[实用新型]一种风电场超声波风速检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种超声波测量装置，特别涉及一种利用超声波测量风电场风速、风向的检测方法及装置。

背景技术

随着化石能源的逐渐减少，风能作为一种无污染且蕴藏巨大能量的能源，它的开发利用受到人们关注。据统计全世界风能的总量约为1.3*105GW，风能的主要利用形式是风力发电，全球风能产业正以每年20%的增速扩张，2015年风能行业总产值将增至目前水平的5倍。随着大型风力发电场的开发和建设，风电场规划和运行的研究工作越来越重要，要达到系统安全稳定运行且最大化利用风能这个目标，无论是在风电机组选址安装前还是在风电场运行后，都非常有必要对风速温度进行实时监测。

风速、风向、温度等参数检测在风电场的运行中起到关键作用，在欧美和亚洲少数发达国家纷纷建立自动气象参数观测站，建立包括风电站的历史数据、测风数据、温度数据、风电场资源评价数据、风电场参数预报和服务资料的数据库。

目前国内的风能检测站采用的风速风向和温度测量设备基于不同的技术，风速风向检测设备是机械式的,机械式设备存在转动部件，容易产生磨损，可能会受到恶劣天气（沙尘和盐雾等）的损害。同时由于摩擦的存在，风速低于启动值时将不能驱动螺旋桨或者风杯进行旋转。而温度测量则采用热电偶、热电阻等，存在精度不高等问题。采用超声波技术可对风速、风向和温度同时测量，具有测量速度快、精确高、测量范围广等优点，而且利用高精度的气流、温度实时数据可实现三维气流、温度流场图像重建，满足风电场对局部环境风速风向和温度分布的需求。中国专利200810101288.6“超声波风速仪及运用超声波测量风速和风向的方法”只能测量二维风速。中国专利201010608611.6“一种风力发电机组超声波风速风向测量装置”也仅能测量二维风速、风向；中国专利201110123546.2“超声波三维测风方法和三维超声波风速风向仪”可以简单的获取三维风速风向，但当风向垂直于其中一对水平探头时，导致水平方向上的2对探头支架所受风力相差很大，在一定程度上影响测量精度。

发明内容

本发明目的是克服现有二维超声波风速、风向技术的不足，提出一种新型风电场三维超声波风速、风向测量装置。本发明在环境、能源和气象等领域具有广阔的应用前景。

本发明采用以下技术方案：

本发明风电场超声波风速检测装置利用超声脉冲直接时差法实现对风电场三维风速的全方位检测。首先利用三组成120度夹角的超声波探头对分时发射和接收超声脉冲信号，然后根据每对超声波探头之间的距离和超声脉冲信号传输的时间计算得到超声波探头对所在方向上的风速，最后计算得到实际三维风速、风向值。

本发明利用120度夹角的超声波探头对可以使任何一个方向上来风时安装超声波探头的小支架受力均衡，减小测量误差。

本发明风电场超声波风速检测装置包括：底座、支撑结构和电路模块。所述的底座固定在测风塔或者风电场任何需要测量风速的固定架上，底座中心位置开有螺孔，通过螺钉连接支撑结构的不锈钢筒。底座形状可以是圆形的也可以是方形的，也可以根据风电场安装环境设计成任意形状。支撑结构固定在底座上，电路模块置于支撑结构的不锈钢筒内。