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[NI技术]采用NI LabVIEW测试 风力涡轮机的噪声排 放

图1.WiFi天线 和两个麦克风，放置 于地面的反射平面上 并覆盖有挡风板 WiFi

Author (s):

Carsten Thomsen -

"我们之所以选择 LabVIEW开发 环境是由于它与各种 NI数据采集模块的 无缝集成、出色的信 号处理能力以及它能 够连接风力涡轮机控 制系统的各类数字端 口。 此外， TDMS数据格式还 能够提供一个稳健而 高效的解决方案，几 乎可以无限量地存储 高通道数据。"

- Carsten Thomsen,

The Challenge:

提供一个标准化的测 试系统，测量风力涡 轮机的噪声影响是否 符合 IEC61400- 11和其他标准。

The Solution:

使用NI LabVIEW系统 设计软件来开发定制 化的测量系统，该系 统采用NI数据采集 模块来测量麦克风、 气象桅杆的声音数据 以及风力涡轮机运行 参数。

NoiseLAB Wind系统每10 秒或60秒进行一次 快速傅立叶变换 (FFT)和1/3 倍频程分析，并把分 析结果存入“风箱” 中。 后处理模块通 过对采集的数据进行 监测统计、编辑数据 和数据分类后来计算 出声功率和声级。 模块还可确定音调容 量以及计算总体测量 不确定度。

NoiseLAB风 电系统的主要目标是 风力涡轮机能够获得 IEC 61400-11标 准的正式认证。 因 此，软件本身及其相 关开发流程必须要能 经得起外部机构的审 查。 NI产品包括校准图、麦 克风数字化仪，NIL软件中包含相关的声 学分析程序。 它们 均符合第1类测量精 度，这对整个认证过 程是非常有帮助的。

当计划建立新的风力 发电厂时，噪声排放 便成为关键性的考 虑。 工程师必须根 据气象条件与地势因 素，提出最优的风力 发电厂布局方案，以 尽量降低噪音对周遭 环境的影响。 五年 多前，位于丹麦 Hørsholm的 DELTA公司就开 发了一款定制化的内 部测量系统，用来对 丹麦国内外主要制造 商的风力涡轮机进行 认证，并帮助工程师 设计出符合相关标准 的风力发电厂。 第 二代 NoiseLAB风 电系统融合了第一代 系统的经验，目前已 可供出售。

IEC 61400-11 Ed. 3 (2012)标准提 供了一个统一的方法 来测量不同风速下风 力涡轮机的噪声排 放，便于不同涡轮机 之间的比较。 风力 涡轮机制造商采用该 标准可以规范噪声排 放，客户则可以采用 这些标准测试产品是 否达标。 这些测试 需要测量声功率等 级、1/3倍频程带 级以及各风速下的音 调。

采用NI平台开发测 量系统

在DELTA公司， 我们使用 NI9234动态信 号采集模块采集声学 数据，并通过 NI9215模拟输 入模块采集风力涡轮 机和气象桅杆的模拟 数据。 我们将麦克 风放置在地面的一块 板上，并用符合 IEC61400- 11标准的专用二级 挡风玻璃遮住它。 该挡风玻璃可降低麦 克风里的风速和由风 引起的噪声，从而提 高信噪比，尤其是低 频率时的信噪比。 系统还提供了各种接 口，可用于连接风力 涡轮机的风速计以及 风力涡轮机控制系 统，以便实时记录运 行参数。

麦克风通常会放置在 离涡轮机较远的地 方，麦克风之间也彼 此相隔较远，这样会 产生非常繁琐的布线 和安装问题。 而这 一问题反而促使工程 师开发了无线麦克风 连接解决方案，其实 现采用了NI单槽802.11 WiFi机箱以及和模块。 但是我们在 实现150米以上的 远距离可靠无线传输 上遇到了巨大的挑 战。 为了找到可靠 的WiFi设备，将 采集的数据传输回距 离远达1000米的 数据采集电脑，我们 对多家制造商的 WiFi路由器进行 了大量的测试。我们 最终搭建了一个并行 WiFi系统，可允 许从iPad上远程 访问Noise LAB 风电系统。

原始数据会经过多个 阶段的处理，每个阶 段通过收听特定频道 或查看选择的波形以 及相关波谱（1/3 倍频程和FFT）来 提供实时监控。 与 此同时，我们采用技 术数据管理流 (TDMS)格式来 同步数据并进行时间 标识，TDMS是一 种高性能波形存储格 式，在遇到系统崩溃 时，该格式具有多种 功能。 与同步原始 波形存储并行进行的 是，FFT和1/3 倍频程频谱的计算和 磁盘写入，通常采用 与风箱10秒或60 秒周期相匹配的积分 周期。 然后测量数 据以串行方式写入一 个简单的文本文件 中，该文本文件在测 量过程结束时转换为 相应的电子表格格 式。

根据针对特定风力涡 轮机的预加载功率曲 线，我们计算了大量 风力涡轮机和基于风 速的参数，包括轮毂 高度处的风速预估值 和涡轮机功率。 在 测量过程中我们可以 随时查看实时参数或 记录参数的散点图， 可以从20多个参数 中选择任意两个参数 之间的散点关系 图。 此时， TDMS格式提供了 很大的优势，因为它 可以同时执行多个流 程来安全地访问同一 数据文件，即使该文 件以高速写入磁盘。

我们之所以选择 LabVIEW系统 设计软件来开发 NoiseLAB风 电系统软件是由于它 在数据采集、信号处 理、数据储存格式和 常用处理功能方面表 现出的高灵活性。

Author Information:

Carsten Thomsen

Venlighedsvej 4

2970 Hørsholm

Denmark

Tel: [phone]

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图1.WiFi天线 和两个麦克风，放置 于地面的反射平面上 并覆盖有挡风板 WiFi

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图2.无线节点的特 写照

图3.1996附件 2中声调分析的典型 后处理

图4.麦克风设置

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图5.测试系统的参 数设置

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