基于激光雷达测风仪的风电机组偏航误差计算方法技术

本发明专利技术涉及风电领域，偏航控制系统是水平轴风电机组控制系统的重要组成部分，风电机组安装之后，受到叶轮紊流、偏航控制策略、风向标零位安装方位角等的影响引起机组偏航控制偏差的出现，直接影响了风电机组的经济性和安全性，分析了偏航控制偏差产生的原因，提出了一种基于机舱式激光雷达测风仪的风电机组偏航控制偏差测试方法，并通过对测试数据的分析，提出了考虑风速变化的分段优化方法和建立来流风向和机舱位置风向的传递函数方式对偏航控制偏差优化的建议，提升在运风电机组的发电性能。本发明专利技术提出的基于机舱式激光雷达测风仪的偏航控制偏差测试方法能准确地对在运风电机组的偏航控制偏差进行评估。机组的偏航控制偏差进行评估。

【技术实现步骤摘要】
基于激光雷达测风仪的风电机组偏航误差计算方法


[0001]本专利技术属于风电领域，具体为一种基于激光雷达测风仪的风电机组偏航误差计算方法。

技术介绍

[0002]偏航控制系统是水平轴风电机组控制系统的重要组成部分，是风电机组实现快速精准有效对风、避免风能损失的关键部件，其快速平稳的对准风向，可使风轮获得最大的风能。
[0003]当风速矢量方向变化时，风向与风轮轴线会偏离一个角度，产生的偏航控制偏差角会引起机组输出功率的变化，偏航控制偏差角越大，输出功率越小，影响风电机组的实际运行功率曲线，导致机组的发电性能变差。
[0004]近年来对偏航控制算法、控制策略等进行了较为深入的研究，提出了各种有效的风电机组控制策略和算法，大多通过仿真分析的方式对其提出算法或控制策略进行验证。但风电机组装机之后，机组之间地形、位置等的差别均会影响机组偏航系统控制的响应性能，引起机组偏航控制偏差的出现，且在实际运行中，机组的运行工况与仿真工况千差万别，很难通过仿真的方法对在运风电机组的偏航控制偏差进行全面和完整的评价。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于机舱式激光雷达测风仪的风电机组偏航控制偏差测试方法，分析了偏航控制偏差在不同风速区间对功率特性变化的不同影响，并针对影响风力发电机组偏航系统性能的两方面影响因素，对偏航控制偏差测试的数据处理方法进行了阐述。
[0006]本专利技术提供了一种基于激光雷达测风仪的风电机组偏航误差计算方法，其包括以下步骤：步骤一、机舱式激光雷达测风仪的安装校准：应用GPS定位或者卡位工作的方式划定与机舱轴向方向平行的标准线，划定的标准线应尽可能靠近测风仪，并延伸到测风仪安装位置的后方，从测风仪机头位置和机尾位置各打出一道激光束，确定a点和b点，通过测量a点和b点到标准线的距离调节机头方向，当a点和b点到标准线的距离相等时，固定机头位置，以保证测风仪机头的水平方向与标准线平行，保证测风仪机头水平方向与机舱轴向方向平行；步骤二、风电机组偏航控制偏差计算方法：风电机组的功率输出计算公式为p为空气密度，R为风轮半径，C
p
为风能利用系数，V为风速，若假设C
p
为定值，则风电机组输出机械功率增长可表达为ΔP为风速增加Δv时的功率输出增量，V
manfa
为满发风速，V
ongrid
并网风速，风电机组输出功率在不同风速区间增长不同，具有中速区增速快，低速区增速慢的趋势，高速区保持不变的趋势，不同的
风速区间机组的功率特性受风变化的影响不同，在高、低风速段受风变化影响小，中风速段受影响大，ΔP
′
＝ΔPcos3θ，ΔP
′
为考虑偏航控制偏差的风速增加Δv时的功率输出增量，θ为偏航控制偏差角，相同的偏差角变化在不同的风速区间对功率特性的变化影响也不同，基于风电机组的以上特征，在进行偏航控制偏差数据分析时，应区分不同风速段分别计算偏航控制偏差；步骤三、数据采集及计算：为减小分析结果的不确定性，从叶轮前1倍叶轮直径开始每隔0.5倍叶轮直径距离设置测试点，至少应测量叶轮前4倍范围内风速和相对风向数据，每一测试点从切入风速至额定风速每0.5m/s应至少测量三组数据，将各测量距离的数据按公式计算各个测量距离测量偏航控制偏差的平均值，K
Yi
为测量距离编号为i的偏航控制偏差，K
Y
为几个不同测量距离的10minK
Yi
的平均值，K
RMS
为不同测量距离测量量的标准偏差，为了更准确的计算机组的偏航控制偏差，进行数据分析前，应对数据进行筛选，筛选后的有效数据应用公式和进行计算偏航控制偏差，AverageK
Y
为有效K
Y
的平均值，RMS(n)为有效K
Y
的标准偏差，从n＝1时开始计算，当计算截止，计算得到AverageK
Y
即为被测机组的偏航控制偏差。
[0007]进一步地，步骤三中的数据筛选依据机组处于正常运行状态、K
RMS
小于5
°
、K
Y
应在
‑
30
°
至30
°
范围内以及激光测风仪测量数据有效率应大于0.3的原则。
[0008]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0009]本专利技术提出的基于机舱式激光雷达测风仪的偏航控制偏差测试方法能准确地对在运风电机组的偏航控制偏差进行评估，基于一定周期整场风电机组机安装舱式测风激光雷达测得各个风向和风速下的测风数据，并与这台风电机组的原机械式或超声波式测风仪的SCADA数据对准时间戳进行对比分析，作为此风电机组的偏航误差校正的基础数据，还可以测量分析判断出风电机组在复杂地形等情况下的尾流和湍流扇区，并且在风电场部分风电机组安装的多台多光束机舱式测风激光雷达的实时测风数据，多光束机舱式测风激光雷达可以准确测量出风电机组的真实来流风况，此风况数值与传统机械式或超声波式测风仪的数值不同，未受叶轮转动产生的扰流干扰，可以用于动态的偏航误差校正，结合风电场所有风电机组的原有机械式或超声波式测风仪数据所确定的大致主要风向，且在之前分析判定的尾流和湍流扇区，可以有效计算出此风电场内各风电机组更加准确的动态偏航校正的角度，通过使用安装在风电场每台风电机组上的带有网络通讯功能的动态偏航控制器与中控室的偏航优化场控服务器通讯，来优化调整此台风电机组的偏航角度，可以动态的减少偏航误差，进行动态偏航误差校正场控，从而减小在复杂地形条件下各风电机组的疲劳载荷和提升整场风电机组的发电效率和发电量。
具体实施方式
[0010]下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施
例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。
[0011]本具体实施方式提供的基于激光雷达测风仪的风电机组偏航误差计算方法，包括以下步骤：
[0012]步骤一、机舱式激光雷达测风仪的安装校准：机舱式激光雷达测风仪测量风数据为来流的风速和机舱轴向方向与来流风的夹角，其可直接获得机组的机舱轴向方向与来流风的偏差数据，即偏航控制偏差，所以激光雷达测风仪的安装精度对测试的结果有较大影响，在进行测试过程中应采用可靠的安装方式，并对安装精度进行校准，安装首先应用GPS定位或者卡位工作的方式划定与机舱轴向方向平行的标准线，划定的标准线应尽可能靠近测风仪，并延伸到测风仪安装位置的后方，从测风仪机头位置和机尾位置各打出一道激光束，确定a点和b点，通过测量a点和b点到标准线的距离调节机头方向，当a点和b点到标准线的距离相等时，固定机头位置，以保证测风仪机头的水平方向与标准线平行，保证测风仪机头水平方向与机舱轴向方向平行；
[0013]步骤二、风电机组偏航控制偏差计算方法：目前本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于激光雷达测风仪的风电机组偏航误差计算方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤一、机舱式激光雷达测风仪的安装校准：应用GPS定位或者卡位工作的方式划定与机舱轴向方向平行的标准线，划定的标准线应尽可能靠近测风仪，并延伸到测风仪安装位置的后方，从测风仪机头位置和机尾位置各打出一道激光束，确定a点和b点，通过测量a点和b点到标准线的距离调节机头方向，当a点和b点到标准线的距离相等时，固定机头位置，以保证测风仪机头的水平方向与标准线平行，保证测风仪机头水平方向与机舱轴向方向平行；步骤二、风电机组偏航控制偏差计算方法：风电机组的功率输出计算公式为p为空气密度，R为风轮半径，C
p
为风能利用系数，V为风速，若假设C
p
为定值，则风电机组输出机械功率增长可表达为ΔP为风速增加Δv时的功率输出增量，V
manfa
为满发风速，V
ongrid
并网风速，风电机组输出功率在不同风速区间增长不同，具有中速区增速快，低速区增速慢的趋势，高速区保持不变的趋势，不同的风速区间机组的功率特性受风变化的影响不同，在高、低风速段受风变化影响小，中风速段受影响大，ΔP
′
＝ΔPcos3θ，ΔP
′
为考虑偏航控制偏差的风速增加Δv时的功率输出增量，θ为偏航控制偏差角，相同的偏差角变化在不同的风速区间对功率特性的变化影响也不同，基于风电机组的以上特征，在进行偏航控制偏差数据分析时，应区分不同风速...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘岩，王政，王勋，
申请(专利权)人：北京华信科创科技有限公司，
类型：发明
国别省市：