[发明专利]一种基于5G通讯的风电场升压站的风险预警系统

权利要求书

1.一种基于5G通讯的风电场升压站的风险预警系统，所述风险预警系统包括服务器和数据库，其特征在于，所述风险预警系统还包括检测模块、安全防护模块、预警模块，所述服务器分别与所述检测模块、所述安全防护模块和预警模块连接；

所述检测模块用于对升压站和风电场的环境状态进行检测；

所述预警模块根据所述检测模块的检测数据，触发向控制中心发出对应等级的预警警报；

所述安全防护模块根据所述预警模块的预警警报，向所述升压站和风力轮毂提供安全防护；

所述检测模块包括风力检测单元和评估单元，所述风力检测单元用于对所述升压站的风力数据进行感应；所述评估单元根据所述风力检测单元的风力数据，对升压站的风险进行评估；

所述风力检测单元包括支撑座、两组检测探头和数据存储器，所述支撑座用于对检测探头进行支撑；两组所述检测探头用于对升压站的环境风速进行采集；所述数据存储器用于存储所述检测探头所采集的数据；其中，两组所述检测探头等距正交排列在支撑座上；其中，以检测探头a、b、c、d所在的二维平面建立平面直角坐标系x-y，获取风速在x轴上的速度V_x根据下式进行计算：

式中，为一组检测探头之间的距离；t_bd为逆风状态下风速分量在x轴上的传播时间；t_db为顺风状态下风速分量在x轴上的传播时间；其中，t_bd和t_db的大小由环境风力作用在检测探头的时间进行确定；

获取风速在y轴上的速度V_y根据下式进行计算：

式中，为一组检测探头之间的距离；t_ac为逆风状态下风速分量在y轴上的传播时间；t_ca为顺风状态下风速分量在y轴上的传播时间；t_ac和t_ca的大小由环境风力作用在检测探头的时间进行确定；

根据上式计算升压站环境的风速V满足：

所述评估单元根据上式计算风力发电机转矩输出指数Transmission：

式中，S为风电轮毂扫过形成的面积；r为风电轮毂的半径；ρ为空气密度；V为升压站的环境风速；C_T为转矩系数，满足：

式中，ω为风电轮毂的旋转角速度；

所述预警模块包括预警单元和分析单元，所述预警单元根据所述检测模块的检测数据触发预警信号；所述分析单元根据所述预警单元的预警信号触发不同等级的预警警报；

所述分析单元根据下式触发不同等级的预警信号警报：

式中， G₀为监测阈值；Warn为标准监测预警值；κ为预警等级分类；

对于所述监测阈值G₀根据下式进行计算：

式中，S为风电轮毂扫过形成的面积，其值根据风力发电机的参数获得；r为风电轮毂的半径，其值根据风力发电机的参数获得；ρ为空气密度，根据升压站或风力发电机所处的环境直接测得；C_T为转矩系数；其中超过25m/s的风速则需要停机，并将所述风电轮毂的叶片朝向风向；

所述预警单元获取所述转矩输出指数Transmission和监测阈值G₀的大小关系，若存在：，则触发预警信号；

所述安全防护模块包括防护单元和制动单元，所述防护单元对所述升压站进行过电压保护；所述制动单元用于对风电发动机和风电轮毂进行制动；

所述防护单元包括电压控制器、动态钳形电路和投切器，所述电压控制器用于感测所述风力发电机输出的电压；所述动态钳形电路用于吸收瞬时产生的多余能量；所述投切器根据检测所述风力发电机输出的电压与设定值大小，将风力发电机的输电回路投切到所述动态钳形电路上；

所述制动单元包括制动钳、制动液压站、制动盘、连接管路和制动控制子单元，所述制动盘设置在所述风力发电机的输出轴上，以配合所述制动钳对所述风力发电机进行制动；所述制动钳用于抱所述制动盘以实现对所述风力发电机输出轴的制动；

所述制动液压站通过所述连接管路驱动连接制动钳，以实现向所述制动钳提供制动力；

所述制动控制子单元根据预警模块的预警警报，控制所述制动液压站对制动钳的制动；

所述检测模块还包括雷电检测单元和分析单元，所述雷电检测单元用于对所述升压站的雷电数据进行检测；所述分析单元根据所述雷电检测单元采集的数据进行分析，并对所述安全防护模块的防护时机进行调控；

所述雷电检测单元包括接收天线、雷电传感器、通信器和定位探头，所述接收天线用于接收雷电的信号；所述定位探头用于对雷电发生的位置进行定位；所述雷电传感器用于感测环境中雷电的电流数据；所述通信器将雷电传感器上的电流数据传输至所述服务器和分析单元中，以配合所述分析单元对环境中的雷电数据进行分析；

其中，雷电检测单元设置在所述升压站和风电场的环境中，以获取环境中的雷电数据；

所述分析单元获取所述升压站周围环境中的雷电发生位置与升压站的距离d的关系存在：

式中，η为雷电的发射频率；λ₀为雷电的标校系数，标校系数的值与雷电传感器的传输系数和与雷电传感器连接的检测电路的增益有关，根据实验室获得，λ₀的取值范围为[5.26,5.35]；Q_t为雷电的平均发射能量；Q_accept为雷电发生的能量，满足：

式中，X_accept（i）为接收天线检测到所述升压站环境中雷电的第i个信号经过窄带滤波处理得到的雷电频谱；N为接收天线检测到的信号总数量。

2.根据权利要求1所述的一种基于5G通讯的风电场升压站的风险预警系统，其特征在于，所述预警模块根据所述雷电检测单元与雷电的距离d，触发不同等级的预警警报。