一種風力發電機車載試驗系統的製作方法
2023-05-02 06:51:41 3
專利名稱:一種風力發電機車載試驗系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種風力發電機車載試驗系統，包括：風力發電機，裝載在車輛上的開放空間內；風機控制器與風力發電機連接將風力發電機產生的三相交流電轉換為直流電；電子負載與風機控制器連接以模擬實際負載或蓄電池；風速儀檢測風力發電機所承受的風速；計算機與風機控制器、電子負載和風速儀分別通信連接以向其發送命令並收集風機控制器、電子負載和風速儀的數據並對數據進行保存、處理和輸出；蓄電池與風機控制器連接，蓄電池還連接有逆變器，逆變器與電子負載、計算機和通信器分別連接為其供電。本實用新型克服現有的車載風力發電機試驗工勞動強度大、效率低且不夠準確的缺點，提供一種可自動收集和處理數據的風力發電機車載試驗系統。
【專利說明】一種風力發電機車載試驗系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及風力發電領域。具體為一種風力發電機車載試驗系統。
【背景技術】
[0002]風能發電在風光互補路燈、通信基站、森林防火系統、分布式發電等領域有著極為廣泛的應用。風力發電機是風能發電系統中的關鍵設備，其工作性能，即各項性能參數對風能發電具有重要的影響。在風力發電機的設計、研發和生產過程中，需要對其進行多次試驗，獲得可靠的數據，從而測試其各項性能。
[0003]由於自然風不可隨時獲得，因此，一般採用模擬自然風的方式來進行試驗。其中，車載風力發電機試驗是採用車輛載著風力發電機運動，在運動過程中，以風機獲得的風能來模擬自然風。在試驗過程中，由試驗者以筆進行記錄或者以拍照的方式記錄風速及風機控制器的各項數據，這樣車載試驗人工勞動強度非常大。另外，人工記錄各項數據的操作之間存在較大的時間差，不能精確地反應各項參數之間的關係，導致試驗的結果不夠精確。再次，試驗後處理記錄數據的工作量也非常大，一天車載試驗所獲得的數據往往需要3-4天才能處理完畢，獲得最終的試驗結果。同時，人工對大量數據的記錄和處理也容易出現誤差。
實用新型內容
[0004]本實用新型解決的技術問題在於克服現有的車載風力發電機試驗工勞動強度大、效率低且不夠準確的缺點，提供一種可自動收集和處理數據的風力發電機車載試驗系統。
[0005]本實用新型的風力發電機車載試驗系統，包括:
[0006]風力發電機，裝載在車輛上的開放空間內；
[0007]風機控制器，與所述風力發電機連接將所述風力發電機產生的三相交流電轉換為直流電；
[0008]電子負載，與所述風機控制器連接以模擬實際負載或蓄電池；
[0009]風速儀，檢測風力發電機所承受的風速；
[0010]計算機，與所述風機控制器、電子負載和風速儀分別通信連接以向所述風機控制器、電子負載和風速儀發送命令並收集所述風機控制器、電子負載和風速儀的數據並對數據進行保存、處理和輸出；
[0011]蓄電池，所述蓄電池與所述風機控制器連接為所述風機控制器的啟動供電，所述蓄電池還連接有逆變器，所述逆變器與所述電子負載、計算機和通信器分別連接將所述蓄電池的直流電轉換為交流電並為電子負載、計算機和通信器的工作供電。
[0012]作為優選，所述計算機連接有獨立設置的通信器並通過所述通信器與所述風機控制器、電子負載和風速儀進行通信。
[0013]作為優選，所述通信器採用串口通信。
[0014]作為優選，所述風機控制器還連接有可消耗風力發電機產生的多餘電能的卸荷器。
[0015]本實用新型的風力發電機車載試驗系統和現有技術相比，具有以下有益效果:
[0016]本實用新型的風力發電機車載試驗系統，設置了計算機，並在計算機與風機控制器、電子負載和風速儀之間分別建立了通信通道，使得計算機可在設定的時間以設定的頻率採集數據，將採集的數據保存起來，並可對數據進行處理和輸出，完全代替了人工記錄數據和處理數據的步驟，並且本實用新型的風力發電機車載試驗系統採集的數據更多，對數據的處理更準確，在車載試驗結束的同時，數據已經自動處理完畢，大大提高了試驗的效率和準確度。
【附圖說明】
[0017]圖1為本實用新型一個實施例的風力發電機車載試驗系統的構成示意圖。
[0018]圖2為本實用新型一個實施例的風力發電機車載試驗系統進行試驗的流程圖。
[0019]圖3為本實用新型一個實施例的風力發電機車載試驗系統的自檢與準備步驟的流程圖。
[0020]圖4為本實用新型一個實施例的風力發電機車載試驗系統的採集保存試驗數據步驟的流程圖。
[0021]圖5為本實用新型一個實施例的風力發電機車載試驗系統的輸出試驗數據的界面示意圖。
[0022]圖6為本實用新型一個實施例的風力發電機車載試驗系統的生成並輸出散點圖的界面示意圖。
[0023]圖7為本實用新型一個實施例的風力發電機車載試驗系統的生成並輸出功率曲線圖的界面示意圖。
【具體實施方式】
[0024]本實用新型的風力發電機車載試驗系統適用於所有風力發電機的試驗，尤其適於小功率風機發電機的車載試驗。圖1為本實用新型一個實施例的風力發電機車載試驗系統的構成示意圖，如圖1所示，本實用新型的風力發電機車載試驗系統包括:風力發電機、蓄電池、風機控制器、電子負載、風速儀和計算機。
[0025]其中，風力發電機裝載在車輛上的開放空間內，可充分接受車輛載著風力發電機移動時產生的風，並以此風模擬發電的自然風，風力發電機的葉輪在風力的作用下旋轉，將機械能轉換為電能。此時產生的電流為三相交流電。
[0026]風機控制器的輸入端與所述風力發電機連接，可將所述風力發電機產生的三相交流電轉換為直流電。風機控制器還可以提供對風力發電機的剎車保護功能。風機控制器具有通信接口，例如RS485等通信接口，支持與計算機或者其他控制裝置的通信交互，比如接受查詢命令、控制命令和配置命令。
[0027]電子負載與所述風機控制器連接以模擬實際負載或蓄電池。電子負載可以模仿定電流、定電壓、定功率和定電阻等多種負載，並可檢測其自身的電流和電壓。電子負載也具有通信接口，可與計算機進行通信。
[0028]風速儀可檢測風力發電機所承受的風速，風速儀也具有通信接口，可與計算機進行通信。
[0029]計算機與所述風機控制器、電子負載和風速儀分別通信連接以向風機控制器、電子負載和風速儀發送命令並收集所述風機控制器、電子負載和風速儀的數據並對數據進行保存、處理和輸出。
[0030]計算機設置有能夠實現本車載試驗的一套程序，以及資料庫管理系統。該資料庫管理系統負責存儲車載試驗過程中所產生的所有原始數據及派生數據，其原始數據表的欄位有:試驗標識、設備標識、採集數據類型標識、採集時間、採集數據、採集數據計量單位。其分鐘類派生數據表的欄位有:試驗標識、採集時間、樣本數、風速、直流電壓、直流電流、輸出功率、風機轉速。其中樣本數為記錄數量，「風速」來自風速儀，直流電壓、直流電流和輸出功率來自電子負載，「風機轉速」來自風機控制器。其區間類派生數據表的欄位有:試驗標識、風速區間起點、風速區間終點、樣本數、風速、直流電壓、直流電流、輸出功率、風機轉速。
[0031]所述蓄電池與所述風機控制器連接為所述風機控制器的啟動供電，當風機控制器啟動後，接收到來自風力發電機的電流，蓄電池不再向風機控制器供電。所述蓄電池還連接有逆變器，所述逆變器與所述電子負載、計算機和通信器分別連接將所述蓄電池的直流電轉換為交流電並為電子負載、計算機和通信器的工作供電。
[0032]本實用新型的風力發電機車載試驗系統，設置了計算機，並在計算機與風機控制器、電子負載和風速儀之間分別建立了通信通道，使得計算機可在設定的時間以設定的頻率採集數據，將採集的數據保存起來，並可對數據進行處理和輸出，完全代替了人工記錄數據和處理數據的步驟，並且本實用新型的風力發電機車載試驗系統採集的數據更多，對數據的處理更準確，在車載試驗結束的同時，數據已經自動處理完畢，大大提高了試驗的效率和準確度。
[0033]在實施例中，所述計算機通過獨立設置的通信器與所述風機控制器、電子負載和風速儀進行通信，所述通信器採用串口通信，比如RS485或RS232，還可以是其他的通信協議如USB、TCP等。當然，通信器還可採用本領域技術人員用來實現通信的其他通信手段。當然，亦可不設置單獨的通信器，而是在計算機上通過軟體設置來實現計算機與電子負載、計算機和通信器的通信。
[0034]在本實施例中，所述風機控制器還連接有可消耗風力發電機產生的多餘電能的卸荷器。卸荷器是具有制動作用的大功率電阻，其連接至風機控制器的卸荷器埠，作為吸收多餘的發電電能之用，在風機控制器的協調下，其會自動吸收多餘的發電電能，對整個系統起到保護作用，特別是為風力發電機提供大風保護功能。
[0035]下面來詳細介紹通過本風力發電機車載試驗系統來進行試驗的方法:
[0036]如圖2所示，在一個採集周期內，依次進行以下步驟:
[0037]1、自檢與試驗準備:對車載試驗系統的主要設備進行檢查，為車載試驗做好準備。
[0038]2、採集保存試驗數據:在一個採集周期內，先後採集並存儲風速儀、電子負載和風機控制器的車載試驗所需要的數據，然後對採集數據進行檢查，剔除錯誤數據。
[0039]3、計算分鐘試驗數據:將當前I分鐘期間內所採集的數據分別計算其平均值並存儲至資料庫。
[0040]4、計算區間試驗數據:按照採集數據所屬的事先預設風速區間計算其所屬風速區間的平均值和記錄數並存儲至資料庫。
[0041]5、輸出試驗數據:將分鐘試驗數據和區間試驗數據輸出至界面顯示。
[0042]6、生成輸出散點圖:將分鐘試驗數據獲取後生成並輸出至散點圖。
[0043]7、生成輸出功率曲線圖:將區間試驗數據獲取後生成並輸出至功率曲線圖。
[0044]一個採集周期完成後，再開始下一採集周期，如此循環反覆執行車載試驗程序，直至車載試驗結束。
[0045]如圖3所示，自檢與試驗準備包括以下步驟:
[0046](I)檢查風機控制器:通過計算機向風機控制器發送讀風速命令，如果能夠接收到返回的數據，則表示風機控制器工作正常，檢查通過，繼續進行其他的檢查。否則表示風機控制器工作不正常，檢查不能通過，不再進行其他的檢查，自檢與試驗準備沒有通過。
[0047](2)檢查電子負載:向電子負載發送設置遠程操作命令，然後再發送設置定電壓負載模式命令，然後再發送讀負載模式命令，然後再發送設置定電壓值命令，然後再發送讀定電壓值命令。每次發送都應該有數據返回，如果無數據返回，或者返回數據存在問題，則表示檢查沒有通過，不再進行後續的檢查。如果設置的負載模式和讀取的負載模式不相同，則表示檢查沒有通過，也不再進行後續的檢查。如果設置的定電壓值與讀取的定電壓值不相同，也表示檢查沒有通過。如果出現上面所提到的任一檢查沒有通過，則表示檢查電子負載沒有通過，不再進行其他的檢查，自檢與試驗準備沒有通過。
[0048](3)檢查風速儀:向風速儀發送讀命令，如果能夠接收到返回的數據且數據無誤，則表示風速儀工作正常，檢查通過。如果不能接收到返回的數據，或者返回數據有誤，則表示風速儀工作不正常，檢查不能通過，自檢與試驗準備沒有通過。
[0049](4)檢查試驗準備:在「試驗標識」控制項輸入本次車載試驗的描述，然後檢查資料庫中是否存在相同的「試驗標識」。如沒有檢查到有相同的，則檢查通過。如檢查到有相同的，則檢查沒有通過，修改後再提交檢查。如果沒有輸入「試驗標識」，則提示不能為空，輸入「試驗標識」再提交檢查。
[0050]如果上述檢查均獲得通過，則表示自檢與試驗準備通過，可以進行車載試驗。如果上述4步檢查的任一項檢查不能通過，則表示自檢與試驗準備不能通過，則不能允許進行車載試驗。
[0051]如圖4所示，採集保存試驗數據包括以下步驟:
[0052](I)讀風速儀:由計算機經通信器向風速儀發命令讀取風速值。如果能夠讀取到數據，則先向資料庫管理系統將風速存儲至原始數據表，然後將風速值顯示到界面的相應控制項，然後繼續執行後續動作。如果沒有讀取到數據，也繼續執行後續動作。
[0053]原始數據表的各欄位設置如下:試驗標識欄位為「自檢與試驗準備」所輸入的「試驗標識」值，設備標識欄位為「風速儀」值，採集數據類型標識欄位為「風速」值，採集時間欄位由資料庫自動賦值，採集數據欄位為採集到的風速值，採集數據計量單位欄位為「米/秒」值。
[0054](2)讀風機控制器:由計算機經通信器向風機控制器發命令讀取風機轉速值。如果能夠讀取到數據，則先向資料庫管理系統將風機轉速存儲至原始數據表，然後將風機轉速值顯示到界面的相應控制項，然後繼續執行後續動作。如果沒有讀取到數據，也繼續執行後續動作。
[0055]原始數據表的各欄位設置如下:試驗標識欄位為「自檢與試驗準備」所輸入的「試驗標識」值，設備標識欄位為「風機控制器」值，採集數據類型標識欄位為「風機轉速」值，採集時間欄位由資料庫自動賦值，採集數據欄位為採集到的風機轉速值，採集數據計量單位欄位為「轉/秒」值。
[0056](3)讀電子負載:由計算機經通信器向電子負載發命令讀取直流電壓、直流電流和輸出轉速值。如果能夠讀取到數據，則先向資料庫管理系統將採集數據分三條記錄存儲至原始數據表，然後同時將直流電壓、直流電流和輸出轉速值分別顯示到界面的相應控制項，然後繼續執行後續動作。如果沒有讀取到數據，也繼續執行後續動作。
[0057]原始數據表的各欄位設置如下:
[0058]第一條記錄為直流電壓，試驗標識欄位為「自檢與試驗準備」所輸入的「試驗標識」值，設備標識欄位為「電子負載」值，採集數據類型標識欄位為「直流電壓」值，採集時間欄位由資料庫自動賦值，採集數據欄位為採集到的直流電壓值，採集數據計量單位欄位為「伏」值。
[0059]第二條記錄為直流電流，試驗標識欄位為「自檢與試驗準備」所輸入的「試驗標識」值，設備標識欄位為「電子負載」值，採集數據類型標識欄位為「直流電流」值，採集時間欄位由資料庫自動賦值，採集數據欄位為採集到的直流電流值，採集數據計量單位欄位為「安」值。
[0060]第三條記錄為輸出功率，試驗標識欄位為「自檢與試驗準備」所輸入的「試驗標識」值，設備標識欄位為「電子負載」值，採集數據類型標識欄位為「輸出功率」值，採集時間欄位由資料庫自動賦值，採集數據欄位為採集到的輸出功率值，採集數據計量單位欄位為「瓦」值。
[0061]接下來進入計算分鐘試驗數據步驟，即，將採集的車載試驗數據按照I分鐘來分組計算每分鐘的平均值的過程。此步驟由計算機來執行。
[0062]首先獲得當前採集的車載試驗數據的所屬採集時間分鐘，然後根據該所屬採集時間從資料庫的原始數據表計算獲得當前採集的車載試驗數據的所屬採集數據類型標識的當前採集車載試驗數據的平均值，然後將該平均值存儲至分鐘類派生數據表。如果正確執行，則繼續執行後續動作。如果沒有正確執行，則發出警告信息，提醒試驗人員進行人工統
i+o
[0063]分鐘類派生數據表的各欄位處理如下:
[0064](I)假設當前採集的車載試驗數據來自於風速儀，採集時間為「2014-01-0112:21:21.010」。那麼，其試驗標識欄位為「自檢與試驗準備」所輸入的「試驗標識」值(下同)，採集時間欄位為「2014-01-0112:21」值，風速欄位為「風速平均值」，其它欄位無須處理。
[0065](2)假設當前採集的車載試驗數據來自於風機控制器，採集時間為「2014-01-0112:21:21.030」。那麼，採集時間欄位為「2014-01-0112:21」值，風機轉速欄位為「風機轉速平均值」，其它欄位無須處理。
[0066](3)假設當前採集的車載試驗數據來自於電子負載，採集時間為「2014-01-0112:21:21.051」。那麼，採集時間欄位為「2014-01-0112:21」值，直流電壓欄位為「直流電壓平均值」，直流電流欄位為「直流電流平均值」，輸出功率欄位為「輸出功率平均值」，其它欄位無須處理。
[0067]接下來進入計算區間試驗數據步驟，該步驟是將上一步驟所獲得的分鐘試驗數據按照風速來分組計算各風速區間的平均值的過程。此步驟由計算機來執行。
[0068]風速區間:是指將風速按照值的大小分成若干個風速段，也稱為風速區間。
[0069]首先根據風速區間的計算方法獲得當前計算出的分鐘車載試驗數據的所屬風速區間，然後根據該所屬風速區間從資料庫的派生數據表計算獲得當前的分鐘車載試驗數據的平均值和記錄數，然後將該平均值存儲至區間類派生數據表。如果正確執行，則繼續執行後續動作。如果沒有正確執行，則發出警告信息，提醒試驗人員進行人工統計。
[0070]區間類派生數據表的各欄位處理如下:
[0071](I)假設當前計算出的分鐘車載試驗數據的風速為7.35米/秒。那麼，其所屬風速區間為第P區間，其試驗標識欄位為「自檢與試驗準備」所輸入的「試驗標識」值(下同)，風速區間起點欄位為Pl值(如7.25)，風速區間終點欄位為p2值(如7.75)，樣本數欄位為「記錄數」值，風速欄位為「風速平均值」，直流電壓欄位為「直流電壓平均值」，直流電流欄位為「直流電流平均值」，輸出功率欄位為「輸出功率平均值」，風機轉速欄位為「風機轉速平均值」。
[0072](2)假設當前計算出的分鐘車載試驗數據的風速為8.85米/秒。那麼，其所屬風速區間為第q區間，其試驗標識欄位為「自檢與試驗準備」所輸入的「試驗標識」值(下同)，風速區間起點欄位為ql值(如8.85)，風速區間終點欄位為q2值(如9.25)，樣本數欄位為「記錄數」值，風速欄位為「風速平均值」，直流電壓欄位為「直流電壓平均值」，直流電流欄位為「直流電流平均值」，輸出功率欄位為「輸出功率平均值」，風機轉速欄位為「風機轉速平均值」。
[0073]接下來進入輸出試驗數據步驟，圖5為輸出試驗數據的界面示意圖。如圖5所示，輸出試驗數據包括以下幾項:
[0074](I)試驗標識:自動顯示在「自檢與試驗準備」步驟所確定的試驗描述。
[0075](2)分鐘試驗數據:在每個採集周期，自動將「計算分鐘試驗數據」步驟所計算出的最新的分鐘試驗數據，按照採集時間按倒序來排序。
[0076](3)區間試驗數據:在每個採集周期，自動將「計算區間試驗數據」步驟所計算出的最新的區間試驗數據，按風速大小來排序，同時將所有存在數據的風速區間都顯示出來。
[0077]接下來進入生成並輸出散點圖步驟，圖6為生成並輸出的散點圖的界面示意圖，其中橫軸為風速，單位為米/秒，豎軸為輸出功率，單位為瓦。在在本步驟中，計算機自動將本次試驗獲取的所有分鐘試驗數據生成散點圖並輸出。
[0078]接下來進入生成並輸出功率圖步驟，圖7為生成並輸出的功率圖的界面示意圖，其中橫軸為風速，單位為米/秒，豎軸為輸出功率，單位為瓦。本步驟中，計算機自動將本次試驗獲取的所有區間試驗數據生成功率曲線圖並輸出。
[0079]以上實施例僅為本實用新型的示例性實施例，不用於限制本實用新型，本實用新型的保護範圍由權利要求書限定。本領域技術人員在本實用新型的實質和保護範圍內，對本實用新型做出的各種修改或等同替換也落在本實用新型的保護範圍內。
【權利要求】
1.一種風力發電機車載試驗系統，其特徵在於，包括: 風力發電機，裝載在車輛上的開放空間內； 風機控制器，與所述風力發電機連接將所述風力發電機產生的三相交流電轉換為直流電； 電子負載，與所述風機控制器連接以模擬實際負載或蓄電池； 風速儀，檢測風力發電機所承受的風速； 計算機，與所述風機控制器、電子負載和風速儀分別通信連接以向所述風機控制器、電子負載和風速儀發送命令並收集所述風機控制器、電子負載和風速儀的數據並對數據進行保存、處理和輸出； 蓄電池，所述蓄電池與所述風機控制器連接為所述風機控制器的啟動供電，所述蓄電池還連接有逆變器，所述逆變器與所述電子負載、計算機和通信器分別連接將所述蓄電池的直流電轉換為交流電並為電子負載、計算機和通信器的工作供電。2.根據權利要求1所述的風力發電機車載試驗系統，其特徵在於，所述計算機連接有獨立設置的通信器並通過所述通信器與所述風機控制器、電子負載和風速儀進行通信。3.根據權利要求2所述的風力發電機車載試驗系統，其特徵在於，所述通信器採用串口通信。4.根據權利要求1-3中任一項所述的風力發電機車載試驗系統，其特徵在於，所述風機控制器還連接有可消耗風力發電機產生的多餘電能的卸荷器。
【文檔編號】G01R31-34GK204269783SQ201420765527
【發明者】鄧紹根, 賀琦, 餘民來 [申請人]中科恆源科技股份有限公司