[实用新型]风力机机舱集成式风速风向测量装置

说明书

技术领域

本实用新型属于风力发电技术领域，尤其涉及一种风力机机舱集成式风速风向测量装置。

背景技术

风向风速的准确测量是风力发电运行控制的基础。由于风能具有很高的不确定性，因此，要想很好地控制风力机发电，使之跟随风速的变化而获取最大发电功率并降低成本，就必须准确及时地测出风速风向，并对风力机进行相应的控制。

风杯风速仪是风力机上最常用的测风仪器，通过转速大小记录风速。但风杯风速仪必须配合风向标组合使用，才能完成风向测量。由于风杯风速仪和风向标均为机械组件，响应速度慢(最大1Hz)、精度低、容易磨损。该方式最大的缺点在于测风装置只能安装在风力机机舱尾部，实际测到的来流风已经是被风轮改变后的风速。因此，需要大量的数据修正算法来校准风杯和风向标的结果。目前，风力发电技术领域关于机舱上风速风向装置的专利主要均是集中于提出数据修正方法或结构上加以优化，例如专利公开号CN105354763A，CN103185806A，CN101852172A，CN101727538A，CN201497751U，CN203892125U，CN106246465A。超声波测风仪和激光雷达测风仪精度高，响应快(1～10Hz)，但是抗干扰性较差(大雾或雨雪)，数据有效率一般只有80％‐90％的水平，价格昂贵是风杯式装置的数十倍以上，例如专利公开号CN102269679A，CN202075304U，CN202133677U等。

目前，压电材料开始应用于测风领域，压电材料测风的主要优点在于精度高，响应快，原理本身无机械磨损部件。压电测风装置能够精确测量风速大小，但不能直接检测风向。专利公开号CN201540301U和CN203720197U，为了配合测风，采用了机械部件，精度和寿命有所降低，同时这两个专利均不能测量风向。专利公开号CN104535790A，虽然通过竖直杆的扭转能够测量风向，但是由于机械部件的引入，采样频率降低且容易受结冰影响。以上压电材料测风发明的一个共同不足在于，装置不是专门为风力机机舱开发的，因此不能或只能安装在机舱尾部，测量结果受到风轮的干扰，需要通过修正算法去计算风轮前的风速。同时，上述压电材料测风发明的另一共同不足之处在于，缺少温度和大气压力传感器，没有对空气密度进行修正，在不同大气压力和温度条件下，空气密度是不一样的，因此相同风速产生的信号也是不一样的。

除了上述各自的不足之外，以上所有装置均存在无法自检的问题，即装置和SCADA监控系统无法判断测风装置本身是否已经发生了测量偏差和测量错误，需要定期通过专门的设备对测风装置进行校核。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种风力机机舱集成式风速风向测量装置，该装置无机械部件使用寿命高，数据采样率高(大于100Hz)，实时采集大气温度和压力修正空气密度，能够通过自检判断设备是否出现错误或较大误差。

为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种风力机机舱集成式风速风向测量装置，包括轮毂前缘测风组1、机舱尾部测风组2和控制系统7；轮毂前缘测风组1和机舱尾部测风组2分别用以测量从风力机前半平面和后半平面的来风的速度大小和方向；

轮毂前缘测风组1和机舱尾部测风组2的结构完全相同，包括：绝缘支撑9，为正十六边形拉伸而形成的正十六边形柱体，相邻两个面成157.5°；十六个速度分量测量基板3，形状为矩形，大小与绝缘支撑9的每个侧面相同，粘接在绝缘支撑9的每个侧面上，将绝缘支撑9包覆在其内；大气压力和温度测量基板4，粘接在绝缘支撑9的顶面中心位置；十六个侧风围板5，形状为矩形，底端粘接在绝缘支撑9的顶面，相邻的侧风围板5的角度为157.5°，形成一个封闭的正十六边形；迎风挡板6，通过4根立柱固定在绝缘支撑9的顶面，立柱的高度要高于侧风围板5的高度的0.5～1cm；整个绝缘支撑9固定在圆盘底座8上；侧风围板5和迎风挡板6的作用是保证大气压力和温度测量基板4所处的大气环境没有空气流动。

每块速度分量测量基板3，包括：多块并联的压电陶瓷片31；绝缘框架32，所述的压电陶瓷片31嵌入到绝缘框架32中固定；防风化膜33，所述的防风化膜33置于整个绝缘框架32的最外面，覆盖整个压电陶瓷片31。

大气压力和温度测量基板4，包括：多块并联的压电陶瓷片41；多块并联的温度传感器42；绝缘框架43，所述的压电陶瓷片41和温度传感器42嵌入到绝缘框架43中固定；防风化膜44，所述的防风化膜44置于整个绝缘框架43的最外面，覆盖整个压电陶瓷片41和温度传感器42。