[发明专利]一种风机叶片多物理量同步观测方法及其系统

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及雷击测量领域，尤其涉及一种风机叶片多物理量同步观测方法及其系统。

背景技术

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·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·年。

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。

发明内容

本发明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，本发明可以实现风机叶片雷击事件的多物理量数据的时间同步。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：

一方面，本发明提供一种风机叶片多物理量同步观测方法，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。

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。

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。