技术领域
[0001] 本
发明总体说来涉及
风力发电技术领域，更具体地讲，涉及一种用于风力
发电机组的数据监测系统。
背景技术
[0002] 随着国家对节能减排需求越来越迫切，对风力发电的要求也越来越高，
风力发电机组运行的可靠性与发电量和成本有直接的影响。
[0003] 目前风力发电机组的效率和损耗是通过
软件设计模拟计算出来的，因为没有试验方法进行有效的验证，所以改进和优化设计也无从谈起。
[0004] 并且，目前针对风力发电机组的测试，只能是在安装前在工厂内通过测试平台做相关的模拟性测试，对风力发电机机组核心部件做相关型式试验，都是限制于单个部件的模拟性测试。而且在工厂内的模拟性测试不论是环境
温度、湿度还是电环境均无法复制风
电场的实际情况，无法获得风力发电机组的有效实测数据。
发明内容
[0005] 本发明的示例性
实施例的目的在于提供一种用于风力发电机组的数据监测系统，能够针对风力发电机组的机侧和网侧进行长期在线测量，以解决
现有技术中只能够通过风力发电机组的测试平台获得模拟性测试数据，而无法获得风力发电机组的有效实测数据的技术问题。
[0006] 根据本发明示例性实施例的一方面，提供一种用于风力发电机组的数据监测系统，风力发电机组包括用于产生
电能的发电机和用于将发电机产生的电能输出到外网的变流器，所述数据监测系统包括：第一检测装置，其输入端连接发电机的绕组，用于检测发电机的输出功率，其输出端连接监控终端；第二检测装置，其输入端连接变流器的输出端，用于检测变流器的输出功率，其输出端连接监控终端；监控终端，基于第一检测装置检测的发电机的输出功率和第二检测装置检测的变流器的输出功率对风力发电机组进行损耗分析。
[0007] 可选地，第一检测装置的输入端可连接至发电机的绕组与设置在发电机与变流器之间的切换
开关之间，第二检测装置的输入端可连接至变流器的输出端与用于将发电机产生的电能转换为外网电能的第一
变压器之间。
[0008] 可选地，所述数据监测系统可还包括：第二变压器，其输入端连接变流器的输出端，其输出端连接风力发电机组中的至少一个控制系统，以为所述至少一个控制系统进行供电；第三检测装置，其输入端连接第二变压器的输出端，用于检测第二变压器的输出功率，其输出端连接监控终端，以使监控终端从第三检测装置获取第二变压器的输出功率。
[0009] 可选地，监控终端可根据变流器的输出功率和第二变压器的输出功率确定风力发电机组的并网功率。
[0010] 可选地，监控终端可通过将变流器的输出功率与第二变压器的输出功率相减获得并网功率。
[0011] 可选地，监控终端可根据发电机的输出功率和并网功率确定风力发电机组的主供电回路的用电损耗。
[0012] 可选地，监控终端可通过将发电机的输出功率与并网功率相减获得主供电回路的用电损耗。
[0013] 可选地，所述数据监测系统可还包括：第四检测装置，其输入端分别连接至风力发电机组中的所述至少一个控制系统的输入端，用于检测所述至少一个控制系统中每个控制系统的耗电量，其输出端连接监控终端，以使监控终端从第四检测装置获取所述每个控制系统的耗电量，并基于获取的所述每个控制系统的耗电量来确定所述每个控制系统的用电损耗。
[0014] 可选地，所述至少一个控制系统可包括
偏航控制系统、变桨控制系统、
散热控制系统和
水冷控制系统，第四检测装置可包括第一子检测装置、第二子检测装置、第三子检测装置和第四子检测装置，其中，第一子检测装置的输入端可连接偏航控制系统的输入端，用于检测偏航控制系统的耗电量，第一子检测装置的输出端可连接监控终端，以使监控终端从第一子检测装置获取偏航控制系统的耗电量，并根据获取的偏航控制系统的耗电量来确定偏航控制系统的用电损耗，第二子检测装置的输入端可连接变桨控制系统的输入端，用于检测变桨控制系统的耗电量，第二子检测装置的输出端可连接监控终端，以使监控终端从第二子检测装置获取变桨控制系统的耗电量，并根据获取的变桨控制系统的耗电量来确定变桨控制系统的用电损耗，第三子检测装置的输入端可连接散热控制系统的输入端，用于检测散热控制系统的耗电量，第三子检测装置的输出端可连接监控终端，以使监控终端从第三子检测装置获取散热控制系统的耗电量，并根据获取的散热控制系统的耗电量来确定散热控制系统的用电损耗，第四子检测装置的输入端可连接水冷控制系统的输入端，用于检测水冷控制系统的耗电量，第四子检测装置的输出端可连接监控终端，以使监控终端从第四子检测装置获取水冷控制系统的耗电量，并根据获取的水冷控制系统的耗电量来确定水冷控制系统的用电损耗。
[0015] 可选地，第一检测装置可包括第一
电流互感器和第一智能电表，其中，第一电流互感器可包括U相电流互感器、V相电流互感器、W相电流互感器，分别连接至发电机的绕组与切换开关的第一端之间，测量发电机输出端的电流
信号，并将测量的发电机输出端的电流信号发送到第一智能电表，第一智能电表可还检测发电机的绕组的
输出电压，第一智能电表可根据所述电流互感器采集的所述电流信号和检测的输出电压确定发电机的输出功率，第二检测装置可包括第二电流互感器和第二智能电表，其中，第二电流互感器包括U相电流互感器、V相电流互感器、W相电流互感器，分别连接至变流器的输出端与第二变压器的输入端之间，测量变流器输出端的电流信号，并将测量的变流器输出端的电流信号发送到第二智能电表，第二智能电表可还检测变流器输出端的输出电压，第二智能电表可根据所述电流互感器采集的所述电流信号和检测的输出电压确定变流器的输出功率。
[0016] 可选地，第一检测装置、第二检测装置、第三检测装置、第四检测装置中的每个检测装置的输出端可经由交换机连接监控终端，以使监控终端经由交换机从所述每个检测装置获取所述每个检测装置检测的数据。
[0017] 可选地，所述数据监测系统可还包括：子
控制器和
主控制器，第一检测装置和第四检测装置的输出端可分别连接子控制器的输入端，子控制器的输出端连接主控制器的输入端，主控制器的输出端连接监控终端，以使监控终端经由主控制器和子控制器分别从第一检测装置和第四检测装置获取发电机的输出功率和所述每个控制系统的耗电量，第二检测装置和第三检测装置的输出端可分别连接主控制器的输入端，以使监控终端经由主控制器分别从第二检测装置和第三检测装置获取变流器的输出功率和第二变压器的输出功率。
[0018] 可选地，发电机、切换开关、第一检测装置、第四检测装置和子控制器可设置在舱内，变流器、第二检测装置、第三检测装置和主控制器可设置在塔底。
[0019] 采用本发明示例性实施例的用于风力发电机组的数据监测系统，能够针对风力发电机组的机侧和网侧的输出功率进行长期在线测量，以有助于对风力发电机组的损耗分析。
附图说明
[0020] 通过下面结合示例性地示出实施例的附图进行的详细描述，本发明示例性实施例的上述和其它目的、特点和优点将会变得更加清楚，
[0021] 图1示出根据本发明示例性实施例的用于风力发电机组的数据监测系统的结构
框图；
[0022] 图2示出根据本发明示例性实施例的用于风力发电机组的数据监测系统的连接示意图；
[0023] 图3示出根据本发明示例性实施例的用于风力发电机组的数据监测系统的主-从结构连接示意图。
具体实施方式
[0024] 现在，将参照附图更充分地描述不同的示例实施例，一些示例性实施例在附图中示出。
[0025] 图1示出根据本发明示例性实施例的用于风力发电机组的数据监测系统的结构框图。
[0026] 如图1所示，风力发电机组可包括发电机10、切换开关(图中未示出)、变流器20和第一变压器。这里，发电机10用于产生电能，变流器20用于将发电机产生的电能输出到外网，切换开关的第一端连接发电机的绕组，切换开关的第二端连接变流器20，切换开关的控制端接收控制指令，以根据所述控制指令接通或断开发电机的绕组，第一变压器的输入端连接变流器20的输出端，第一变压器的输出端连接到外网，以为外网进行供电。
[0027] 根据本发明示例性实施例的用于风力发电机组的数据监测系统包括第一检测装置30、第二检测装置40和监控终端50。
[0028] 具体说来，第一检测装置30的输入端连接发电机10的绕组，用于检测发电机10的输出功率，第一检测装置30的输出端连接监控终端50，以使监控终端50从第一检测装置30获取发电机的输出功率。
[0029] 优选地，第一检测装置30的输入端(即，
数据采集端)连接至发电机10的绕组与切换开关之间。
[0030] 第二检测装置40的输入端连接变流器20的输出端，用于检测变流器20的输出功率，第二检测装置40的输出端连接监控终端50，以使监控终端50从第二检测装置40获取变流器20的输出功率。
[0031] 优选地，第二检测装置40的输入端连接至变流器20的输出端与第一变压器之间。
[0032] 监控终端50基于第一检测装置30检测的发电机10的输出功率和第二检测装置40检测的变流器20的输出功率对风力发电机组进行损耗分析。
[0033] 下面参照图2来详细介绍上述用于风力发电机组的数据监测系统的工作过程。
[0034] 图2示出根据本发明示例性实施例的用于风力发电机组的数据监测系统的连接示意图。
[0035] 如图2所示，风力发电机组可包括发电机10、切换开关20、变流器30、第一变压器40、第二变压器50以及至少一个控制系统60。这里，发电机10、切换开关20、变流器30、第一变压器40构成风力发电机组的主供电回路。根据本发明示例性实施例的用于风力发电机组的数据监测系统可包括第一检测装置70、第二检测装置80、第三检测装置90、第四检测装置
100和监控终端110。
[0036] 作为示例，发电机10可具有第一绕组和第二绕组，优选地，发电机10可为直驱发电机。切换开关20可根据控制指令接通/关断第一绕组和/或第二绕组。变流器30可包括第一变流器31和第二变流器32。
[0037] 在本示例中，风机主控PLC可根据并网逻辑产生控制指令，并将产生的控制指令经由变流器30发送至切换开关的控制端，以接通/关断第一绕组和/或第二绕组。
[0038] 切换开关20可包括第一
断路器21和第二断路器22。第一断路器21的第一端连接发电机10的第一绕组，第一断路器21的第二端连接第一变流器31的输入端，第一断路器21的控制端从第一变流器31接收第一控制指令，以根据第一控制指令接通或断开第一绕组。第二断路器22的第一端连接发电机10的第二绕组，第二断路器22的第二端连接第二变流器32的输入端，第二断路器22的控制端从第一变流器32接收第二控制指令，以根据第二控制指令接通或断开第二绕组。
[0039] 优选地，第一检测装置70的输入端(即，数据采集端)连接至发电机10的绕组与切换开关20之间。
[0040] 作为示例，第一检测装置70包括第一电流互感器(电流CT)和第一智能电表1。这里，第一电流互感器可包括U相电流互感器、V相电流互感器、W相电流互感器，分别连接至发电机10的绕组与切换开关的第一端之间，测量发电机10输出端的电流信号，并将测量的发电机10输出端的电流信号发送到第一智能电表1。第一智能电表1还检测发电机的绕组的输出电压(图中未示出)，第一智能电表1根据第一电流互感器采集的电流信号和检测的发电机10的绕组的输出电压确定发电机10的输出功率。
[0041] 针对发电机10具有第一绕组和第二绕组的情况，可在第一绕组和第二绕组的每一相上设置电流互感器，用于测量发电机10每一相的电流信号，然后将测量的每一相的电流信号发送到第一智能电表1。
[0042] 第一变压器40的输入端连接变流器30(即，第一变流器31和第二变流器32)的输出端，第一变压器40的输出端连接到外网，以为外网进行供电。
[0043] 优选地，第二检测装置40的输入端(即，数据采集端)连接至变流器20的输出端与第一变压器40之间。
[0044] 作为示例，第二检测装置80可包括第二电流互感器(电流CT)和第二智能电表2。这里，第二电流互感器可包括U相电流互感器、V相电流互感器、W相电流互感器，分别连接至变流器30的输出端与第二变压器40的输入端之间，测量变流器30输出端的电流信号，并将测量的变流器30输出端的电流信号发送到第二智能电表2。第二智能电表2还检测变流器30输出端的输出电压(图中未示出)，第二智能电表2根据第二电流互感器采集的电流信号和检测的变流器30输出端的输出电压确定变流器30的输出功率。
[0045] 第二变压器50的输入端连接变流器30的输出端，第二变压器50的输出端连接风力发电机组中的至少一个控制系统，以为所述至少一个控制系统进行供电。
[0046] 第三检测装置90的输入端(即，数据采集端)连接第二变压器50的输出端，用于检测第二变压器50的输出功率，第三检测装置90的输出端连接监控终端110，以使监控终端110从第三检测装置90获取第二变压器50的输出功率。
[0047] 作为示例，第三检测装置90可包括第三电流互感器(电流CT)和第三智能电表3。这里，第三电流互感器可包括U相电流互感器、V相电流互感器、W相电流互感器，分别连接至第二变压器50的输出端与所述至少一个控制系统60的输入端之间，测量第二变压器50输出端的电流信号，并将测量的第二变压器50输出端的电流信号发送到第三智能电表3。第三智能电表3还检测第二变压器50输出端的输出电压(图中未示出)，第三智能电表3根据第三电流互感器采集的电流信号和检测的第二变压器50输出端的输出电压确定第二变压器50的输出功率。这里，根据测得的第二变压器50的输出功率即可确定出风力发电机组中各控制系统的自耗电(即，风力发电机组二次用电回路的自耗电)。
[0048] 优选地，监控终端110可根据变流器30的输出功率和第二变压器50的输出功率确定风力发电机组的并网功率。例如，监控终端110可通过将变流器30的输出功率与第二变压器50的输出功率相减获得并网功率。
[0049] 在此情况下，监控终端110可根据发电机10的输出功率和并网功率确定风力发电机组的主供电回路的用电损耗。例如，监控终端110可通过将发电机10的输出功率与并网功率相减获得主供电回路的用电损耗。
[0050] 这里，发电机10的损耗可包括
转子损耗、电磁损耗、
定子损耗和
铜耗。主回路损耗可包括发电机10输出的电能在主回路传输线路上的损耗，例如，可包括线路、切换开关、变流器、变压器损耗等。在本示例中，可将发电机10的输出功率与并网功率之差作为主供电回路的用电损耗。
[0051] 第四检测装置100的输入端分别连接至风力发电机组中的所述至少一个控制系统的输入端，用于检测所述至少一个控制系统中每个控制系统的耗电量，第四检测装置100的输出端连接监控终端110，以使监控终端110从第四检测装置100获取所述每个控制系统的耗电量，并基于获取的所述每个控制系统的耗电量来确定所述每个控制系统的用电损耗(即，风力发电机组的自耗电，风力发电机组自身用电设备所消耗的电能)。
[0052] 作为示例，风力发电机组中的所述至少一个控制系统60可包括偏航控制系统61、变桨控制系统62、散热控制系统63和水冷控制系统64。第四检测装置100包括第一子检测装置、第二子检测装置、第三子检测装置和第四子检测装置。
[0053] 具体说来，第一子检测装置的输入端连接偏航控制系统61的输入端，用于检测偏航控制系统61的耗电量，第一子检测装置的输出端连接监控终端110，以使监控终端110从第一子检测装置获取偏航控制系统61的耗电量，并根据获取的偏航控制系统61的耗电量来确定偏航控制系统61的用电损耗。
[0054] 作为示例，第一子检测装置可包括第四电流互感器(电流CT)和第四智能电表4。这里，第四电流互感器可包括U相电流互感器、V相电流互感器、W相电流互感器(图中仅示出一相的连接示意图)，分别连接至偏航控制系统61的输入端与第二变压器50的输出端之间，测量偏航控制系统61输入端的电流信号，并将测量的偏航控制系统61输入端的电流信号发送到第四智能电表4。第四智能电表4还检测偏航控制系统61输入端的输入电压(图中未示出)，第四智能电表4根据第四电流互感器采集的电流信号和检测的偏航控制系统61输入端的输入电压确定偏航控制系统61的耗电量。这里，可通过上述电流信号和输入电压确定偏航控制系统61的瞬时功率，进而获得偏航控制系统61的耗电量。
[0055] 第二子检测装置的输入端连接变桨控制系统62的输入端，用于检测变桨控制系统62的耗电量，第二子检测装置的输出端连接监控终端110，以使监控终端110从第二子检测装置获取变桨控制系统62的耗电量，并根据获取的变桨控制系统62的耗电量来确定变桨控制系统62的用电损耗。
[0056] 作为示例，第二子检测装置可包括第五电流互感器(电流CT)和第五智能电表5。这里，第五电流互感器可包括U相电流互感器、V相电流互感器、W相电流互感器，分别连接至变桨控制系统62的输入端与第二变压器50的输出端之间，测量变桨控制系统62输入端的电流信号，并将测量的变桨控制系统62输入端的电流信号发送到第五智能电表5。第五智能电表5还检测变桨控制系统62输入端的输入电压(图中未示出)，第五智能电表5根据第五电流互感器采集的电流信号和检测的变桨控制系统62输入端的输入电压确定变桨控制系统62的耗电量。这里，可通过上述电流信号和输入电压确定变桨控制系统62的瞬时功率，进而获得变桨控制系统62的耗电量。
[0057] 第三子检测装置的输入端连接散热控制系统63的输入端，用于检测散热控制系统63的耗电量，第三子检测装置的输出端连接监控终端110，以使监控终端110从第三子检测装置获取散热控制系统63的耗电量，并根据获取的散热控制系统63的耗电量来确定散热控制系统63的用电损耗。
[0058] 作为示例，第三子检测装置可包括第六电流互感器(电流CT)和第六智能电表6。这里，第六电流互感器可包括U相电流互感器、V相电流互感器、W相电流互感器(图中仅示出一相的连接示意图)，分别连接至散热控制系统63的输入端与第二变压器50的输出端之间，测量散热控制系统63输入端的电流信号，并将测量的散热控制系统63输入端的电流信号发送到第六智能电表6。第六智能电表6还检测散热控制系统63输入端的输入电压(图中未示出)，第六智能电表6根据第六电流互感器采集的电流信号和检测的散热控制系统63输入端的输入电压确定散热控制系统63的耗电量。这里，可通过上述电流信号和输入电压确定散热控制系统63的瞬时功率，进而获得散热控制系统63的耗电量。
[0059] 第四子检测装置的输入端连接水冷控制系统64的输入端，用于检测水冷控制系统64的耗电量，第四子检测装置的输出端连接监控终端110，以使监控终端110从第四子检测装置获取水冷控制系统64的耗电量，并根据获取的水冷控制系统64的耗电量来确定水冷控制系统64的用电损耗。
[0060] 作为示例，第四子检测装置可包括第七电流互感器(电流CT)和第七智能电表7。这里，第七电流互感器可包括U相电流互感器、V相电流互感器、W相电流互感器(图中仅示出一相的连接示意图)，分别连接至水冷控制系统64的输入端与第二变压器50的输出端之间，测量水冷控制系统64输入端的电流信号，并将测量的水冷控制系统64输入端的电流信号发送到第七智能电表7。第七智能电表7还检测水冷控制系统64输入端的输入电压(图中未示出)，第七智能电表7根据第七电流互感器采集的电流信号和检测的水冷控制系统64输入端的输入电压确定水冷控制系统64的耗电量。这里，可通过上述电流信号和输入电压确定水冷控制系统64的瞬时功率，进而获得水冷控制系统64的耗电量。
[0061] 在图2所示的示例中，第一检测装置、第二检测装置、第三检测装置、第四检测装置中的每个检测装置的输出端可基于TCP/IP协议经由交换机(如第一交换机11、第二交换机22、第三交换机33)连接监控终端110，各交换机之间可通过光纤进行连接，以使监控终端
110经由交换机从所述每个检测装置获取所述每个检测装置检测的数据。
[0062] 然而，本发明不限于此，还可在
机舱与塔底之间构建主-从结构，基于构建的主-从结构来传输数据。
[0063] 图3示出根据本发明示例性实施例的用于风力发电机组的数据监测系统的主-从结构连接示意图。
[0064] 如图3所示，在本示例中，采用可编程逻辑控制器PLC作为控制器。例如，可在机舱内设置发电机10、切换开关20、第一检测装置70、第四检测装置100和PLC子站，在塔底设置变流器30、第二检测装置80、第三检测装置90和PLC主站。
[0065] 具体说来，第一检测装置70和第四检测装置100的输出端分别连接子控制器(即，PLC子站)的输入端，例如，第一检测装置70、第四检测装置100与子控制器之间可通过RS485进行通信。子控制器的输出端连接主控制器的输入端，作为示例，子控制器与主控制器之间可通过光纤进行连接，主控制器的输出端连接监控终端110，以使监控终端110经由主控制器和子控制器分别从第一检测装置70和第四检测装置100获取发电机10的输出功率和所述每个控制系统的耗电量。
[0066] 第二检测装置80和第三检测装置90的输出端分别连接主控制器的输入端，以使监控终端110经由主控制器分别从第二检测装置80和第三检测装置90获取变流器30的输出功率和第二变压器50的输出功率。
[0067] 作为示例，上述主-从结构的数据监测系统可以ModBus总线通讯形式作为通讯链路，平行于风机PLC主控系统独立运行，并通过通讯总线同时采集主控系统内的部分数据，同步到采集数据中，按照同一个时间坐标轴保存到数据监测系统的PLC中。
[0068] 应理解，本发明示例性实施例的用于风力发电机组的数据监测系统应先获取风机主控PLC的时间戳(所有数据都以该PLC时间戳为准)，以保证数据监测系统和机组数据的同步。
[0069] 采用本发明示例性实施例的用于风力发电机组的数据监测系统，能够针对风力发电机组的机侧和网侧的输出功率进行长期在线测量，获得风力发电机组运行中的实测数据，以有助于对风力发电机组的损耗分析。
[0070] 此外，采用本发明示例性实施例的上述用于风力发电机组的数据监测系统，能够实现对直驱风力发电机组机侧低频大电流的准确测量。并且上述数据监测系统搭建的主-从控制平台可以增加灵活性降低成本，并保证测试的
精度。
[0071] 此外，采用本发明示例性实施例的用于风力发电机组的数据监测系统，能够针对风力发电机组的机侧、网侧和各控制系统进行长期在线测量，以有助于对风力发电机组的损耗分析。
[0072] 此外，采用本发明示例性实施例的用于风力发电机组的数据监测系统，根据风力发电机组的实测数据搭建了一套有效的
数据处理平台，可实现实时监控
电网电能
质量。
[0073] 尽管已经参照其示例性实施例具体显示和描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离
权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。
