风电场雷电监测系统及方法
【专利摘要】本发明提供一种风电场雷电监测系统，包括：工业相机，用于连续拍摄风电场的雷电图像；电场天线，用于检测雷电所产生的瞬时电场强度；工控机，分别与工业相机和电场天线连接，用于将所述雷电图像与瞬时电场强度进行匹配。相应的，还提供一种风电场雷电监测方法，由上，通过工业相机拍摄雷电图像判断风力发电机是否被雷击，以及通过电场天线检测雷击所产生的瞬时电场强度确定风力发电机的受损，在实现雷电监测的同时，大量降低成本。
【专利说明】风电场雷电监测系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种风电场监控【技术领域】，特别是指一种风电场雷电监测系统及方 法。
【背景技术】
[0002] 风力发电机组高度一般为几十甚至上百米，且多矗立在空旷区域，极易遭受雷击。 据统计，每年约有1%的风力发电机组因雷击而严重损坏。随着风力发电机组的大型化，其 耐受雷击的能力也显著增强，雷击并不一定造成风力发电机组立即损坏，而是给其带来隐 性缺陷，风力发电机组运行一段时间后，缺陷极可能恶化并传递给相邻设备部件，造成设备 的严重损坏事故。因此，有必要在风电场配备雷电活动监测系统，以统计风电场雷击数据、 确认雷击位置，进而安排有针对性的设备检修和缺陷排查，防止严重损坏事故的发生。
[0003] 现有的技术方案主要有两种：一种是通过在风力发电机组加装电流传感器来确定 本台风力发电机组是否遭受雷击；另一种则是通过雷电产生的瞬态电磁场估算雷击位置。
[0004] 其中，采用雷电流传感器的技术方案，虽然可以精准的确定被雷击中的风力发电 机组，然而需要在每台风力发电机组上安装电流传感器并与升压站进行通信，由于风力发 电机组数量较大、且比较分散，此技术方案的成本非常高；另外，利用雷电瞬态电磁场估算 雷击位置的方案，但其定位误差要远大于风力发电机组之间的距离，难以确定被雷击中的 风力发电机组的具体位置，因此不适用于风电场的雷电监测。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种风电场雷电监测系统及方法，通过拍 摄雷电图像判断电场是否被雷击，以及通过检测雷击所产生的电场强度确定风力发电机的 受损，在实现雷电监测的同时，大量降低成本。
[0006] 所述风电场雷电监测系统，包括：
[0007] 工业相机，用于连续拍摄风电场的雷电图像；
[0008] 电场天线，用于检测雷电所产生的瞬时电场强度；
[0009] 工控机，分别与工业相机和电场天线连接，用于将所述雷电图像与瞬时电场强度 进行匹配。
[0010] 由上，通过工业相机拍摄雷电图像判断风力发电机是否被雷击，以及通过电场天 线检测雷击所产生的电场强度确定风力发电机的受损，在实现雷电监测的同时，大量降低 成本。
[0011] 可选的，还包括电场仪，用于检测风电场所在位置的地面电场强度；
[0012] 所述工控机还与电场仪连接，用于依据地面电场强度控制工业相机开启。
[0013] 由上，仅当风电场所在位置上空达到雷电条件时，控制工业相机开启，实现避免工 业相机总处于开启状态，减少工业相机的拍摄数量，从而降低判断雷击的工作量。
[0014] 可选的，工控机依据反时限特性曲线控制工业相机开启的时延时间。
[0015] 由上，实现避免工业相机频繁的开启，且延长工业相机的使用寿命。
[0016] 较佳的，所述工业相机至少包括第一工业相机，第二工业相机、第三工业相机和第 四工业相机，所述四个工业相机分别朝向风电场的不同角度设置。
[0017] 由上，实现工业相机对风电场的无死角拍摄。
[0018] 可选的，所述工业相机与工控机之间，还包括图像识别单元，用于依据工业相机所 拍摄前后帧图像的差别，识别出现雷电的图像。
[0019] 由上，通过筛选出所拍摄的出现雷电的图像，进一步降低后期判断风力发电机是 否被击中的工作量。
[0020] 可选的，所述图像识别单元包括：
[0021] 滤波模块，用于对所采集的图像行滤波处理，消除图像噪声；
[0022] 像素灰度转换模块，与滤波模块连接，用于对改变图像的色彩属性，将所拍摄的彩 色图像转换为灰度图像；
[0023] 灰度偏差计算模块，与像素灰度转换模块连接，用于将当前帧图像与前一帧图像 的各个像素点的灰度值进行差分运算，并将运算结果存放至一个数组当中；
[0024] 灰度偏差判断模块，与灰度偏差计算模块连接，用于判断当连续像素的灰度差超 过预期值时，认为当前帧图像中出现雷电。
[0025] 由上，实现自动识别出现雷电的图像。
[0026] 进一步的，还包括时钟单元，分别与工业相机和电场天线连接，用于分别对工业相 机所拍摄的雷电图像和电场天线检测的瞬时电场强度加盖时间戳。
[0027] 由上，通过判断同一时间产生的雷电图像和瞬时电场强度，即可将二者进行匹配。
[0028] 本申请还提供一种风电场雷电监测方法，包括步骤：
[0029] A、电场仪检测地面电场强度；
[0030] B、工控机依据地面电场强度控制工业相机开启；
[0031] C、电场天线检测雷电所产生的瞬时电场强度，工控机接收工业相机所拍摄的雷电 图像，以及接收电场天线检测的雷电所产生的瞬时电场强度，将所述雷电图像与瞬时电场 强度进行匹配；
[0032] D、判断被击中的风力发电机编号，计算被击中的雷电流峰值。
[0033] 由上，通过工业相机拍摄雷电图像判断风力发电机是否被雷击，以及通过电场天 线检测雷击所产生的电场强度确定风力发电机的受损，在实现雷电监测的同时，大量降低 成本。
[0034] 可选的，所述步骤C之前还包括识别出现雷电图像的步骤，包括：
[0035] 对所采集的图像行滤波处理，消除图像噪声；
[0036] 将图像进行灰度转换，有彩色图像转换为灰度图像；
[0037] 将当前帧图像与前一帧图像的各个像素点的灰度值进行差分运算，并将运算结果 存放至一个数组当中；
[0038] 当数组中出现连续像素灰度差超过预期值时，认为当前帧图像出现雷电。
[0039] 由上，通过筛选出所拍摄的出现雷电的图像，进一步降低后期判断风力发电机是 否被击中的工作量。
[0040] 可选的，步骤C中工控机依据时间戳将雷电图像和瞬时电场强度进行匹配。
[0041] 由上，通过判断同一时间产生的雷电图像和瞬时电场强度，即可将二者进行匹配。
【专利附图】
【附图说明】
[0042] 图1为风电场雷电监测系统的原理示意图；
[0043] 图2为工业相机的启动时延示意图；
[0044] 图3为工业相机的停止时延示意图；
[0045] 图4为工业相机的排布示意图；
[0046] 图5为风电场雷电监测方法的流程图。
【具体实施方式】
[0047] 下面将结合附图，对本发明风电场雷电监测系统及方法的实施例进行详细描述。
[0048] 如图1所示，风电场雷电监测系统包括工控机10,以及分别与工控机10连接的电 场仪20、工业相机30和电场天线40。
[0049] 所述电场仪20用于检测地面电场强度。
[0050] 在晴天时，地面电场带电量为50?300V/m，临下雨前地面电场带电量可达到 0. 3?IKV V/m，而稳定降水时，地面电场带电量为0. 5?3V/m，当大雨、雷暴或阵雨等天气 时，地面电场带电量为2?10V/m。通过电场仪20检测地面电场强度，可实现对当地上空一 定距离范围内云层带电状态进行准确判断。
[0051] 工控机10接收电场仪20所检测的地面电场强度，依据所述地面电场强度输出控 制信号，以启动工业相机30。启动的时延时间T iaa根据所述地面电场强度确定，地面电场 强度越高则时延时间越短，地面电场强度越低则时延时间越长。所述工业相机30的启动时 延时间控制如图2所示，采用反时限特性曲线法，预设地面电场强度的上限值E max和下限值 Emin，当地面电场强度E <下限值Emin时，无需启动工业相机30。当下限值Emin <地面电场 强度E <上限值Emax时，启动的时延时间
【权利要求】
1. 一种风电场雷电监测系统，其特征在于，包括： 工业相机，用于连续拍摄风电场的雷电图像； 电场天线，用于检测雷电所产生的瞬时电场强度； 工控机，分别与工业相机和电场天线连接，用于将所述雷电图像与瞬时电场强度进行 匹配。
2. 根据权利要求1所述的风电场雷电监测系统，其特征在于，还包括电场仪，用于检测 风电场所在位置的地面电场强度； 所述工控机还与电场仪连接，用于依据地面电场强度控制工业相机开启。
3. 根据权利要求2所述的风电场雷电监测系统，其特征在于，工控机依据反时限特性 曲线控制工业相机开启的时延时间。
4. 根据权利要求1所述的风电场雷电监测系统，其特征在于，所述工业相机至少包括 第一工业相机，第二工业相机、第三工业相机和第四工业相机，所述四个工业相机分别朝向 风电场的不同角度设置。
5. 根据权利要求4所述的风电场雷电监测系统，其特征在于，所述工业相机与工控机 之间，还包括图像识别单元，用于依据工业相机所拍摄前后帧图像的差别，识别出现雷电的 图像。
6. 根据权利要求5所述的风电场雷电监测系统，其特征在于，所述图像识别单元包括： 滤波模块，用于对所采集的图像行滤波处理，消除图像噪声； 像素灰度转换模块，与滤波模块连接，用于对改变图像的色彩属性，将所拍摄的彩色图 像转换为灰度图像； 灰度偏差计算模块，与像素灰度转换模块连接，用于将当前帧图像与前一帧图像的各 个像素点的灰度值进行差分运算，并将运算结果存放至一个数组当中； 灰度偏差判断模块，与灰度偏差计算模块连接，用于判断当连续像素的灰度差超过预 期值时，认为当前帧图像中出现雷电。
7. 根据权利要求4所述的风电场雷电监测系统，其特征在于，还包括时钟单元，分别与 工业相机和电场天线连接，用于分别对工业相机所拍摄的雷电图像和电场天线检测的瞬时 电场强度加盖时间戳。
8. -种风电场雷电监测方法，其特征在于，包括步骤： A、 电场仪检测地面电场强度； B、 工控机依据地面电场强度控制工业相机开启； C、 电场天线检测雷电所产生的瞬时电场强度，工控机接收工业相机所拍摄的雷电图 像，以及接收电场天线检测的雷电所产生的瞬时电场强度，将所述雷电图像与瞬时电场强 度进行匹配； D、 判断被击中的风力发电机编号，计算雷电流峰值。
9. 根据权利要求8所述的风电场雷电监测方法，其特征在于，所述步骤C之前还包括识 别出现雷电图像的步骤，包括： 对所采集的图像行滤波处理，消除图像噪声； 将图像进行灰度转换，有彩色图像转换为灰度图像； 将当前帧图像与前一帧图像的各个像素点的灰度值进行差分运算，并将运算结果存放 至一个数组当中； 当数组中出现连续像素灰度差超过预期值时，认为当前帧图像出现雷电。
10.根据权利要求8所述的风电场雷电监测方法，其特征在于，步骤C中工控机依据时 间戳将雷电图像和瞬时电场强度进行匹配。
【文档编号】G01R29/08GK104459349SQ201310415036
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2013年9月12日 优先权日:2013年9月12日
【发明者】王顺超, 王建国, 张宝全, 吴金城 申请人:龙源电力集团股份有限公司