风力发电机组的载荷参数监测系统与方法技术领域
本发明涉及风力发电领域，尤其涉及一种风力发电机组的载荷参数监测系统与方
法。
背景技术
风力发电机组是将风能转换成电能的设备，风力发电机组的安全至关重要，为了
精确评估风电机组在不同运行情况下、在不同地理、环境下的安全，需要对风力发电机组的
载荷情况进行评估。而想要对载荷情况进行评估，需要从风力发电机组的不同的待测部件
采集气象参量、机组载荷以及机组状态量等载荷参数数据。比如，有的载荷参数数据需要从
叶轮采集，有的载荷参数数据需要从机舱采集，还有的载荷参数数据需要从塔架采集。
由于风力发电机组体积大，风力发电机组的不同的待测部件分布分散，不同的待
测部件之间的距离甚至能够达到几百米。由于风力发电机组的不同的待测部件分布分散，
很难同步可靠的测试风力发电机组的不同的待测部件采集载荷参数数据。而评估风力发电
机组的载荷情况需要同一时刻下的气象参量、机组载荷以及机组状态量等载荷参数数据，
才能够得到准确的载荷情况。
为了能够获取到同一时刻的风力发电机组分散的待测部件的载荷参数数据，现有
技术采用人工对时的方法，在需要进行载荷参数数据采集的风力发电机组分散的待测部件
设置时间终端，派遣工作人员前往风力发电机组的各个待测部件处，人工将多个分散的待
测部件数据采集系统终端时间进行对时，从而实现同步获取某一时刻风力发电机组的待测
部件的载荷参数数据。但是，由于采用的是人工对时，工作人员难以保证风力发电机组分散
的待测部件的时间终端的精确对时，风力发电机组分散的待测部件各自调整后的时间终端
的时间之间在长时间的运行过程后会存在较大的累积误差。人工对时的精准度比较低，无
法同步采集风力发电机组分散的组成部分的载荷参数数据，风力发电机组分散的待测部件
的载荷参数数据的采集时刻不同，会降低载荷情况评估的准确性。
发明内容
本发明实施例提供了一种风力发电机组的载荷参数监测系统与方法，能够保证风
力发电机组分散的待测部件的载荷参数数据的同步采集，提高载荷情况评估的准确性。
第一方面，本发明实施例提供了一种风力发电机组的载荷参数监测系统，风力发
电机组具有多个待测部件，系统包括：多个数据采集单元，一一对应地被安装在多个待测部
件上；主控单元，同时向针对多个数据采集单元设置的多个数据采集时钟单元分别发送包
含相同的对时信息的对时指令；多个数据采集时钟单元，分别针对多个数据采集单元被设
置，接收对时指令，并根据对时指令中的对时信息进行对时；其中，多个数据采集单元还在
各自的经过对时的数据采集时钟单元的控制下，采集对应的待测部件的载荷参数数据。
具体的，主控单元还向多个数据采集时钟单元分别发送包含相同的目标采集时刻
的采集控制指令；数据采集时钟单元还根据采集控制指令，在目标采集时刻触发数据采集
单元采集待测部件的载荷参数数据。
具体的，主控单元还向多个数据采集时钟单元分别发送会话建立请求，并在数据
采集时钟单元返回会话同意应答后，与多个数据采集时钟单元建立通讯会话；数据采集时
钟单元还接收主控单元发送的会话建立请求，并向主控单元发送会话同意应答，与主控单
元建立通讯会话。
具体的，主控单元与多个数据采集时钟单元之间采用控制器局域网络CAN总线协
议通讯。
第二方面，本发明实施例提供了一种利用上述实施例中的风力发电机组的载荷参
数监测系统的风力发电机组的载荷参数监测方法，方法包括：由主控单元同时向多个数据
采集时钟单元分别发送包含相同的对时信息的对时指令；由数据采集时钟单元接收对时指
令，并根据对时信息进行对时；由数据采集单元在经过对时的数据采集时钟单元的控制下，
采集待测部件的载荷参数数据。
进一步地，在由数据采集单元在数据采集时钟单元的控制下，采集待测部件的载
荷参数数据的步骤之前，还包括：由主控单元向多个数据采集时钟单元分别发送包含相同
的目标采集时刻的采集控制指令；由数据采集时钟单元根据采集控制指令，在目标采集时
刻触发数据采集单元采集待测部件的载荷参数数据。
进一步地，在由主控单元在某一时刻同时向多个数据采集时钟单元发送包含相同
的对时信息的对时指令的步骤之前，还包括：由主控单元向多个数据采集时钟单元发送会
话建立请求；在多个数据采集时钟单元返回会话同意应答时，由主控单元与多个数据采集
时钟单元分别建立通讯会话。
具体的，主控单元与多个数据采集时钟单元之间采用控制器局域网络CAN总线协
议通讯。
第三方面，本发明实施例提供了一种风力发电机组的载荷参数监测方法，用于上
述实施例中的主控单元，方法包括：同时向多个数据采集时钟单元分别发送包含相同的对
时信息的对时指令，以使得多个数据采集时钟单元根据对时信息进行对时。
进一步地，在某一时刻同时向多个数据采集时钟单元分别发送包含相同的对时信
息的对时指令的步骤之后，还包括：向多个数据采集时钟单元发送包含目标采集时刻的采
集控制指令，以使得多个数据采集时钟单元在目标采集时刻分别触发对应设置的数据采集
单元采集待测部件的载荷参数数据。
进一步地，在某一时刻同时向多个数据采集时钟单元分别发送包含相同的对时信
息的对时指令的步骤之后，还包括：向多个数据采集时钟单元发送会话建立请求；在接收到
多个数据采集时钟单元返回的会话同意应答后，与多个数据采集时钟单元分别建立通讯会
话。
第四方面，本发明实施例提供了一种风力发电机组的载荷参数监测方法，用于上
述实施例中的数据采集时钟单元，方法包括：接收主控单元发送的包含相同的对时信息的
对时指令；根据对时信息进行对时。
进一步地，在根据对时信息，调整当前时钟的步骤之后，还包括：接收主控单元发
送的包含目标采集时刻的采集控制指令；在目标采集时刻触发对应设置的数据采集单元采
集待测部件的载荷参数数据。
进一步地，在接收主控单元发送的包含相同的对时信息的对时指令的步骤之前，
还包括：接收主控单元发送的会话建立请求；向主控单元发送会话同意应答，与主控单元建
立通讯会话。
本发明实施例提供的风力发电机组的载荷参数监测系统与方法中，主控单元同时
向多个数据采集时钟单元分别发送包含相同的对时信息的对时指令，各个数据采集时钟单
元根据接收的对时指令中的对时信息进行对时，多个数据采集单元在各自对应的经过对时
后的数据采集时钟的控制下，对对应的待测部件进行载荷参数数据的采集。由于多个数据
采集时钟单元根据相同的对时信息进行对时，因此对时后的数据采集时钟单元的当前时钟
均能够保持相同。在对时后的数据采集时钟单元控制下，多个数据采集单元能够实现在同
一时刻采集各个待测部件的载荷参数数据，从而提高利用采集到的载荷参数数据进行的载
荷情况评估的准确性。
附图说明
从下面结合附图对本发明的具体实施方式的描述中可以更好地理解本发明其中，
相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。
图1为本发明一实施例中的风力发电机组的载荷参数监测系统的结构示意图；
图2为风力发电机组中的各个待测部件与风力发电机组的载荷参数监测系统中的
主控单元的结构示意图；
图3为本发明一实施例中的风力发电机组的载荷参数监测方法的流程图；
图4为本发明另一实施例中的风力发电机组的载荷参数监测方法的流程图；
图5为本发明又一实施例中的风力发电机组的载荷参数监测方法的流程图；
图6为本发明一实施例中的用于主控单元的风力发电机组的载荷参数监测方法；
图7为本发明一实施例中的用于数据采集时钟单元的风力发电机组的载荷参数监
测方法。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述
中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说
很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施
例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。本发明决不限
于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了元素、
部件和算法的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技
术，以便避免对本发明造成不必要的模糊。
为了能够同步测得风力发电机组的各个待测部件的载荷参数数据，本发明一实施
例提供了一种风力发电机组的载荷参数监测系统。图1为本发明一实施例中的风力发电机
组的载荷参数监测系统的结构示意图，如图1所示，风力发电机组的载荷参数监测系统包括
多个数据采集单元11，主控单元12，多个数据采集时钟单元13。数据采集单元11、主控单元
12和数据采集单元11之间的连接可以为电连接或信号连接。
其中，多个数据采集单元11一一对应地安装在多个待测部件上，多个数据采集单
元11采集待测部件的载荷参数数据。其中，数据采集单元11可以包括一个传感器，也可以包
括多个传感器，多个传感器可以测量一种载荷参数数据，也可以测量多种载荷参数数据。主
控单元12同时向针对多个数据采集单元11设置的多个数据采集时钟单元13分别发送包含
相同的对时信息的对时指令。多个数据采集时钟单元13与多个数据采集单元11一一对应设
置，数据采集时钟单元13接收对时指令，并根据对时指令中的对时信息进行对时。数据采集
时钟单元13可以设置在待测部件上，也可以不设置在待测部件上，在此并不限定。
主控单元12同时向多个数据采集时钟单元13发送包含相同的对时信息的对时指
令，各个数据采集时钟单元13接收到对时指令时，将自身的当前时钟根据对时指令中的对
时信息进行调整。具体的，对时信息具体可以是一个对时时刻。那么各个数据采集时钟单元
13接收到对时指令时，可以将自身的当前时钟调整为对时时刻。由于各个数据采集时钟单
元13接收到的对时指令中的对时信息均相同，各个数据采集时钟单元13的当前时钟均能调
整为同一时刻。数据采集单元11还在各自对应设置的经过对时的数据采集时钟单元13的控
制下，采集对应的待测部件的载荷参数数据。
对风力发电机组的载荷情况进行评估，需要获取风力发电机组的各种载荷参数数
据，各种载荷参数数据需要从风力发电机组的多个待测部件中的各个待测部件获取。比如，
风力发电机组的待测部件可以包括机组控制单元14、测风单元15、机舱单元16、塔顶单元
17、叶轮单元18、滑环19和功率单元20等部件。图2为风力发电机组中的各个待测部件与风
力发电机组的载荷参数监测系统中的主控单元12的结构示意图。
需要注意的是，在图2中，主控单元12与各个待测部件的连接表示的是主控单元12
与各个待测部件上的数据采集单元11对应的数据采集时钟单元13相连接。在叶轮单元18上
数据采集单元11可以采集叶片载荷参数、动轴载荷参数、轮毂载荷参数、变桨支架载荷参数
等载荷参数数据，在机舱单元16上数据采集单元11可以采集定轴载荷参数、底座载荷参数、
机舱桁架载荷参数等载荷参数数据，在塔顶单元17上数据采集单元11可以采集塔顶载荷参
数、焊缝载荷参数等载荷参数数据，在测风单元15上数据采集单元11可以采集风速、风压、
湿度、温度、气压、雨量等载荷参数数据，在机组控制单元14上数据采集单元11可采集机组
运行状态、机组功率、并网状态量等载荷参数数据，在功率单元20上数据采集单元11可以采
集电压、电流等载荷参数数据。
由于测风单元15通常设置在远离风机的测风塔上，测风单元15与设置在塔架底部
的主控单元12通常距离几百米。而设置在塔顶的叶轮单元18、机舱单元16和塔顶单元17距
离主控单元12也有100米左右。而功率单元20和机组控制单元14也设置在塔架底部，与主控
单元12的物理距离很近。这样，需要解决的问题即测风单元15、叶轮单元18、机舱单元16、塔
顶单元17、功率单元20和机组控制单元14采集的载荷参数数据如何能够达到同步。
本发明的实施例中，由于各个数据采集时钟单元13的接收的对时指令中的对时信
息相同，因此，各个数据采集时钟单元13能够对时为相同的时间，且产生的误差相当小，可
以忽略不计。由对时后的数据采集时钟单元13控制数据采集单元11采集待测部件的载荷参
数数据，从而实现对风力发电机组的各个待测部件的载荷参数数据的同步采集。
本发明实施例提供的风力发电机组的载荷参数监测系统中，主控单元12同时向多
个数据采集时钟单元13分别发送包含相同的对时信息的对时指令，各个数据采集时钟单元
13根据接收的对时指令中的对时信息进行对时，多个数据采集单元11在各自对应的经过对
时后的数据采集时钟的控制下，对对应的待测部件进行载荷参数数据的采集。由于多个数
据采集时钟单元13根据相同的对时信息进行对时，因此对时后的数据采集时钟单元13的当
前时钟均能够保持相同。在对时后的数据采集时钟单元13控制下，多个数据采集单元11能
够实现在同一时刻采集各个待测部件的载荷参数数据，从而提高利用采集到的载荷参数数
据进行的载荷情况评估的准确性。还能够实现对风力发电机组的分散的各个待测部件的载
荷参数数据的同步监测。
上述实施例中的主控单元12还向多个数据采集时钟单元13分别发送包含相同的
目标采集时刻的采集控制指令。数据采集时钟单元13还根据采集控制指令，在目标采集时
刻触发数据采集单元11采集待测部件的载荷参数数据。
数据采集时钟单元13接收到主控单元12发送的采集控制指令，在目标采集时刻，
触发数据采集单元11采集对应的待测部件的载荷参数数据。需要说明的是，多个数据采集
时钟单元13接收到的采集控制指令中的目标采集时刻相同，多个数据采集时钟单元13在同
一时刻触发数据采集单元11采集对应的待测部件的载荷参数数据，实现同步获取风力发电
机组中分散的各个待测部件的载荷参数数据，以及对风力发电机组中分散的各个待测部件
的载荷参数数据的同步监测。
在主控单元12与数据采集时钟单元13进行对时指令和采集控制指令的交互之前，
需要主控单元12先与数据采集时钟单元13建立通讯连接。上述实施例中的主控单元12还向
多个数据采集时钟单元13分别发送会话建立请求，并在数据采集时钟单元13返回会话同意
应答后，与多个数据采集时钟单元13建立通讯会话。数据采集时钟单元13还接收主控单元
12发送的会话建立请求，并向主控单元12发送会话同意应答，与主控单元12建立通讯会话。
具体的，主控单元12发送的会话建立请求可以是握手请求消息，数据采集时钟单元13返回
的会话同意应答可以是握手接收消息，在此并不限定。
需要说明的是，主控单元12与多个数据采集时钟单元13之间采用CAN(Controller
Area Network，控制器局域网络)总线协议通讯。也可以采用其他适用于分布式系统的通讯
协议进行通讯。
图3为本发明一实施例中的风力发电机组的载荷参数监测方法的流程图，该风力
发电机组的载荷参数监测方法应用于上述实施例中的风力发电机组的载荷参数监测系统。
如图3所示，风力发电机组的载荷参数监测方法包括步骤301-步骤303。
在步骤301中，由主控单元同时向多个数据采集时钟单元分别发送包含相同的对
时信息的对时指令。
在步骤302中，由数据采集时钟单元接收对时指令，并根据对时信息进行对时。
具体的，对时信息可以为对时时刻，数据采集时钟单元可以将自身的当前时钟调
整为对时指令中的对时时刻。
在步骤303中，由数据采集单元在经过对时的数据采集时钟单元的控制下，采集待
测部件的载荷参数数据。
本发明实施例提供的风力发电机组的载荷参数监测方法中，主控单元同时向多个
数据采集时钟单元分别发送包含相同的对时信息的对时指令，各个数据采集时钟单元根据
接收的对时指令中的对时信息进行对时，多个数据采集单元在各自对应的经过对时后的数
据采集时钟的控制下，对对应的待测部件进行载荷参数数据的采集。由于多个数据采集时
钟单元根据相同的对时信息进行对时，因此对时后的数据采集时钟单元的当前时钟均能够
保持相同。在对时后的数据采集时钟单元控制下，多个数据采集单元能够实现在同一时刻
采集各个待测部件的载荷参数数据，从而提高利用采集到的载荷参数数据进行的载荷情况
评估的准确性。还能够实现对风力发电机组的分散的各个待测部件的载荷参数数据的同步
监测。
图4为本发明另一实施例中的风力发电机组的载荷参数监测方法的流程图，图4中
所示的步骤301-步骤303与图3中所示的步骤301-步骤303基本相同。不同之处在于，如图4
所示，在步骤303之前还可以增添步骤304-步骤305。
在步骤304中，由主控单元向多个数据采集时钟单元分别发送包含相同的目标采
集时刻的采集控制指令。
在步骤305中，由数据采集时钟单元根据采集控制指令，在目标采集时刻触发数据
采集单元采集待测部件的载荷参数数据。
在本发明实施例中，多个数据采集时钟单元接收到的采集控制指令中的目标采集
时刻相同，多个数据采集时钟单元在同一时刻触发数据采集单元采集对应的待测部件的载
荷参数数据，实现同步获取风力发电机组中分散的各个待测部件的载荷参数数据，以及对
风力发电机组中分散的各个待测部件的载荷参数数据的同步监测。
图5为本发明又一实施例中的风力发电机组的载荷参数监测方法的流程图，图5中
所示的步骤301-步骤303与图3中所示的步骤301-步骤303基本相同。不同之处在于，如图5
所示，在步骤301之前还可以增添步骤306-步骤307。
在步骤306中，由主控单元向多个数据采集时钟单元发送会话建立请求。
在步骤307中，在多个数据采集时钟单元返回会话同意应答时，由主控单元与多个
数据采集时钟单元分别建立通讯会话。
需要说明的是，主控单元与多个数据采集时钟单元之间采用CAN总线协议通讯。
在本发明实施例中，在主控单元与数据采集时钟单元进行对时指令和采集控制指
令的交互之前，需要主控单元先与数据采集时钟单元建立通讯连接，以便于后续流程中主
控单元与数据采集时钟单元进行通讯。
图6为本发明一实施例中的用于主控单元的风力发电机组的载荷参数监测方法，
如图6所示，该方法包括步骤401。
在步骤401中，同时向多个数据采集时钟单元分别发送包含相同的对时信息的对
时指令，以使得多个数据采集时钟单元根据对时信息调整当前时钟。
本发明实施例提供的风力发电机组的载荷参数监测方法中，用于主控单元，主控
单元同时向多个数据采集时钟单元分别发送包含相同的对时信息的对时指令，以使得多个
数据采集时钟单元根据对时信息进行对时。由于多个数据采集时钟单元根据相同的对时信
息进行对时，因此对时后的数据采集时钟单元的当前时钟均能够保持相同。在对时后的数
据采集时钟单元控制下，多个数据采集单元能够实现在同一时刻采集各个待测部件的载荷
参数数据，从而提高利用采集到的载荷参数数据进行的载荷情况评估的准确性。还能够实
现对风力发电机组的分散的各个待测部件的载荷参数数据的同步监测。
需要说明的是，为了能够同步采集到风力发电机组中各个分散的待测部件的载荷
参数数据，用于主控单元的风力发电机组的载荷参数监测方法还可以包括步骤402。在步骤
402中，向多个数据采集时钟单元发送包含目标采集时刻的采集控制指令，以使得多个数据
采集时钟单元在目标采集时刻分别触发对应设置的数据采集单元采集待测部件的载荷参
数数据。
为了能够使主控单元与多个数据采集时钟单元能够进行通讯会话，用于主控单元
的风力发电机组的载荷参数监测方法还可以包括步骤403和步骤404。在步骤403中，向多个
数据采集时钟单元发送会话建立请求。在步骤404中，在接收到多个数据采集时钟单元返回
的会话同意应答后，与多个数据采集时钟单元分别建立通讯会话。
图7为本发明一实施例中的用于数据采集时钟单元的风力发电机组的载荷参数监
测方法，如图7所示，该方法包括步骤501和步骤502。
在步骤501中，接收主控单元发送的包含相同的对时信息的对时指令。
在步骤502中，根据对时信息进行对时。
本发明实施例提供的风力发电机组的载荷参数监测方法，用于数据采集时钟单
元，多个数据采集时钟单元根据主控单元发送的对时指令中的对时信息进行对时。由于多
个数据采集时钟单元根据相同的对时信息进行对时，因此对时后的数据采集时钟单元的当
前时钟均能够保持相同。在对时后的数据采集时钟单元控制下，多个数据采集单元能够实
现在同一时刻采集各个待测部件的载荷参数数据，从而提高利用采集到的载荷参数数据进
行的载荷情况评估的准确性。还能够实现对风力发电机组的分散的各个待测部件的载荷参
数数据的同步监测。
需要说明的是，为了能够同步采集到风力发电机组中各个分散的待测部件的载荷
参数数据，用于数据采集时钟单元的风力发电机组的载荷参数监测方法还可以包括步骤
502和步骤503。在步骤502中，接收主控单元发送的包含目标采集时刻的采集控制指令。在
步骤503中，在目标采集时刻触发对应设置的数据采集单元采集待测部件的载荷参数数据。
为了能够使多个数据采集时钟单元与主控单元能够进行通讯会话，用于数据采集
时钟单元的风力发电机组的载荷参数监测方法还可以包括步骤504和步骤505。在步骤504
中，接收主控单元发送的会话建立请求。在步骤505中，向主控单元发送会话同意应答，与主
控单元建立通讯会话。
以上的结构框图中所示的功能单元可以实现为硬件、软件、固件或者它们的组合。
当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(ASIC)、适当的固件、插件、功
能卡等等。当以软件方式实现时，本发明的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。
程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质
或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。机器可
读介质的例子包括电子电路、半导体存储器设备、ROM、闪存、可擦除ROM(EROM)、软盘、CD-
ROM、光盘、硬盘、光纤介质、射频(RF)链路，等等。代码段可以经由诸如因特网、内联网等的
计算机网络被下载。
本发明可以以其他的具体形式实现，而不脱离其精神和本质特征。例如，特定实施
例中所描述的算法可以被修改，而系统体系结构并不脱离本发明的基本精神。因此，当前的
实施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本发明的范围由所附权利要求而非
上述描述定义，并且，落入权利要求的含义和等同物的范围内的全部改变从而都被包括在
本发明的范围之中。