[發明專利]一種利用恒溫式熱線風速儀的風速測量系統及方法

在審

• 申請號: 202011270447.2
• 申請日: 2020-11-13
• 公開（公告）號: CN112326998A
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發明（設計）人: 林偉榮;劉鵬程;馬宏怡;呂建波;王文鋒;王維海;許揚;王煥君;蔡安民;郭辰
• 申請（專利權）人: 中國華能集團清潔能源技術研究院有限公司;華能新能源股份有限公司山東分公司;華能山東發電有限公司萊州風電分公司
• 主分類號: G01P5/10
• 分類號: G01P5/10
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 安彥彥

1.一種利用恒溫式熱線風速儀的風速測量系統，其特征在于，包括電流信號總接收器(6)、通訊模塊(7)、電流分流調節處理器(8)、電流源(9)、數據處理單元(13)、數據接收與存儲器(14)和若干熱線探針(10)；

若干熱線探針(10)依次設置在風電機組任意一個葉片的葉根截面(1)至葉尖截面(2)的前緣中心線(5)上；熱線探針(10)包括熱線金屬絲(11)、探針溫度傳感器(20)和環境溫度傳感器(21)；熱線金屬絲(11)和環境溫度傳感器(21)露出葉片表面，探針溫度傳感器(20)與熱線金屬絲(11)連接，探針溫度傳感器(20)和環境溫度傳感器(21)分別與數據處理單元(13)連接，熱線金屬絲(11)和數據處理單元(13)分別與電流分流調節處理器(8)連接，電流分流調節處理器(8)分別與電流信號總接收器(6)和電流源(9)連接，電流信號總接收器(6)通過通訊模塊(7)與數據接收與存儲器(14)連接。

2.根據權利要求1所述的利用恒溫式熱線風速儀的風速測量系統，其特征在于，熱線探針(10)還包括連接桿(16)和兩根固定在前緣中心線(5)上的叉桿(12)；叉桿(12)垂直設置在前緣中心線(5)所在葉片表面的外部，且兩根叉桿(12)互相平行，熱線金屬絲(11)與兩根叉桿(12)固定連接；一根叉桿(12)通過連接桿(16)與電流分流調節處理器(8)連接，另一根通過連接桿(16)接地。

3.根據權利要求2所述的利用恒溫式熱線風速儀的風速測量系統，其特征在于，兩根叉桿(12)外部包裹有保護罩(15)，保護罩(15)內填充有絕緣材料。

4.根據權利要求2所述的利用恒溫式熱線風速儀的風速測量系統，其特征在于，叉桿(12)與連接桿(16)的材質為銅或銀。

5.根據權利要求1所述的利用恒溫式熱線風速儀的風速測量系統，其特征在于，相鄰熱線探針(10)的環形掃掠面積相等。

6.根據權利要求1所述的利用恒溫式熱線風速儀的風速測量系統，其特征在于，電流源(9)的接地端依次經風機葉片、輪轂、機艙和塔筒后接地。

7.根據權利要求1所述的利用恒溫式熱線風速儀的風速測量系統，其特征在于，通訊模塊(7)為無線通訊模塊。

8.采用權利要求1～7任意一項所述利用恒溫式熱線風速儀的風速測量系統進行風速測量的方法，其特征在于，包括：

電流分流調節處理器(8)將來自電流源(9)的電流分流后輸出至每個熱線探針(10)，熱線金屬絲(11)通電流后發熱，數據處理單元(13)將探針溫度傳感器(20)測得的探針溫度數據和環境溫度傳感器(21)測得的環境溫度數據處理后發送至電流分流調節處理器(8)，電流分流調節處理器(8)預設有探針溫度和環境溫度的差值，電流分流調節處理器(8)根據探針溫度和環境溫度差值的預設值和實測值，對熱線探針(10)的電流值進行調節，直至探針溫度和環境溫度的差值達到預設值；電流信號總接收器(6)將熱線探針(10)的電流值經通訊模塊(7)發送至數據接收與存儲器(14)，數據接收與存儲器(14)根據熱線探針(10)的電流值結合經校準的電流值與風速的對應關系測得風速值。

9.根據權利要求8所述的采用利用恒溫式熱線風速儀的風速測量系統進行風速測量的方法，其特征在于，根據測得的風速值，計算一個數據記錄周期T內設有熱線探針(10)的葉片掃過的圓環區域的風動能為：

其中，r_i為第i個熱線探針所在掃掠面積的半徑；n為風輪的轉速；u_i,w為第i個熱線探針所在位置的風速；ρ為空氣密度；

設有熱線探針(10)的葉片掃過一周時，數據記錄周期的數量N_T＝60/(nT)，整個風輪掃掠面積內的風動能為：