一种基于无人机的风电机组发电性能测量系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于无人机的风电机组发电性能测量系统及方法，该系统包括无人机测风装置，用于采集风速风向等数据信息；风电机组发电性能测试装置，其分别与无人机测风装置和风电机组相连并分别进行数据传输。本发明专利技术中，采用改进型系留无人机，通过风电机组发电性能测试装置为其提供动力，保证无人机连续采集风速信号；采用计算机网络时间同步NTP对时，实现无人机与风电场时间上的同步；通过安全及控制模块判断测量条件，控制无人机的测试过程，保证测量的安全性和有效性；通过运算模块对数据进行实时处理，剔除风机停机等原因导致的无效数据，保证测试结果的有效性，解决了基于无人机的气象测量系统无法开展风电机组发电性能测试的问题。电性能测试的问题。电性能测试的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于无人机的风电机组发电性能测量系统及方法


[0001]本专利技术属于风力发电
，具体涉及一种基于无人机的风电机组发电性能测量系统及方法。

技术介绍

[0002]发电性能是风电机组的重要性能，决定了风电机组的投资回报周期，是风电行业最为关注的指标之一。风机发电性能一般采用功率曲线衡量，目前行业内在风电机组指定位置搭建气象测风塔或在机舱顶部加装激光雷达，用来采集风电机组的风速、风向等气象数据，但上述两种方法存在费用高、实施困难、存在安全风险等缺点。因此，基于无人机的测风装置及方法应运而生。
[0003]中国专利技术专利，申请号为201811226277.0，公开了一种基于多旋翼无人机平台的测风装置。中国专利技术专利，申请号为202111408017.7，公开了一种基于多旋翼无人机的高时宽分辨率测风系统及测风方法。上述两个专利分别通过携带测风传感器和利用图像处理技术分析来获取风速数据，但上述技术存在以下问题需要解决：
[0004]1、滞空时间短，无法满足数据采集要求。上述两种方法均采用电池对无人机供电，滞空时间在数小时左右，而风电机组发电性能测试的数据采集时长至少为180小时，现有无人机不满足测试要求。
[0005]2、无法实现与风机数据的同步采集。风电机组发电性能测试需要同步采集风速、湿度、温度、机组状态和有功功率等多种数据，现有无人机仅采集风速数据，无法实现功率曲线计算所需的多种参量同步采集。
[0006]3、未考虑测量过程中的无人机测量安全性和有效性。无人机与风电机组要保持适当距离，既要避免与风机发生碰撞造成安全事故，又要如实反应风电机组所处位置的风速。
[0007]4、不具备数据处理能力。无人机需要对采集的数据进行实时处理，待采集到满足条件的数据后自动停止测量，现有测试技术不具备相关的数据处理能力。

技术实现思路

[0008]为解决现有技术中存在的技术问题，本专利技术的目的在于提供一种基于无人机的风电机组发电性能测量系统及方法。
[0009]为实现上述目的，达到上述技术效果，本专利技术采用的技术方案为：
[0010]一种基于无人机的风电机组发电性能测量系统，包括：
[0011]无人机测风装置，用于通过无人机模块采集风速信息；
[0012]风电机组发电性能测试装置，所述风电机组发电性能测试装置分别与无人机测风装置和风电机组相连并分别进行数据传输。
[0013]进一步的，所述无人机测风装置通过轻质电缆与风电机组发电性能测试装置连接，所述风电机组发电性能测试装置为无人机测风装置提供电力支持。
[0014]进一步的，所述无人机测风装置包括无人机模块、电源模块、测风模块和无线通讯
模块，所述无人机测风装置与风电机组发电性能测试装置之间通过无线通讯模块相连并进行数据传输。
[0015]进一步的，所述无人机模块采用系留式无人机，通过轻质电缆从风电机组发电性能测试装置取电，所述测风模块采用超声波测风仪或机械式测风仪，采样频率F不低于0.5Hz，实现无人机模块所在位置的风速信息采集。
[0016]进一步的，所述风电机组发电性能测试装置包括供电模块、通讯模块、数据采集及存储模块、安全及控制模块和运算模块，所述供电模块输入端与风电机组相连接，供电模块输出端与无人机测风装置相连并为其供电，所述通讯模块与无人机测风装置和风电机组相连，所述数据采集及存储模块与运算模块相连，所述运算模块与安全及控制模块相连，所述安全及控制模块与无人机测风装置相连；所述安全及控制模块负责无人机测风装置的飞行安全，通过分析实时气象信息和数据，结合无人机飞行要求，控制无人机测风装置的启停，避免极端工况下无人机测风装置发生安全事故；所述运算模块对风电机组和无人机测风装置的数据进行实时处理，剔除无效数据，并将计算结果传输给安全及控制模块；所述数据采集及存储模块负责存储风电机组和无人机测风装置的原始数据及运算结果。
[0017]进一步的，所述通讯模块包括对时单元、无线通讯单元和有线通讯单元，所述无线通讯单元与无人机测风装置的无线通讯模块相连，无线通讯单元负责风电机组发电性能测试装置和无人机测风装置的通讯，所述有线通讯单元连接风电机组和风电机组发电性能测试装置，有线通讯单元负责风电机组和风电机组发电性能测试装置的数据传输通讯，所述对时单元连接风电机组与无人机测风装置，对时单元负责风电机组与无人机测风装置之间的对时。
[0018]一种基于无人机的风电机组发电性能测量方法，采用如上所述的一种基于无人机的风电机组发电性能测量系统进行测量，包括以下步骤：
[0019]1)、将风电机组发电性能测量系统放置在推荐位置，并连接好风电机组、无人机测风装置和风电机组发电性能测试装置之间的电缆线；
[0020]2)、通过风电机组发电性能测试装置实现无人机测风装置和风电机组数据的数据同步，并将无人机测风装置采集的数据打上相应的时间标签；
[0021]3)、进行风电机组发电性能相关数据采集，具体步骤如下：
[0022]风电机组发电性能测试系统从风电机组获取机组状态S、有功功率P、风速V
WT
、温度T和湿度H；通过安全及控制模块分析当前气象信息是否满足无人机测风装置的飞行条件，控制无人机测风装置的启停，当气象条件满足无人机测风装置飞行条件时，无人机测风装置飞至风电机组轮毂高度悬停，待飞行状态稳定后采集风速V
UAV
信息并传输至风电机组发电性能测试装置，保存在数据采集及存储模块；
[0023]4)、通过运算模块对步骤3)所得数据进行预处理，当判断数据量满足条件后，安全及控制模块向无人机测风装置发送指令结束测试；
[0024]5)计算风电机组实际发电量E与设计发电量E0的差值ΔE＝E
‑
E0，ΔE值越大代表风电机组的发电性能越好，同等风速下功率越高则说明风电机组发电性能越好。
[0025]进一步的，步骤1)中，所述推荐位置为离风电机组2D至4D且处于风电机组上风向的位置，其中D为风电机组风轮直径。
[0026]进一步的，步骤2)中，所述风电机组发电性能测试装置采用NTP双向对时方法使无
人机测风装置和风电机组进行对时，以实现无人机测风装置和风电机组数据的数据同步。
[0027]进一步的，步骤4)中，通过运算模块对步骤3)所得数据进行预处理，当判断数据量满足条件后，安全及控制模块向无人机测风装置发送指令结束测试的步骤包括：
[0028]41)、运算模块对步骤3)所得数据进行实时处理，每10分钟为一个周期计算出风速平均值功率平均值和机组状态值
[0029][0030][0031]其中，V
UAV
为无人机风速测量装置采集的实时风速；为无人机测风测量装置采集的10分钟平均风速；F为风速采样频率；P为风电机组的实时有功功率；为风电机组的10分钟平均功率；F
P
为有功功率采样频率；
[0032]S＝0代表机组状态正常，为风本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于无人机的风电机组发电性能测量系统，其特征在于，包括：无人机测风装置，用于通过无人机模块采集风速信息；风电机组发电性能测试装置，所述风电机组发电性能测试装置分别与无人机测风装置和风电机组相连并分别进行数据传输。2.根据权利要求1所述的一种基于无人机的风电机组发电性能测量系统，其特征在于，所述无人机测风装置通过轻质电缆与风电机组发电性能测试装置连接，所述风电机组发电性能测试装置为无人机测风装置提供电力支持。3.根据权利要求1所述的一种基于无人机的风电机组发电性能测量系统，其特征在于，所述无人机测风装置包括无人机模块、电源模块、测风模块和无线通讯模块，所述无人机测风装置与风电机组发电性能测试装置之间通过无线通讯模块相连并进行数据传输。4.根据权利要求3所述的一种基于无人机的风电机组发电性能测量系统，其特征在于，所述无人机模块采用系留式无人机，通过轻质电缆从风电机组发电性能测试装置取电，所述测风模块采用超声波测风仪或机械式测风仪，采样频率F不低于0.5Hz，实现无人机模块所在位置的风速信息采集。5.根据权利要求1所述的一种基于无人机的风电机组发电性能测量系统，其特征在于，所述风电机组发电性能测试装置包括供电模块、通讯模块、数据采集及存储模块、安全及控制模块和运算模块，所述供电模块输入端与风电机组相连接，供电模块输出端与无人机测风装置相连并为其供电，所述通讯模块与无人机测风装置和风电机组相连，所述数据采集及存储模块与运算模块相连，所述运算模块与安全及控制模块相连，所述安全及控制模块与无人机测风装置相连。6.根据权利要求5所述的一种基于无人机的风电机组发电性能测量系统，其特征在于，所述通讯模块包括对时单元、无线通讯单元和有线通讯单元，所述无线通讯单元与无人机测风装置的无线通讯模块相连，无线通讯单元负责风电机组发电性能测试装置和无人机测风装置的通讯，所述有线通讯单元连接风电机组和风电机组发电性能测试装置，有线通讯单元负责风电机组和风电机组发电性能测试装置的数据传输通讯，所述对时单元连接风电机组与无人机测风装置，对时单元负责风电机组与无人机测风装置之间的对时。7.一种基于无人机的风电机组发电性能测量方法，其特征在于，采用权利要求1
‑
6任一所述的一种基于无人机的风电机组发电性能测量系统进行测量，包括以下步骤：1)、将风电机组发电性能测量系统放置在推荐位置，并连接好风电机组、无人机测风装置和风电机组发电性能测试装置之间的电缆线；2)、通过风电机组发电性能测试装置实现无人机测风装置和风电机组数据的数据同步，并将无人机测风装置采集的数据打上相应的时间标签；3)、进行风电机组发电性能相关数据采集，具体步骤如下：风电机组发电性能测试系统从风电机组获取机组状态S、有功功率P、风速V
WT
、温度T和湿度H；通过安全及控制模块分析当前气象信息是否满足无人机测风装置的飞行条件，控制无人机测风装置的启停，当气象条件满足无人机测风装置飞行条件时，无人机测风装置飞至风电机组轮毂高度悬停，待飞行状态稳定后采集风速V
UAV
信息并传输至风电机组发电性能测试装置，保存在...

【专利技术属性】
技术研发人员：李冲，张轶东，邓巍，张恩享，赵勇，汪臻，许瑾，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：