一种风机叶片多物理量同步观测方法及其系统技术方案

本发明专利技术公开了一种风机叶片多物理量同步观测方法及其系统，属于雷击测量领域，通过雷电流采集系统采集雷电通道辐射产生的电压判断是否有雷击产生，若是，触发电场变化采集系统，触发后输出TTL电平并记录触发时间信息和电场变化信息，同时触发图像采集系统，采集图像数据并传输至上位机，上位机对图像数据分析判断是否为有效数据；触发电场变化采集系统的同时，触发雷电磁场变化测量系统，采集并记录雷击产生的磁场变化和时间，并传输给上位机；通过推算各采样点GPS时间信息，对风机雷击电场、磁场和电流物理量数据进行同步。本发明专利技术的有效图像数据判断相比于仅依据图像灰度进行触发判断的方案，有效减少了误触发，提高了数据保存的有效性。据保存的有效性。据保存的有效性。

【技术实现步骤摘要】
一种风机叶片多物理量同步观测方法及其系统


[0001]本专利技术涉及雷击测量领域，尤其涉及一种风机叶片多物理量同步观测方法及其系统。

技术介绍

[0002]风力发电作为电力系统中最为广泛应用的新能源发电技术，伴随着其装机容量和电场规模在近几年突飞猛进的增长，为了提升对风能资源和土地的利用效率，提高单台风力发电机的装机容量是唯一的解决方法，目前世界上已投运的最大单台装机容量的风力发电机高度接近200m。由于风电场一般坐落在野外较为空旷的平原或者近海区域，风机高度的不断增加使得风力发电机极易遭受雷击，导致风电机组设备的雷击故障极为突出。运行数据显示，美国德克萨斯州、堪萨斯州和伊利诺伊州近5年共304次风机叶片雷击故障进行了统计分析，平均年雷击故障率高达11.9次/100台
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年。通过对我国云南、贵州和山西等4个典型风场近3年的防雷运行数据进行调查，统计结果表明我国风机叶片的年平均雷击损坏率为9.8次/100台
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年。
[0003]由于风电场多建于雷电活动强烈山区，气象环境复杂，其雷击接闪过程复杂，雷击机理尚不清晰。风机叶片雷击过程的图像，电流以及电磁场数据的缺乏是目前难以完全解决风电场雷击防护问题的主要瓶颈。为了有效获取风机叶片雷击事件相关数据，首先需要提出一种有效的风机叶片多物理量同步观测方法，实现不同安装位置的观测设备的数据同步，保证多物理量数据与同一雷击事件相关联。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是提供一种风机叶片多物理量同步观测方法及其系统，本专利技术可以实现风机叶片雷击事件的多物理量数据的时间同步。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案如下：
[0006]一方面，本专利技术提供一种风机叶片多物理量同步观测方法，包括如下步骤：
[0007]1)通过雷电流采集系统采集雷电通道辐射产生的电压判断是否有雷击产生，若是，触发电场变化采集系统，进入步骤2)，若否，则不触发电场变化采集系统和图像采集系统；
[0008]2)电场变化采集系统触发后输出TTL电平并记录触发时间信息和电场变化信息，同时触发图像采集系统，采集图像数据并传输至上位机，上位机对图像数据分析判断是否为有效数据；
[0009]有效数据的判断方法为：逐帧计算图像灰度的最大值，当存在连续两幅图像之间的最大灰度差值超过设置的阈值时，认为此次雷电是处于相机视野内的有效数据，上位机对图像数据进行保存，否则不保存图像数据；
[0010]上位机完成一次触发得到的图像数据后，图像采集系统进入待触发状态；
[0011]3)触发电场变化采集系统的同时，触发雷电磁场变化测量系统，采集并记录雷击
产生的磁场变化和时间，并传输给上位机；
[0012]4)通过推算电场、电流、磁场的各采样点GPS时间信息，对风机雷击电场、磁场和电流物理量数据进行同步。
[0013]进一步地，雷电流采集、雷电场变化、雷电磁场变化的采集均采用50ns偏差的高精度GPS授时装置记录触发时间信息；对获取的风机叶片雷击电流、电场变化以及磁场变化数据进行插值运算，保证相邻数据点的时间间隔相同，记为t0，则可以根据任一采样点与触发点之间间隔的点数推算其GPS时间。
[0014]进一步地，通过推算的各采样点GPS时间信息，以电场数据触发时刻为基准，找到电流、磁场数据中时间最接近的采样点，实现同步。
[0015]进一步地，以电场数据触发时刻为基准，对带触发标志的图像为电场触发时刻对齐，实现同步。
[0016]进一步地，所述雷电流采集系统、电场变化采集系统、雷电磁场变化系统的传感器内均设有差异化增益通道。
[0017]进一步地，所述雷电流采集系统包括不同量程的电流传感器。
[0018]进一步地，所述雷电流采集系统还包含积分电路模块、采集模块、GPS授时模块、存储模块和通讯模块。
[0019]进一步地，所述雷电磁场变化采集系统包含低频环形正交磁天线、采集模块、GPS授时模块、存储模块和通讯模块。
[0020]进一步地，所述电场变化采集系统包含平板天线、快积分电路、慢积分电路、采集模块、PS授时模块、存储模块和通讯模块。
[0021]进一步地，所述图像采集系统包含触发模块、高速相机和工控机。
[0022]另一方面，提供一种风机叶片多物理量同步观测系统，包括处理器，所述处理器内设有用于实现所述的风机叶片多物理量同步观测方法的程序。
[0023]采用这样的设计后，本专利技术至少具有以下优点：
[0024](1)本专利技术的有效图像数据的保存条件是满足图像采集系统灰度差超过阈值以及电场采集系统触发这两个条件均为真。尽管所述电场变化采集系统可以探测空间各个方向的雷击事件，但是不在高速相机视野内的雷击事件不会导致图像采集系统灰度差超过阈值，所以不会引入误触发。同时，图像采集系统可能由于飞机、鸟类等进入视野内引起灰度差超过阈值，但是由于没有雷击事件，电场系统不会触发，所以图像采集系统不会保存数据，从而相比于仅依据图像灰度进行触发判断的方案，有效减少了误触发，提高了数据保存的有效性。
[0025](2)本专利技术通过插值运算，保证了雷电流采集系统，雷电磁场变化采集系统，雷电电场变化采集系统采集模块采样率不匹配情况下的数据同步问题，提高了同步精度。
[0026](3)本专利技术在图像采集系统中加入雷电图像灰度分析上位机，仅保留图像观测系统视野内的雷击事件图像。以图像采集系统灰度差超过阈值以及电场采集系统触发这两个条件均为真为有效图像数据筛选依据，摒弃了无效数据，减少了误触发事件，提高了后期数据分析效率。
[0027](4)本专利技术在雷电流、雷电电场、雷电磁场测量系统传感器均配置差异化增益通道，在数据采集模块中均采用超长触发技术，保证了自然雷电全过程数据保存的完整性。
[0028](5)本专利技术为搭建风机叶片雷击多物理量同步观测系统提供了一种可行的技术路线，分析相关多物理量数据可以获取风机遭受雷击的位置，时间，电流强度等信息，为风机检修运维决策提供有效参考。
附图说明
[0029]上述仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明。
[0030]图1是本专利技术的风机叶片多物理量同步观测方法的工作逻辑图；
[0031]图2是本专利技术的风机叶片多物理量同步观测方法的多物理量数据同步的分析工作逻辑图；
[0032]图3是本专利技术的风机叶片多物理量同步观测系统的框图。
具体实施方式
[0033]下面将参照附图更详细地描述本专利技术的示例性实施例。虽然附图中显示了本专利技术的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本专利技术而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本专利技术，并且能够将本专利技术的范围完整的传达给本领域技术人员。
[0034]本专利技术提供一种风机叶片多物理量同步观测方法的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风机叶片多物理量同步观测方法，其特征在于，包括如下步骤：1)通过雷电流采集系统采集雷电通道辐射产生的电压判断是否有雷击产生，若是，触发电场变化采集系统，进入步骤2)，若否，则不触发电场变化采集系统和图像采集系统；2)电场变化采集系统触发后输出TTL电平并记录触发时间信息和电场变化信息，同时触发图像采集系统，采集图像数据并传输至上位机，上位机对图像数据分析判断是否为有效数据；有效数据的判断方法为：逐帧计算图像灰度的最大值，当存在连续两幅图像之间的最大灰度差值超过设置的阈值时，认为此次雷电是处于相机视野内的有效数据，上位机对图像数据进行保存，否则不保存图像数据；上位机完成一次触发得到的图像数据后，图像采集系统进入待触发状态；3)触发电场变化采集系统的同时，触发雷电磁场变化测量系统，采集并记录雷击产生的磁场变化和时间，并传输给上位机；4)通过推算电场、电流、磁场的各采样点GPS时间信息，对风机雷击电场、磁场和电流物理量数据进行同步。2.根据权利要求1所述的风机叶片多物理量同步观测方法，其特征在于，雷电流采集、雷电场变化、雷电磁场变化的采集均采用50ns偏差的高精度GPS授时装置记录触发时间信息；对获取的风机叶片雷击电流、电场变化以及磁场变化数据进行插值运算，保证相邻数据点的时间间隔相同，记为t0，则可以根据任一采样点与触发点之间间隔的点数推算其GPS时间。3.根据权利要求2所述的风机叶片多物理量同步观测方法，其特征在于，通过推...

【专利技术属性】
技术研发人员：张博，夏晖，孙通，张石，许艺纬，霍焕杰，王宇，陈怀飞，向念文，边凯，张竹，
申请(专利权)人：龙源北京风电工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：