一种风电场监测预警系统及方法

1.本发明涉及电场监控技术领域，特别是涉及一种风电场监测预警系统及方法。


背景技术：

2.我国风电行业发展快速，风电装机量不断增大。风力发电机组分散安置在风能资源比较好的各种复杂地形地带，风电机组附近鲜少有其他高大物体，因而风力发电机组就成为周围空间的制高点，易被雷电击中，若防雷措施不力，则会造成重大的损失，雷击成了自然界中对风电机组安全运行危害最大的一种灾害。根据调研数据统计，福建、广东、安徽、云南、河南、山东、湖南、湖北等地区因雷击年损失的发电量约上亿千瓦时，调查数据显示，我国约45％风能处于雷电活动频繁环境中，在夏季，约60％的风能受雷电活动影响。我国中东部及南方片区存在因雷电活动频繁影响的已装机量达4200万千瓦，约840个5万千瓦风电场。
3.虽然针对风力发电机的防雷已经有一套严格的技术，但是，当遭遇直击雷时，风力发电机组只能
‘
束手就擒’。风力发电机组是风电场的贵重设备,价格占风电工程投资60％以上。雷电释放的巨大能量，会造成风电机组叶片损坏、发电机绝缘击穿、控制元器件烧毁等。
4.目前，风力发电机组的防雷措施依靠单一因素进行制定，但现实中影响风电机组被雷电损坏的原因在于多种因素耦合，所制定的防雷措施不够准确。
5.因此，提供一种考虑到多种因素耦合作用的风电场监测预警系统及方法是本领域技术人员亟待解决的问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种风电场监测预警系统及方法，该系统结构简单，安全、有效、可靠且操作简便，能全面且有效对风电场状态进行监测与预警，同时考虑到多种因素制定更为准确的防雷预警措施。
7.基于以上目的，本发明提供的技术方案如下：
8.一种风电场监测预警系统，包括：
9.采集模块，用于采集风电场各部件状态参数和雷击电流参数；
10.权重模块，用于分别为所述风电场各部件状态参数和所述雷击电流参数赋予权重；
11.风险评分模块，用于根据已赋权重的风电场各部件状态参数和已赋权重的雷击电流参数，获取雷击风险评分；
12.判断模块，用于判断所述雷击风险评分是否超过预设安全评分；
13.预警模块，用于在判断结果为是时，输出预警信息。
14.优选地，还包括：无线传输模块；
15.所述无线传输模块分别与所述采集模块和所述权重模块连接；
16.所述无线传输模块，用于汇总风电场各部件状态参数和雷击电流参数，并传输至所述权重模块中。
17.优选地，所述采集模块包括：spd状态监测装置、雷击电流状态监测装置、避雷器状态监测装置、接地状态监测装置和大气电场监测装置。
18.优选地，所述无线传输模块包括：第一通信模块和第二通信模块；
19.所述第一通信模块与所述大气电场监测装置连接；
20.所述第二通信模块分别与第一避雷器状态监测装置和第一接地状态监测装置连接。
21.优选地，所述无线传输模块还包括：第一交换机和第二交换机；
22.所述第一交换机分别与所述spd状态监测装置、第二接地状态监测装置和第一雷击电流状态监测装置连接；
23.所述第二交换机分别与第二避雷器状态监测装置、第三接地状态监测装置和第二雷击电流状态监测装置连接。
24.优选地，还包括：服务器和数据库；
25.所述服务器与所述数据库连接；
26.所述服务器分别与所述第一交换机、所述第二交换机、所述第一通信装置和所述第二通信装置连接。
27.一种风电场监测预警方法，包括如下步骤：
28.获取风电场各部件状态参数和雷击电流参数；
29.分别为所述风电场各部件状态参数和所述雷击电流参数赋予权重；
30.根据已赋权重的风电场各部件状态参数和已赋权重的雷击电流参数，获取雷电风险评分；
31.判断所述雷电风险评分是否超过预设安全评分；
32.若是，则输出预警信息。
33.优选地，所述风电场各部件状态参数包括：接地电阻状态、避雷器劣化状态、spd状态、大气电场状态和气象环境信息。
34.本发明提供了一种风电场监测预警系统，设置有采集模块、权重模块、风险评分模块、判断模块和预警模块。工作过程中，采集模块采集整个风电场中各部件的状态参数以及雷击电流参数，并将上述参数发送至权重模块；权重模块分别与各部件的状态参数和雷电电流参数赋予对应的权重，并将已赋予权重的各状态参数和已赋予权重的雷击电流参数发送至风险评分模块；风险评分模块根据上述赋予权重的参数计算获取雷击风险评分，并将雷击风险评分发送至判断模块；判断模块根据已获取的雷击风险评分与预设安全评价进行比较，若雷击风险评分低于预设安全评分，则继续监测，若雷击风险评分高于预设安全评分，则将该结果发送至预警模块；预警模块接收到该结果后，向工作人员输出预警信息。
35.现有技术中制定防雷措施的方法，仅参考雷击电流参数一点，而并未或较少考虑风电场各部件状态参数。但实际上，雷击风险预测为多种因素耦合的结果，该结果准确与否应当全面考虑到多种参数的影响。相比于现有技术，本发明考虑到多种参数，并为各个参数均赋予对应的权重，最终计算得出更为准确的雷击风险评分，若雷击风险评分超过预设安全评分，则向工作人员输出预警信息。
36.本发明还提供了一种风电场监测预警方法，该方法与该系统解决相同的技术问题，属于相同的技术构思，理应具有相同的有益效果，，在此不再赘述。
附图说明
37.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
38.图1为本发明实施例提供的一种风电场监测预警系统的结构示意图；
39.图2为本发明实施例提供的另一种风电场监测预警系统的结构示意图；
40.图3为本发明实施例提供的采集模块与无线传输模块的具体结构示意图；
41.图4为本发明实施例提供的一种风电场监测预警方法的流程图。
具体实施方式
42.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
43.本发明实施例采用递进的方式撰写。
44.本发明实施例提供了一种风电场监测预警系统及方法。主要解决现有技术中，防雷措施依靠单一因素进行制定，导致所制定的防雷措施不够准确的技术问题。
45.如图1所示，一种风电场监测预警系统，包括：
46.采集模块，用于采集风电场各部件状态参数和雷击电流参数；
47.权重模块，用于分别为风电场各部件状态参数和雷击电流参数赋予权重；
48.风险评分模块，用于根据已赋权重的风电场各部件状态参数和已赋权重的雷击电流参数，获取雷击风险评分；
49.判断模块，用于判断雷击风险评分是否超过预设安全评分；
50.预警模块，用于在判断结果为是时，输出预警信息。
51.风电场监测预警系统设置有采集模块、权重模块、风险评分模块、判断模块和预警模块。工作过程中，采集模块采集整个风电场中各部件的状态参数以及雷击电流参数，并将上述参数发送至权重模块；权重模块分别与各部件的状态参数和雷电电流参数赋予对应的权重，并将已赋予权重的各状态参数和已赋予权重的雷击电流参数发送至风险评分模块；风险评分模块根据上述赋予权重的参数计算获取雷击风险评分，并将雷击风险评分发送至判断模块；判断模块根据已获取的雷击风险评分与预设安全评价进行比较，若雷击风险评分低于预设安全评分，则继续监测，若雷击风险评分高于预设安全评分，则将该结果发送至预警模块；预警模块接收到该结果后，向工作人员输出预警信息；
52.实际运用过程中，风电场设置有风电机组、集电线路和升压站以及大气电场，三者通过电缆连接。分别在风电机组、集电线路和升压站均设置有采集模块，采集到三个场地的相关参数汇总后最终传输到控制系统中，通过控制系统内设置的权重模块、风险评分模块、
判断模块进行相应的计算与判断，通过与控制系统相连接的预警模块发出预警信息。
53.如图2所示，优选地，还包括：无线传输模块；
54.无线传输模块分别与采集模块和权重模块连接；
55.无线传输模块，用于汇总风电场各部件状态参数和雷击电流参数，并传输至权重模块中。
56.实际运用过程中，在控制系统内的权重模块与采集模块之间还设置有无线传输模块，当风电场各个部件的状态参数以及雷击电流参数由采集模块所采集后，分别通过对应的无线传输模块传输至权重模块。
57.优选地，采集模块包括：spd状态监测装置、雷击电流状态监测装置、避雷器状态监测装置、接地状态监测装置和大气电场监测装置。
58.实际运用过程中，采集模块包括但不限于：spd状态监测装置、雷击电流状态监测装置、避雷器状态监测装置、接地状态监测装置和大气电场监测装置；
59.在本实施例中，spd状态监测装置，用于监测spd在运行电压下的漏电流、雷击放电时的动作电流、能量、动作次数、雷击极性、雷击时间，判断spd劣化情况，分析spd的保护能力，进行spd寿命预警；
60.spd状态监测装置：(浪涌保护器)，也叫防雷器，是一种为各种电子设备、仪器仪表、通讯线路提供安全防护的电子装置。当电气回路或者通信线路中因为外界的干扰突然产生尖峰电流或者电压时，浪涌保护器能在极短的时间内导通分流，从而避免浪涌对回路中其他设备的损害。浪涌保护器，适用于交流50/60hz，额定电压220v至380v的供电系统中，对间接雷电和直接雷电影响或其他瞬时过压的电涌进行保护，适用于家庭住宅、第三产业以及工业领域电涌保护的要求；
61.接地状态监测装置，用于实时监测接地网的接地电压，接地电阻值，雷击泄流放电电流、能量、次数、雷击的极性、雷击时间、雷击路径。判断接地网劣化情况，分析接地网的保护能力；
62.雷击电流状态监测装置，用于监测引下线或泄流设施(轮毂碳刷等)的连接状态和连接电阻，在雷击放电时的动作电流、能量、动作次数、雷击极性、雷击时间，雷击路径。判断引下线连接状态，通流能力，分析多通道引下线时泄流路径；
63.避雷器状态监测装置，用于监测避雷器在运行电压下的全电流(漏电流)、雷击放电动作电流、能量、动作次数、雷击的极性、雷击时间，判断避雷器劣化情况，分析避雷器的保护能力，进行避雷器寿命预警；
64.大气电场监测装置，用于检测大气电场强度的变化与雷电的发生及强降水等天气现象密切相关，通过对大气电场的实时监测，在雷击发生前的5～30分钟发出雷电预警告警信号，对易受雷击的风机及时停止工作，并使风机桨叶停在最不容易接闪的位置，可以大大减小桨叶被雷电击中的可能，降低雷电损害。
65.大气电场监测装置，还用于监测空气温湿度、风速、风向、pm2.5、pm10、大气压力、雨量、负氧离子浓度等多种因素，研究在防雷装置的在不同天气条件下的电气参数变化。
66.如图3所示，优选地，无线传输模块包括：第一通信模块和第二通信模块；
67.第一通信模块与大气电场监测装置连接；
68.第二通信模块分别与第一避雷器状态监测装置和第一接地状态监测装置连接。
69.实际运用过程中，无线传输模块设置有第一通信模块和第二通信模块，第一通信模块与大气电场检测装置连接，将电场强度变化以及环境信息等数据传输至权重模块中；第二通信模块分别与第一避雷器状态监测装置和第一接地状态监测装置连接，将集电线路的避雷器状态和接地状态等信息传输至权重模块中。
70.优选地，无线传输模块还包括：第一交换机和第二交换机；
71.第一交换机分别与spd状态监测装置、第二接地状态监测装置和第一雷击电流状态监测装置连接；
72.第二交换机分别与第二避雷器状态监测装置、第三接地状态监测装置和第二雷击电流状态监测装置连接。
73.实际运用过程中，无线传输模块还设置有第一交换机和第二交换机；第一交换机分别与spd状态监测装置、第二接地状态监测装置和第一雷击电流装置连接，将风电机组的spd状态、接地状态、以及雷击电流数据传输至权重模块中；
74.第二交换机分别与第二避雷器状态监测装置、第三接地状态监测装置和第二雷击电流状态监测装置连接，将升压站内的避雷器状态、接地状态和雷击电流状态传输至权重模块中。
75.优选地，还包括：服务器和数据库；
76.服务器与数据库连接；
77.服务器分别与第一交换机、第二交换机、第一通信装置和第二通信装置连接。
78.实际运用过程中，还设置有服务器和数据库，服务器与第一交换机、第二交换机、第一通信装置和第二通信装置分别连接，采集装置通过上述装置将各部件的状态参数传输至服务器存储，并通过服务器传输至数据库中，作为历史数据以备后续调用。
79.如图4所示，一种风电场监测预警方法，包括如下步骤：
80.s1.获取风电场各部件状态参数和雷击电流参数；
81.s2.分别为风电场各部件状态参数和雷击电流参数赋予权重；
82.s3.根据已赋权重的风电场各部件状态参数和已赋权重的雷击电流参数，获取雷电风险评分；
83.s4.判断雷电风险评分是否超过预设安全评分；
84.s5.若是，则输出预警信息。
85.步骤s1中，通过对应的传感器采集并获取风电场各部件状态参数和雷击电流参数；
86.步骤s2中，分别为各部件状态参数和雷击电流参数赋予权重；
87.步骤s3中，根据已赋予权重的各部件状态参数和雷击电流参数，和预设公式计算获取雷电风险评分；
88.步骤s4中，根据实际需要提前预设安全评分，判断雷电风险评分是否大于预设安全评分；
89.步骤s5中，若雷电风险评分大于预设安全评分，则输出预警信息。
90.优选地，风电场各部件状态参数包括：接地电阻状态、避雷器劣化状态、spd状态、大气电场状态和气象环境信息。
91.实际运用过程中，通过spd状态监测装置采集风电场中的spd状态，通过避雷器状
态监测装置采集避雷器劣化状态、通过接地状态监测装置采集接地电阻状态，通过大气电场监测装置采集大气电场状态和气象环境信息。
92.在本技术所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的方法和系统，可以通过其它的方式实现。以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如，模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个模块或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。
93.另外，在本发明各实施例中的各功能模块可以全部集成在一个处理器中，也可以是各模块分别单独作为一个器件，也可以两个或两个以上模块集成在一个器件中；本发明各实施例中的各功能模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
94.本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令及相关的硬件来完成，前述的程序指令可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序指令在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器(read on ly memory，rom)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
95.应当理解，本技术中如若使用了“系统”、“装置”、“单元”和/或“模块”，仅是用于区分不同级别的不同组件、元件、部件、部分或装配的一种方法。然而，如果其他词语可实现相同的目的，则可通过其他表达来替换该词语。
96.如本技术和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其它的步骤或元素。由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
97.其中，在本技术实施例的描述中，除非另有说明，“/”表示或的意思，例如，a/b可以表示a或b；本文中的“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，在本技术实施例的描述中，“多个”是指两个或多于两个。
98.以下，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
99.本技术中如若使用了流程图，则该流程图是用来说明根据本技术的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或后面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各个步骤。同时，也可以将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。
100.以上对本发明所提供的一种风电场监测预警系统及方法进行了详细介绍。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在
不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种风电场监测预警系统，其特征在于，包括：采集模块，用于采集风电场各部件状态参数和雷击电流参数；权重模块，用于分别为所述风电场各部件状态参数和所述雷击电流参数赋予权重；风险评分模块，用于根据已赋权重的风电场各部件状态参数和已赋权重的雷击电流参数，获取雷击风险评分；判断模块，用于判断所述雷击风险评分是否超过预设安全评分；预警模块，用于在判断结果为是时，输出预警信息。2.如权利要求1所述的风电场监测预警系统，其特征在于，还包括：无线传输模块；所述无线传输模块分别与所述采集模块和所述权重模块连接；所述无线传输模块，用于汇总风电场各部件状态参数和雷击电流参数，并传输至所述权重模块中。3.如权利要求2所述的风电场监测预警系统，其特征在于，所述采集模块包括：spd状态监测装置、雷击电流状态监测装置、避雷器状态监测装置、接地状态监测装置和大气电场监测装置。4.如权利要求3所述的风电场监测预警系统，其特征在于，所述无线传输模块包括：第一通信模块和第二通信模块；所述第一通信模块与所述大气电场监测装置连接；所述第二通信模块分别与第一避雷器状态监测装置和第一接地状态监测装置连接。5.如权利要求4所述的风电场监测预警系统，其特征在于，所述无线传输模块还包括：第一交换机和第二交换机；所述第一交换机分别与所述spd状态监测装置、第二接地状态监测装置和第一雷击电流状态监测装置连接；所述第二交换机分别与第二避雷器状态监测装置、第三接地状态监测装置和第二雷击电流状态监测装置连接。6.如权利要求5所述的风电场监测预警系统，其特征在于，还包括：服务器和数据库；所述服务器与所述数据库连接；所述服务器分别与所述第一交换机、所述第二交换机、所述第一通信装置和所述第二通信装置连接。7.一种风电场监测预警方法，其特征在于，包括如下步骤：获取风电场各部件状态参数和雷击电流参数；分别为所述风电场各部件状态参数和所述雷击电流参数赋予权重；根据已赋权重的风电场各部件状态参数和已赋权重的雷击电流参数，获取雷电风险评分；判断所述雷电风险评分是否超过预设安全评分；若是，则输出预警信息。8.如权利要求7所述的风电场监测预警方法，其特征在于，所述风电场各部件状态参数包括：接地电阻状态、避雷器劣化状态、spd状态、大气电场状态和气象环境信息。

技术总结
本发明公开了一种风电场监测预警系统及方法，系统包括：采集模块，用于采集风电场各部件状态参数和雷击电流参数；权重模块，用于分别为所述风电场各部件状态参数和所述雷击电流参数赋予权重；风险评分模块，用于根据已赋权重的风电场各部件状态参数和已赋权重的雷击电流参数，获取雷击风险评分；判断模块，用于判断所述雷击风险评分是否超过预设安全评分；预警模块，用于在判断结果为是时，输出预警信息。本发明考虑到多种参数，并为各个参数均赋予对应的权重，最终计算得出更为准确的雷击风险评分，若雷击风险评分超过预设安全评分，则向工作人员输出预警信息。方法具有相同的有益效果。效果。效果。


技术研发人员：孙仕辉 杨鑫 蔡晔 陈春 刘学林 刘彪 李志运 陈理 项羿雨
受保护的技术使用者：长沙理工大学
技术研发日：2023.05.30
技术公布日：2023/8/28