风电机组噪声抑制系统及方法与流程

1.本发明属于风力发电技术领域，更具体地涉及一种风电机组噪声抑制系统及方法。


背景技术：

2.风电作为一种清洁能源，是近年来国家大力发展的新能源。过去风电项目主要分布在人烟稀少地区，但随着陆上风资源的不断开发，部分风电场区已经濒临或涉及居民居住地或自然保护区，特别是近年来分散式风电的应用和建设，随之而来的噪声影响已不容忽视。
3.风电机组噪声污染源包括运行中的风电机组的叶片噪声、传动链机械噪声、偏航机械噪声、电气噪声等。作为一种新型的环境污染，风电噪声污染如果不加以控制轻则引起敏感人群的不适，严重时还可能会对人类健康、经济养殖、动物生存等产生不利影响。
4.为减小风电机组运行时的噪声污染，现有技术中已提出了一些方法，如申请号为201810480707.5的中国发明专利申请公开了“用于风力发电机组的噪声控制的方法和装置”，尽管可在一定程度上减少风机运行时产生的噪声污染影响，但同时会对机组发电效果产生不利影响。


技术实现要素：

5.本发明的目的是设计一种全新的风电机组噪声抑制系统及方法，在不影响发电效率和经济效益的情况下最大限度消除风电机组噪声影响。
6.为此，在本发明的一个方面，提供了一种风电机组噪声抑制系统，所述风电机组噪声抑制系统应用在风电机组中，所述风电机组包括叶轮系统、偏航系统、控制系统、风况采集装置、塔筒；所述风电机组噪声抑制系统包括设置在所述风电机组中的定位装置、环境噪声采集装置、发声装置、以及控制器，所述控制器内置有数据库，所述数据库预存有风电机组周边应避免噪声污染区域的地理信息。
7.可选地，在上述风电机组噪声抑制系统中，所述定位装置集成在所述控制系统中。
8.可选地，在上述风电机组噪声抑制系统中，所述定位装置独立配置在所述风电机组中并与所述控制系统以通讯方式传输数据。
9.优选地，在上述风电机组噪声抑制系统中，所述环境噪声采集装置以正交的4个方向设置在风电机组机舱外部。
10.优选地，在上述风电机组噪声抑制系统中，在风电机组机舱罩尾部下方和所述叶轮系统的中心位置均设置有所述发声装置。
11.可选地，在上述风电机组噪声抑制系统中，所述控制器是风电机组的所述控制系统本身。
12.可选地，在上述风电机组噪声抑制系统中，所述控制器为独立控制器并与所述控制系统以通讯方式传输数据。
13.优选地，上述风电机组噪声抑制系统还包括矫正噪声采集装置，所述矫正噪声采集装置布置在风电机组周边噪声污染影响区域的范围内。
14.此外，在本发明的另一个方面，提供了一种利用上述风电机组噪声抑制系统实施的风电机组噪声抑制方法，所述风电机组噪声抑制方法包括如下步骤：
15.s1、定位装置确定风电机组的地理坐标，所述地理坐标包括风电机组的经度、纬度、海拔；
16.s2、控制器获取风电机组叶轮直径和塔筒高度；
17.s3、控制器通过风况采集装置采集风速和风向信息；
18.s4、控制器根据步骤s1确定的风电机组地理坐标、步骤s2获取的风电机组叶轮直径和塔筒高度、步骤s3获取的风速和风向信息，计算确定风电机组周边噪声污染影响区域；
19.s5、控制器调取控制器的数据库预存的风电机组周边应避免噪声污染区域的地理信息；
20.s6、控制器计算步骤s4确定的噪声污染影响区域与步骤s5调取的应避免噪声污染区域的交集，并将该交集设定为发声装置的应工作区域；
21.s7、发声装置工作，向应工作区域发出抵消环境噪声的反向声波以补偿和消除外界环境噪声。
22.优选地，在上述风电机组噪声抑制方法中，所述步骤s7包括如下子步骤：
23.s71、控制器判断步骤s6中计算的交集是否为空，如交集为空，则跳转至步骤s72；如果交集不为空，则跳转至步骤s73；
24.s72、发声装置处于不工作的待机状态；
25.s73、控制器检测风电机组是否处于运行状态，如果风电机组处于非运行状态，则跳转至步骤s72；如果风电机组处于运行状态，则跳转至步骤s74；
26.s74、环境噪声采集装置检测当前的外界环境噪声强度；
27.s75、控制器判断当前的外界环境噪声强度是否大于预设阈值，如果当前的外界环境光照强度不大于预设阈值，则跳转至步骤s72；如果当前的外界环境噪声强度大于预设阈值，则跳转至步骤s76；
28.s76、发声装置处于工作状态，向应工作区域发出抵消环境噪声的反向声波以补偿和消除外界环境噪声。
29.优选地，在上述风电机组噪声抑制方法中，所述步骤s76包括：
30.步骤s761：环境噪声采集装置检测外界环境噪声的声音波形，所述声音波形包括频率、幅值、相位；
31.步骤s762：控制器对外界环境噪声的声音波形进行滤波与处理，生成外界环境噪声的反向波形信号并发送到发声装置；
32.步骤s763：发声装置按照外界环境噪声的反向波形信号生成并发出与外界环境噪声相等的反向干扰声波。
33.优选地，上述风电机组噪声抑制方法还包括在步骤s7之后进行步骤s8：利用布置在风电机组周边噪声污染影响区域范围内的矫正噪声采集装置，采集经步骤s7补偿和消除外界环境噪声后的矫正噪声的声音波形信息，并将矫正噪声的声音波形信息传回控制器，控制器根据矫正噪声的声音波形信息控制发声装置修正所发出的反向干扰声波。
34.本发明的风电机组噪声抑制系统及方法通过对不同地点、运行工况下的风电机组采用相应的控制措施，对风电机组运行产生的噪声进行主动降噪，能够在不影响发电效率和经济效益的前提下保证风电机组运行时的噪声污染影响最小化。
附图说明
35.为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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。
36.图1a和图1b是本发明的风电机组噪声抑制系统的结构示意图；
37.图2是本发明的风电机组噪声抑制方法的流程示意图；
38.图3是本发明的风电机组噪声抑制方法中发声装置的工作流程示意图。
具体实施方式
39.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，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。
40.本发明的风电机组噪声抑制系统应用在风电机组中，如图1a和图1b所示，风电机组包括叶轮系统1、偏航系统2、控制系统3、风况采集装置4、塔筒5，本发明的风电机组噪声抑制系统包括设置在风电机组中的定位装置6、环境噪声采集装置7、发声装置8、以及控制器。
41.定位装置6可以集成到控制系统3中，也可以独立配置在风电机组中任何其它位置并与控制系统3以通讯方式传输数据。
42.环境噪声采集装置7可以设置在风电机组机舱外部，例如可以在机舱外部以正交的4个方向布置多个环境噪声采集装置7。环境噪声采集装置7的数量不限，可以根据实际情况自由增减。
43.发声装置8可以设置在风电机组机舱罩尾部下方、设置在叶轮系统1的中心位置，当然发声装置8也可以通过杆塔等方式布置在任何可以将声音覆盖到风电机组周边噪声污染影响区域的位置。发声装置8的数量不限，可以根据实际情况自由增减。发声装置8的声音发射角度是固定的或者也可以是以云台等方式可调的。
44.控制器可以是风电机组的控制系统3本身，或者控制器也可以采用独立控制器的形式并与控制系统3以通讯方式传输数据。控制器内置有数据库，该数据库预存有风电机组周边应避免噪声污染区域的地理信息。
45.优选地，为了实时获取风电机组噪声抑制效果以及对发声装置8提供反馈控制，本发明的风电机组噪声抑制系统还可以设置有矫正噪声采集装置，矫正噪声采集装置布置在风电机组周边噪声污染影响区域的范围内，矫正噪声采集装置的数量可以根据实际情况自由增减。
46.如图2所示，利用上述风电机组噪声抑制系统实施的本发明的风电机组噪声抑制
方法包括如下步骤：
47.s1、定位装置6确定风电机组的地理坐标，上述地理坐标包括风电机组的经度、纬度、海拔；
48.s2、控制器获取风电机组叶轮直径和塔筒高度；
49.s3、控制器通过风况采集装置4采集风速和风向信息；
50.s4、控制器根据步骤s1确定的风电机组地理坐标、步骤s2获取的风电机组叶轮直径和塔筒高度、步骤s3获取的风速和风向信息，计算确定风电机组周边噪声污染影响区域；
51.s5、控制器调取其数据库预存的风电机组周边应避免噪声污染区域的地理信息；
52.s6、控制器计算步骤s4确定的噪声污染影响区域与步骤s5调取的应避免噪声污染区域的交集，并将该交集设定为发声装置8的应工作区域；
53.s7、发声装置8作为次级声源工作，向其应工作区域发出抵消环境噪声的反向声波以补偿和消除外界环境噪声。
54.优选地，在步骤s7中，根据噪声污染影响区域与应避免噪声污染区域二者之间的交集是否为空、风电机组的运行状态、环境噪声强度，发声装置8进行工作，因此，如图3所示，步骤s7包括如下子步骤：
55.s71、控制器判断步骤s6中计算的交集是否为空，如交集为空，即应避免噪声污染区域并不处于噪声污染影响区域内，则跳转至步骤s72；如果交集不为空，即应避免噪声污染区域至少部分处于噪声污染影响区域内，则跳转至步骤s73；
56.s72、发声装置8处于不工作的待机状态；
57.s73、控制器检测风电机组是否处于运行状态，如果风电机组处于非运行状态，则跳转至步骤s72；如果风电机组处于运行状态，则跳转至步骤s74；
58.s74、环境噪声采集装置7检测当前的外界环境噪声强度；
59.s75、控制器判断当前的外界环境噪声强度是否大于预设阈值，如果当前的外界环境光照强度不大于预设阈值，则跳转至步骤s72；如果当前的外界环境噪声强度大于预设阈值，则跳转至步骤s76；
60.s76、发声装置8处于工作状态，向其应工作区域发出抵消环境噪声的反向声波以补偿和消除外界环境噪声。
61.优选地，在步骤s76中，发声装置8向其应工作区域发出抵消环境噪声的反向声波包括：
62.步骤s761：环境噪声采集装置7检测外界环境噪声的声音波形，该声音波形包括频率、幅值、相位；
63.步骤s762：控制器对外界环境噪声的声音波形进行滤波与处理，生成外界环境噪声的反向波形信号并发送到发声装置8；
64.步骤s763：发声装置8按照外界环境噪声的反向波形信号生成并发出与外界环境噪声相等的反向干扰声波，其中，“与外界环境噪声相等的反向干扰声波”是指反向干扰声波与外界环境噪声声音波形的频率及相位相等、幅值相反，由此，反向声波与外界环境噪声叠加后幅值为0，从而消除外界环境噪声。
65.优选地，在步骤s76中，发声装置8的声音发射角度是固定的，或者也可以根据步骤s4中确定的风电机组周边的实时噪声污染影响区域动态调整。
66.优选地，本发明的风电机组噪声抑制方法还包括在步骤s7之后进行步骤s8：利用布置在风电机组周边噪声污染影响区域范围内的矫正噪声采集装置，采集经步骤s7补偿和消除外界环境噪声后的矫正噪声的声音波形信息，并将矫正噪声的声音波形信息传回控制器，控制器根据矫正噪声的声音波形信息控制发声装置8修正所发出的反向干扰声波。
67.利用本发明的风电机组噪声抑制系统及方法，通过对不同地点、运行工况下的风电机组采用相应的控制措施，对风电机组运行产生的噪声进行主动降噪，在不影响发电效率和经济效益的前提下保证风电机组运行时的噪声污染影响最小化。
68.需要说明的是，在本文中，术语“包括”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。同时，本文中使用的术语“连接”等应做广义理解，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连。此外，本文中“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“内”、“外”等均以附图中表示的放置状态为参照。
69.还需要说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明的范围。