基于气动系数的风力机风速时间参数确定方法技术

本发明专利技术涉及一种基于气动系数的风力机风速时间参数确定方法，其包括以下步骤，骤1：激光雷达测风仪测量风速时间序列；步骤2：建立气动系数迭代模型，构建激光雷达测量风速的迭代计算模型；步骤3：根据雷达测量风速的迭代计算模型，计算风力机期望位置处风速；步骤4：获取迭代过程的积累时间，完成风力机的风速时间序列数据处理。本发明专利技术通过建立气动系数迭代模型和风速迭代模型实现气动系数的实时迭代更新，完成了对激光雷达测风数据进行处理，获得风轮平面有效风力机期望位置处风速时间序列数据；本发明专利技术的计算结果可用于风力机的实时控制，提高风力机的发电效率，降低风力机所受载荷，提高了风力机的使用寿命。高了风力机的使用寿命。高了风力机的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
基于气动系数的风力机风速时间参数确定方法


[0001]本申请涉及风力发电
，具体地涉及一种基于气动系数的风力机风速时间参数确定方法。

技术介绍

[0002]工业全球化以来，能源消耗量逐年增长，其中化石能源在全球能源消费总量占比仍然超过50％，化石能源的过度使用给气候环境等方面带来严峻的考验，能源问题越来越成为全球重点关注问题。以风能为代表的新能源和可再生能源被视为未来能源，风能的高效利用成为解决能源问题的关键。
[0003]如果能实时获得风轮平面有效风速和提前对风轮平面有效风速进行预测，将会提高风力机的控制性能，进而提高风力机效率，降低风力机载荷，达到提高风力机寿命的目的。风具有随机性和波动性，同时受地形、大气环流、温度等多种因素的影响，风信号不像风力机转速、桨距角功率等信号可以有效测量。目前测风设备主要包括：风速风向计、测风塔、皮托管及激光雷达测风仪等，风力机机舱上测风设备多为风速风向计，存在测量滞后、误差较大等缺点，成为制约风力机控制性能提高的重要因素。
[0004]激光雷达测风仪作为新兴的测风设备，具有提前测风、可以预测阵风等优势，越来越得到风力机整机生产厂家的青睐。但由于激光雷达只能测量风力机风轮前方一定距离处的风速，激光雷达测风数据需要进行二次处理才能用到风力机主控上。激光雷达测风数据幅值通过风速演化模型处理，相位通过泰勒冻结假设处理，处理结果精度较差，不利于发挥激光雷达的性能。
[0005]目前，虽然部分研究证明激光雷达在风力机的应用优势，但尚没有成熟的激光雷达测风仪在风力机应用上的方法。

技术实现思路

[0006]为了克服现有技术的不足，本专利技术通过建立风力机的气动系数迭代模型和风速迭代模型实现了气动系数的实时迭代更新，完成了对激光雷达测风数据进行处理，获得风轮平面有效风力机期望位置处风速时间序列参数，用于实现风力机的实时控制，提高了风力机的发电效率。
[0007]为实现上述目的，本专利技术所采用的解决方案为：
[0008]一种基于气动系数的风力机风速时间参数确定方法，其包括以下步骤：
[0009]步骤1：激光雷达测风仪测量风速时间序列；
[0010]通过风力机上的机舱式激光雷达测风仪测量设定位置处的风速时间序列数据v0、v1…
v
i
、v
i+1
…
，激光雷达测风仪每间隔t秒获得一次设定位置处的风速时间序列数据，时间序列数据时间间隔为t；
[0011]步骤2：建立气动系数迭代模型，构建激光雷达测量风速的迭代计算模型；
[0012]步骤21：确定风力机的时限要求；
[0013]步骤22：风力机的气动系数计算模型如下所示：
[0014][0015]式中：K
i,j
表示i序列测量风速对应j次迭代风力机的气动系数，K
i,0
表示i序列测量风速对应的初始化气动系数；A、B、C和D分别表示气动系数与总推力系数关系的第一系数、第二系数、第三系数和第四系数；C
Ti,j
表示i序列测量风速对应j次迭代总推力系数；i表示激光雷达测量风速序列；j表示i序列测量风速对应系数的迭代次数，j从0开始，每次迭代开始先自增1；
[0016]步骤23：构造风速测量的距离迭代模型如下所示：
[0017]y
i,j
＝y
i,j
‑1‑
v
i,j
‑1×
t；
[0018]式中：y
i,j
表示v
i,j
位置与风轮平面位置的距离，y
i,0
表示v
i
位置与期望位置的距离；y
i,j
‑1表示v
i,j
‑1位置与风轮平面位置的距离；v
i,j
‑1表示i序列测量风速j
‑
1次迭代风速；t表示激光雷达测风时间序列数据时间间隔，为时间限定值；
[0019]步骤24：激光雷达测量风速的迭代计算模型如下所示：
[0020][0021]式中：v
i,j
表示i序列测量风速j次迭代风速，v
i,0
等于激光雷达测风仪测量风速时间序列数据v
i
；R表示风力机的风轮半径；K
i,j
‑1表示i序列测量风速对应j
‑
1次迭代风力机的气动系数；
[0022]步骤3：根据雷达测量风速的迭代计算模型，计算风力机期望位置处风速；
[0023]根据步骤2中的激光雷达测量风速的迭代计算模型，确定风力机风轮中心处风速，如下所示：
[0024][0025]式中：表示v
i
经处理得到的风力机期望位置处风速；K
i,j+1
表示i序列测量风速对应j
‑
1次迭代风力机的气动系数；步骤4：获取迭代过程的积累时间，完成风力机的风速时间序列数据处理；
[0026]根据步骤2和步骤3积累时间信息，得到与风力机期望位置处风速对应的时间信息t
i
；步骤3所需时间t
i,last
的获取方法如下所示：
[0027][0028]式中：t
i,last
表示i序列测量风速经步骤3处理所需时间；d表示风力机期望位置距风轮平面的距离；
[0029]进一步得到，风力机期望位置处风速对应的时间信息t
i
，如下所示：
[0030]t
i
＝(i+j)
×
t+t
i,last
；
[0031]式中：t
i
表示风速对应的时间信息。
[0032]可优选的是，所述步骤21中的确定风力机的时限要求，具体为：
[0033]验证激光雷达测量设定位置处的风速是否能在时间t内到达期望位置，如下所示：
[0034][0035]式中：t表示激光雷达测风时间序列数据时间间隔，为时间限定值；
[0036]上述不等式成立时，表明处理过程风速v
i,j
不能在t时间内到达期望位置，进行步骤2；上述不等式不成立时，表明处理过程风速v
i,j
能在t时间内到达期望位置，退出步骤2。
[0037]可优选的是，所述步骤22中总推力系数计算方法，具体为：
[0038]步骤221：调整激光雷达测风仪和SCADA系统同步测量数据；
[0039]步骤222：总推力系数的计算模型如下所示：
[0040][0041]式中：σ表示风力机的实度；δ表示风力机升力曲线斜率；λ
i+j
表示i+j序列测量风速v
i+j
对应叶尖速比；β
i+j
表示i+j序列测量风速v
i+j
对应桨距角，实际应用中从风力机SCADA系统获取；γ
i+j
表示i+本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于气动系数的风力机风速时间参数确定方法，其特征在于，其包括以下步骤：步骤1：激光雷达测风仪测量风速时间序列；通过风力机上的机舱式激光雷达测风仪测量设定位置处的风速时间序列数据v0、v1…
v
i
、v
i+1
…
，激光雷达测风仪每间隔t秒获得一次设定位置处的风速时间序列数据，时间序列数据时间间隔为t；步骤2：建立气动系数迭代模型，构建激光雷达测量风速的迭代计算模型；步骤21：确定风力机的时限要求；步骤22：风力机的气动系数计算模型如下所示：式中：K
i,j
表示i序列测量风速对应j次迭代风力机的气动系数，K
i,0
表示i序列测量风速对应的初始化气动系数；A、B、C和D分别表示气动系数与总推力系数关系的第一系数、第二系数、第三系数和第四系数；C
Ti,j
表示i序列测量风速对应j次迭代总推力系数；i表示激光雷达测量风速序列；j表示i序列测量风速对应系数的迭代次数，j从0开始，每次迭代开始先自增1；步骤23：构造风速测量的距离迭代模型如下所示：y
i,j
＝y
i,j
‑1‑
v
i,j
‑1×
t；式中：y
i,j
表示v
i,j
位置与风轮平面位置的距离，y
i,0
表示v
i
位置与期望位置的距离；y
i,j
‑1表示v
i,j
‑1位置与风轮平面位置的距离；v
i,j
‑1表示i序列测量风速j
‑
1次迭代风速；t表示激光雷达测风时间序列数据时间间隔，为时间限定值；步骤24：激光雷达测量风速的迭代计算模型如下所示：式中：v
i,j
表示i序列测量风速j次迭代风速，v
i,0
等于激光雷达测风仪测量风速时间序列数据v
i
；R表示风力机的风轮半径；K
i,j
‑1表示i序列测量风速对应j
‑
1次迭代风力机的气动系数；步骤3：根据雷达测量风速的迭代计算模型，计算风力机期望位置处风速；根据步骤2中的激光雷达测量风速的迭代计算模型，确定风力机风轮中心处风速，如下所示：式中：表示v
i
经处理得到的风力机期望位置处风速；K
i,j+1
表示i序列测量风速对应j
‑
1次迭代风力机的气动系数；步骤4：获取迭代过程的积累时间，完成风力机的风速时间序列数据处理；
根据步骤2和步骤3积累时间信息，得到与风力机期望位置处风速对应的时间信息t
i
；步骤3所需时间t
i,last
的获取方法如下所示：式中：t

【专利技术属性】
技术研发人员：陈文婷，曹忠鹏，艾超，张珈瑞，杨玥，甄金朋，孔祥东，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：