景噪声频带声压级，单位dB；L′pi—对背景噪声进行修正后的第i个测量点处的频带声压级，单位dB；K1—背景噪声修正值，单位dB；n—测量点个数。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术利用无人机搭载的声级计对假想球面上均匀分布的测量点依次进行测量，可更好地表征风电机组不同方向上的辐射声级水平。(2)本专利技术利用搭载iGPS系统的无人机进行测量，与GPS定位系统相比，iGPS具有更高的测量精度(可达毫米级)，能更为精确地将无人机所搭载的声级计定位至测量处，并沿假想球面依次进行测量。(3)本专利技术利用无人机搭载声级计进行测量时，通过自动调整，可保证测量时声级计传声器指向风力发电机组轮毂中心(即径向对准)，提高测量的准确性。(4)本专利技术所提出的测量点背景噪声确定方法，可有效解决同一测量点处风力发电机组运行和停运时风速、风向不同导致的背景噪声差异，更为准确地确定风电机组运行时测量点处背景噪声级。附图说明图1为本专利技术实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种风力发电机组声功率级测量装置，其特征在于，包括用于获取风力发电机组运行时的噪声和停运时的背景噪声的无人机，所述无人机的机体上搭载有：云台，其上设有声级计和风速风向仪；iGPS系统，包括分别设置于所述机体中部、所述声级计的尾部及安装在所述声级计尾部与其传声器共线的固定棒端部的iGPS传感器，还包括两个设置于地面的iGPS激光发射器；控制器，根据所述iGPS系统调整所述无人机飞行位置及所述云台的转动角度，使所述传声器定位至风力发电机组周围的各测量点处。

【技术特征摘要】
1.一种风力发电机组声功率级测量装置，其特征在于，包括用于获取风力发电机组运行时的噪声和停运时的背景噪声的无人机，所述无人机的机体上搭载有：云台，其上设有声级计和风速风向仪；iGPS系统，包括分别设置于所述机体中部、所述声级计的尾部及安装在所述声级计尾部与其传声器共线的固定棒端部的iGPS传感器，还包括两个设置于地面的iGPS激光发射器；控制器，根据所述iGPS系统调整所述无人机飞行位置及所述云台的转动角度，使所述传声器定位至风力发电机组周围的各测量点处。2.根据权利要求1所述的风力发电机组声功率级测量装置，其特征在于，所述的无人机的机体上设有用于安装所述云台的伸缩悬臂，所述伸缩悬臂的端部与所述云台铰接。3.根据权利要求1所述的风力发电机组声功率级测量装置，其特征在于，所述声级计的尾部、所述固定棒的端部、所述声级计的传声器的顶部三点位于同一直线上且三者间距离固定。4.根据权利要求1所述的风力发电机组声功率级测量装置，其特征在于，所述无人机的机体顶部和底部对称设有两个所述的云台。5.根据权利要求1所述的风力发电机组声功率级测量装置，其特征在于，所述传声器上固定有防风罩。6.一种风力发电机组声功率级测量方法，基于权利要求1～5任一权利要求所述的风力发电机组声功率级测量装置实现，其特征在于，包括以下步骤：(1)以风力发电机组的轮毂中心为圆心，在半径大于风力发电机组叶片旋转半径的假想球面上布置测量点；(2)获取假想球面各测量点处所述风力发电机组运行时的噪声和停运时的背景噪声；(3)对风力发电机组运行时各测量点的噪声级进行背景噪声修正，得到修正后风力发电机组运行时各测量点噪声级；(4)计算风力发电机组的各...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟国庆，谢紫银，姚瑶，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33