本發明涉及風力發電領域，尤其涉及一種風力發電機組的載荷參數監測系統與方法。

背景技術：

風力發電機組是將風能轉換成電能的設備，風力發電機組的安全至關重要，為了精確評估風電機組在不同運行情況下、在不同地理、環境下的安全，需要對風力發電機組的載荷情況進行評估。而想要對載荷情況進行評估，需要從風力發電機組的不同的待測部件采集氣象參量、機組載荷以及機組狀態量等載荷參數數據。比如，有的載荷參數數據需要從葉輪采集，有的載荷參數數據需要從機艙采集，還有的載荷參數數據需要從塔架采集。

由于風力發電機組體積大，風力發電機組的不同的待測部件分布分散，不同的待測部件之間的距離甚至能夠達到幾百米。由于風力發電機組的不同的待測部件分布分散，很難同步可靠的測試風力發電機組的不同的待測部件采集載荷參數數據。而評估風力發電機組的載荷情況需要同一時刻下的氣象參量、機組載荷以及機組狀態量等載荷參數數據，才能夠得到準確的載荷情況。

為了能夠獲取到同一時刻的風力發電機組分散的待測部件的載荷參數數據，現有技術采用人工對時的方法，在需要進行載荷參數數據采集的風力發電機組分散的待測部件設置時間終端，派遣工作人員前往風力發電機組的各個待測部件處，人工將多個分散的待測部件數據采集系統終端時間進行對時，從而實現同步獲取某一時刻風力發電機組的待測部件的載荷參數數據。但是，由于采用的是人工對時，工作人員難以保證風力發電機組分散的待測部件的時間終端的精確對時，風力發電機組分散的待測部件各自調整后的時間終端的時間之間在長時間的運行過程后會存在較大的累積誤差。人工對時的精準度比較低，無法同步采集風力發電機組分散的組成部分的載荷參數數據，風力發電機組分散的待測部件的載荷參數數據的采集時刻不同，會降低載荷情況評估的準確性。

技術實現要素：

本發明實施例提供了一種風力發電機組的載荷參數監測系統與方法，能夠保證風力發電機組分散的待測部件的載荷參數數據的同步采集，提高載荷情況評估的準確性。

第一方面，本發明實施例提供了一種風力發電機組的載荷參數監測系統，風力發電機組具有多個待測部件，系統包括：多個數據采集單元，一一對應地被安裝在多個待測部件上；主控單元，同時向針對多個數據采集單元設置的多個數據采集時鐘單元分別發送包含相同的對時信息的對時指令；多個數據采集時鐘單元，分別針對多個數據采集單元被設置，接收對時指令，并根據對時指令中的對時信息進行對時；其中，多個數據采集單元還在各自的經過對時的數據采集時鐘單元的控制下，采集對應的待測部件的載荷參數數據。

具體的，主控單元還向多個數據采集時鐘單元分別發送包含相同的目標采集時刻的采集控制指令；數據采集時鐘單元還根據采集控制指令，在目標采集時刻觸發數據采集單元采集待測部件的載荷參數數據。

具體的，主控單元還向多個數據采集時鐘單元分別發送會話建立請求，并在數據采集時鐘單元返回會話同意應答后，與多個數據采集時鐘單元建立通訊會話；數據采集時鐘單元還接收主控單元發送的會話建立請求，并向主控單元發送會話同意應答，與主控單元建立通訊會話。

具體的，主控單元與多個數據采集時鐘單元之間采用控制器局域網絡CAN總線協議通訊。

第二方面，本發明實施例提供了一種利用上述實施例中的風力發電機組的載荷參數監測系統的風力發電機組的載荷參數監測方法，方法包括：由主控單元同時向多個數據采集時鐘單元分別發送包含相同的對時信息的對時指令；由數據采集時鐘單元接收對時指令，并根據對時信息進行對時；由數據采集單元在經過對時的數據采集時鐘單元的控制下，采集待測部件的載荷參數數據。

進一步地，在由數據采集單元在數據采集時鐘單元的控制下，采集待測部件的載荷參數數據的步驟之前，還包括：由主控單元向多個數據采集時鐘單元分別發送包含相同的目標采集時刻的采集控制指令；由數據采集時鐘單元根據采集控制指令，在目標采集時刻觸發數據采集單元采集待測部件的載荷參數數據。

進一步地，在由主控單元在某一時刻同時向多個數據采集時鐘單元發送包含相同的對時信息的對時指令的步驟之前，還包括：由主控單元向多個數據采集時鐘單元發送會話建立請求；在多個數據采集時鐘單元返回會話同意應答時，由主控單元與多個數據采集時鐘單元分別建立通訊會話。

具體的，主控單元與多個數據采集時鐘單元之間采用控制器局域網絡CAN總線協議通訊。

第三方面，本發明實施例提供了一種風力發電機組的載荷參數監測方法，用于上述實施例中的主控單元，方法包括：同時向多個數據采集時鐘單元分別發送包含相同的對時信息的對時指令，以使得多個數據采集時鐘單元根據對時信息進行對時。

進一步地，在某一時刻同時向多個數據采集時鐘單元分別發送包含相同的對時信息的對時指令的步驟之后，還包括：向多個數據采集時鐘單元發送包含目標采集時刻的采集控制指令，以使得多個數據采集時鐘單元在目標采集時刻分別觸發對應設置的數據采集單元采集待測部件的載荷參數數據。

進一步地，在某一時刻同時向多個數據采集時鐘單元分別發送包含相同的對時信息的對時指令的步驟之后，還包括：向多個數據采集時鐘單元發送會話建立請求；在接收到多個數據采集時鐘單元返回的會話同意應答后，與多個數據采集時鐘單元分別建立通訊會話。

第四方面，本發明實施例提供了一種風力發電機組的載荷參數監測方法，用于上述實施例中的數據采集時鐘單元，方法包括：接收主控單元發送的包含相同的對時信息的對時指令；根據對時信息進行對時。

進一步地，在根據對時信息，調整當前時鐘的步驟之后，還包括：接收主控單元發送的包含目標采集時刻的采集控制指令；在目標采集時刻觸發對應設置的數據采集單元采集待測部件的載荷參數數據。

進一步地，在接收主控單元發送的包含相同的對時信息的對時指令的步驟之前，還包括：接收主控單元發送的會話建立請求；向主控單元發送會話同意應答，與主控單元建立通訊會話。

本發明實施例提供的風力發電機組的載荷參數監測系統與方法中，主控單元同時向多個數據采集時鐘單元分別發送包含相同的對時信息的對時指令，各個數據采集時鐘單元根據接收的對時指令中的對時信息進行對時，多個數據采集單元在各自對應的經過對時后的數據采集時鐘的控制下，對對應的待測部件進行載荷參數數據的采集。由于多個數據采集時鐘單元根據相同的對時信息進行對時，因此對時后的數據采集時鐘單元的當前時鐘均能夠保持相同。在對時后的數據采集時鐘單元控制下，多個數據采集單元能夠實現在同一時刻采集各個待測部件的載荷參數數據，從而提高利用采集到的載荷參數數據進行的載荷情況評估的準確性。

附圖說明

從下面結合附圖對本發明的具體實施方式的描述中可以更好地理解本發明其中，相同或相似的附圖標記表示相同或相似的特征。

圖1為本發明一實施例中的風力發電機組的載荷參數監測系統的結構示意圖；

圖2為風力發電機組中的各個待測部件與風力發電機組的載荷參數監測系統中的主控單元的結構示意圖；

圖3為本發明一實施例中的風力發電機組的載荷參數監測方法的流程圖；

圖4為本發明另一實施例中的風力發電機組的載荷參數監測方法的流程圖；

圖5為本發明又一實施例中的風力發電機組的載荷參數監測方法的流程圖；

圖6為本發明一實施例中的用于主控單元的風力發電機組的載荷參數監測方法；

圖7為本發明一實施例中的用于數據采集時鐘單元的風力發電機組的載荷參數監測方法。

具體實施方式

下面將詳細描述本發明的各個方面的特征和示例性實施例。在下面的詳細描述中，提出了許多具體細節，以便提供對本發明的全面理解。但是，對于本領域技術人員來說很明顯的是，本發明可以在不需要這些具體細節中的一些細節的情況下實施。下面對實施例的描述僅僅是為了通過示出本發明的示例來提供對本發明的更好的理解。本發明決不限于下面所提出的任何具體配置和算法，而是在不脫離本發明的精神的前提下覆蓋了元素、部件和算法的任何修改、替換和改進。在附圖和下面的描述中，沒有示出公知的結構和技術，以便避免對本發明造成不必要的模糊。

為了能夠同步測得風力發電機組的各個待測部件的載荷參數數據，本發明一實施例提供了一種風力發電機組的載荷參數監測系統。圖1為本發明一實施例中的風力發電機組的載荷參數監測系統的結構示意圖，如圖1所示，風力發電機組的載荷參數監測系統包括多個數據采集單元11，主控單元12，多個數據采集時鐘單元13。數據采集單元11、主控單元12和數據采集單元11之間的連接可以為電連接或信號連接。

其中，多個數據采集單元11一一對應地安裝在多個待測部件上，多個數據采集單元11采集待測部件的載荷參數數據。其中，數據采集單元11可以包括一個傳感器，也可以包括多個傳感器，多個傳感器可以測量一種載荷參數數據，也可以測量多種載荷參數數據。主控單元12同時向針對多個數據采集單元11設置的多個數據采集時鐘單元13分別發送包含相同的對時信息的對時指令。多個數據采集時鐘單元13與多個數據采集單元11一一對應設置，數據采集時鐘單元13接收對時指令，并根據對時指令中的對時信息進行對時。數據采集時鐘單元13可以設置在待測部件上，也可以不設置在待測部件上，在此并不限定。

主控單元12同時向多個數據采集時鐘單元13發送包含相同的對時信息的對時指令，各個數據采集時鐘單元13接收到對時指令時，將自身的當前時鐘根據對時指令中的對時信息進行調整。具體的，對時信息具體可以是一個對時時刻。那么各個數據采集時鐘單元13接收到對時指令時，可以將自身的當前時鐘調整為對時時刻。由于各個數據采集時鐘單元13接收到的對時指令中的對時信息均相同，各個數據采集時鐘單元13的當前時鐘均能調整為同一時刻。數據采集單元11還在各自對應設置的經過對時的數據采集時鐘單元13的控制下，采集對應的待測部件的載荷參數數據。

對風力發電機組的載荷情況進行評估，需要獲取風力發電機組的各種載荷參數數據，各種載荷參數數據需要從風力發電機組的多個待測部件中的各個待測部件獲取。比如，風力發電機組的待測部件可以包括機組控制單元14、測風單元15、機艙單元16、塔頂單元17、葉輪單元18、滑環19和功率單元20等部件。圖2為風力發電機組中的各個待測部件與風力發電機組的載荷參數監測系統中的主控單元12的結構示意圖。

需要注意的是，在圖2中，主控單元12與各個待測部件的連接表示的是主控單元12與各個待測部件上的數據采集單元11對應的數據采集時鐘單元13相連接。在葉輪單元18上數據采集單元11可以采集葉片載荷參數、動軸載荷參數、輪轂載荷參數、變槳支架載荷參數等載荷參數數據，在機艙單元16上數據采集單元11可以采集定軸載荷參數、底座載荷參數、機艙桁架載荷參數等載荷參數數據，在塔頂單元17上數據采集單元11可以采集塔頂載荷參數、焊縫載荷參數等載荷參數數據，在測風單元15上數據采集單元11可以采集風速、風壓、濕度、溫度、氣壓、雨量等載荷參數數據，在機組控制單元14上數據采集單元11可采集機組運行狀態、機組功率、并網狀態量等載荷參數數據，在功率單元20上數據采集單元11可以采集電壓、電流等載荷參數數據。

由于測風單元15通常設置在遠離風機的測風塔上，測風單元15與設置在塔架底部的主控單元12通常距離幾百米。而設置在塔頂的葉輪單元18、機艙單元16和塔頂單元17距離主控單元12也有100米左右。而功率單元20和機組控制單元14也設置在塔架底部，與主控單元12的物理距離很近。這樣，需要解決的問題即測風單元15、葉輪單元18、機艙單元16、塔頂單元17、功率單元20和機組控制單元14采集的載荷參數數據如何能夠達到同步。

本發明的實施例中，由于各個數據采集時鐘單元13的接收的對時指令中的對時信息相同，因此，各個數據采集時鐘單元13能夠對時為相同的時間，且產生的誤差相當小，可以忽略不計。由對時后的數據采集時鐘單元13控制數據采集單元11采集待測部件的載荷參數數據，從而實現對風力發電機組的各個待測部件的載荷參數數據的同步采集。

本發明實施例提供的風力發電機組的載荷參數監測系統中，主控單元12同時向多個數據采集時鐘單元13分別發送包含相同的對時信息的對時指令，各個數據采集時鐘單元13根據接收的對時指令中的對時信息進行對時，多個數據采集單元11在各自對應的經過對時后的數據采集時鐘的控制下，對對應的待測部件進行載荷參數數據的采集。由于多個數據采集時鐘單元13根據相同的對時信息進行對時，因此對時后的數據采集時鐘單元13的當前時鐘均能夠保持相同。在對時后的數據采集時鐘單元13控制下，多個數據采集單元11能夠實現在同一時刻采集各個待測部件的載荷參數數據，從而提高利用采集到的載荷參數數據進行的載荷情況評估的準確性。還能夠實現對風力發電機組的分散的各個待測部件的載荷參數數據的同步監測。

上述實施例中的主控單元12還向多個數據采集時鐘單元13分別發送包含相同的目標采集時刻的采集控制指令。數據采集時鐘單元13還根據采集控制指令，在目標采集時刻觸發數據采集單元11采集待測部件的載荷參數數據。

數據采集時鐘單元13接收到主控單元12發送的采集控制指令，在目標采集時刻，觸發數據采集單元11采集對應的待測部件的載荷參數數據。需要說明的是，多個數據采集時鐘單元13接收到的采集控制指令中的目標采集時刻相同，多個數據采集時鐘單元13在同一時刻觸發數據采集單元11采集對應的待測部件的載荷參數數據，實現同步獲取風力發電機組中分散的各個待測部件的載荷參數數據，以及對風力發電機組中分散的各個待測部件的載荷參數數據的同步監測。

在主控單元12與數據采集時鐘單元13進行對時指令和采集控制指令的交互之前，需要主控單元12先與數據采集時鐘單元13建立通訊連接。上述實施例中的主控單元12還向多個數據采集時鐘單元13分別發送會話建立請求，并在數據采集時鐘單元13返回會話同意應答后，與多個數據采集時鐘單元13建立通訊會話。數據采集時鐘單元13還接收主控單元12發送的會話建立請求，并向主控單元12發送會話同意應答，與主控單元12建立通訊會話。具體的，主控單元12發送的會話建立請求可以是握手請求消息，數據采集時鐘單元13返回的會話同意應答可以是握手接收消息，在此并不限定。

需要說明的是，主控單元12與多個數據采集時鐘單元13之間采用CAN(Controller Area Network，控制器局域網絡)總線協議通訊。也可以采用其他適用于分布式系統的通訊協議進行通訊。

圖3為本發明一實施例中的風力發電機組的載荷參數監測方法的流程圖，該風力發電機組的載荷參數監測方法應用于上述實施例中的風力發電機組的載荷參數監測系統。如圖3所示，風力發電機組的載荷參數監測方法包括步驟301-步驟303。

在步驟301中，由主控單元同時向多個數據采集時鐘單元分別發送包含相同的對時信息的對時指令。

在步驟302中，由數據采集時鐘單元接收對時指令，并根據對時信息進行對時。

具體的，對時信息可以為對時時刻，數據采集時鐘單元可以將自身的當前時鐘調整為對時指令中的對時時刻。

在步驟303中，由數據采集單元在經過對時的數據采集時鐘單元的控制下，采集待測部件的載荷參數數據。

本發明實施例提供的風力發電機組的載荷參數監測方法中，主控單元同時向多個數據采集時鐘單元分別發送包含相同的對時信息的對時指令，各個數據采集時鐘單元根據接收的對時指令中的對時信息進行對時，多個數據采集單元在各自對應的經過對時后的數據采集時鐘的控制下，對對應的待測部件進行載荷參數數據的采集。由于多個數據采集時鐘單元根據相同的對時信息進行對時，因此對時后的數據采集時鐘單元的當前時鐘均能夠保持相同。在對時后的數據采集時鐘單元控制下，多個數據采集單元能夠實現在同一時刻采集各個待測部件的載荷參數數據，從而提高利用采集到的載荷參數數據進行的載荷情況評估的準確性。還能夠實現對風力發電機組的分散的各個待測部件的載荷參數數據的同步監測。

圖4為本發明另一實施例中的風力發電機組的載荷參數監測方法的流程圖，圖4中所示的步驟301-步驟303與圖3中所示的步驟301-步驟303基本相同。不同之處在于，如圖4所示，在步驟303之前還可以增添步驟304-步驟305。

在步驟304中，由主控單元向多個數據采集時鐘單元分別發送包含相同的目標采集時刻的采集控制指令。

在步驟305中，由數據采集時鐘單元根據采集控制指令，在目標采集時刻觸發數據采集單元采集待測部件的載荷參數數據。

在本發明實施例中，多個數據采集時鐘單元接收到的采集控制指令中的目標采集時刻相同，多個數據采集時鐘單元在同一時刻觸發數據采集單元采集對應的待測部件的載荷參數數據，實現同步獲取風力發電機組中分散的各個待測部件的載荷參數數據，以及對風力發電機組中分散的各個待測部件的載荷參數數據的同步監測。

圖5為本發明又一實施例中的風力發電機組的載荷參數監測方法的流程圖，圖5中所示的步驟301-步驟303與圖3中所示的步驟301-步驟303基本相同。不同之處在于，如圖5所示，在步驟301之前還可以增添步驟306-步驟307。

在步驟306中，由主控單元向多個數據采集時鐘單元發送會話建立請求。

在步驟307中，在多個數據采集時鐘單元返回會話同意應答時，由主控單元與多個數據采集時鐘單元分別建立通訊會話。

需要說明的是，主控單元與多個數據采集時鐘單元之間采用CAN總線協議通訊。

在本發明實施例中，在主控單元與數據采集時鐘單元進行對時指令和采集控制指令的交互之前，需要主控單元先與數據采集時鐘單元建立通訊連接，以便于后續流程中主控單元與數據采集時鐘單元進行通訊。

圖6為本發明一實施例中的用于主控單元的風力發電機組的載荷參數監測方法，如圖6所示，該方法包括步驟401。

在步驟401中，同時向多個數據采集時鐘單元分別發送包含相同的對時信息的對時指令，以使得多個數據采集時鐘單元根據對時信息調整當前時鐘。

本發明實施例提供的風力發電機組的載荷參數監測方法中，用于主控單元，主控單元同時向多個數據采集時鐘單元分別發送包含相同的對時信息的對時指令，以使得多個數據采集時鐘單元根據對時信息進行對時。由于多個數據采集時鐘單元根據相同的對時信息進行對時，因此對時后的數據采集時鐘單元的當前時鐘均能夠保持相同。在對時后的數據采集時鐘單元控制下，多個數據采集單元能夠實現在同一時刻采集各個待測部件的載荷參數數據，從而提高利用采集到的載荷參數數據進行的載荷情況評估的準確性。還能夠實現對風力發電機組的分散的各個待測部件的載荷參數數據的同步監測。

需要說明的是，為了能夠同步采集到風力發電機組中各個分散的待測部件的載荷參數數據，用于主控單元的風力發電機組的載荷參數監測方法還可以包括步驟402。在步驟402中，向多個數據采集時鐘單元發送包含目標采集時刻的采集控制指令，以使得多個數據采集時鐘單元在目標采集時刻分別觸發對應設置的數據采集單元采集待測部件的載荷參數數據。

為了能夠使主控單元與多個數據采集時鐘單元能夠進行通訊會話，用于主控單元的風力發電機組的載荷參數監測方法還可以包括步驟403和步驟404。在步驟403中，向多個數據采集時鐘單元發送會話建立請求。在步驟404中，在接收到多個數據采集時鐘單元返回的會話同意應答后，與多個數據采集時鐘單元分別建立通訊會話。

圖7為本發明一實施例中的用于數據采集時鐘單元的風力發電機組的載荷參數監測方法，如圖7所示，該方法包括步驟501和步驟502。

在步驟501中，接收主控單元發送的包含相同的對時信息的對時指令。

在步驟502中，根據對時信息進行對時。

本發明實施例提供的風力發電機組的載荷參數監測方法，用于數據采集時鐘單元，多個數據采集時鐘單元根據主控單元發送的對時指令中的對時信息進行對時。由于多個數據采集時鐘單元根據相同的對時信息進行對時，因此對時后的數據采集時鐘單元的當前時鐘均能夠保持相同。在對時后的數據采集時鐘單元控制下，多個數據采集單元能夠實現在同一時刻采集各個待測部件的載荷參數數據，從而提高利用采集到的載荷參數數據進行的載荷情況評估的準確性。還能夠實現對風力發電機組的分散的各個待測部件的載荷參數數據的同步監測。

需要說明的是，為了能夠同步采集到風力發電機組中各個分散的待測部件的載荷參數數據，用于數據采集時鐘單元的風力發電機組的載荷參數監測方法還可以包括步驟502和步驟503。在步驟502中，接收主控單元發送的包含目標采集時刻的采集控制指令。在步驟503中，在目標采集時刻觸發對應設置的數據采集單元采集待測部件的載荷參數數據。

為了能夠使多個數據采集時鐘單元與主控單元能夠進行通訊會話，用于數據采集時鐘單元的風力發電機組的載荷參數監測方法還可以包括步驟504和步驟505。在步驟504中，接收主控單元發送的會話建立請求。在步驟505中，向主控單元發送會話同意應答，與主控單元建立通訊會話。

以上的結構框圖中所示的功能單元可以實現為硬件、軟件、固件或者它們的組合。當以硬件方式實現時，其可以例如是電子電路、專用集成電路(ASIC)、適當的固件、插件、功能卡等等。當以軟件方式實現時，本發明的元素是被用于執行所需任務的程序或者代碼段。程序或者代碼段可以存儲在機器可讀介質中，或者通過載波中攜帶的數據信號在傳輸介質或者通信鏈路上傳送。“機器可讀介質”可以包括能夠存儲或傳輸信息的任何介質。機器可讀介質的例子包括電子電路、半導體存儲器設備、ROM、閃存、可擦除ROM(EROM)、軟盤、CD-ROM、光盤、硬盤、光纖介質、射頻(RF)鏈路，等等。代碼段可以經由諸如因特網、內聯網等的計算機網絡被下載。

本發明可以以其他的具體形式實現，而不脫離其精神和本質特征。例如，特定實施例中所描述的算法可以被修改，而系統體系結構并不脫離本發明的基本精神。因此，當前的實施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本發明的范圍由所附權利要求而非上述描述定義，并且，落入權利要求的含義和等同物的范圍內的全部改變從而都被包括在本發明的范圍之中。