【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及风力发电，具体涉及一种基于叶片弯矩反演风电机组风轮面风速信息的方法。
技术介绍
1、随着风力发电机组装机规模剧增，单风力发电机组容量越来越大，叶片越来越长，同时受开发场址范围限制，风电机组越来越紧凑，风电场高密度布局，场内流场复杂多变。上游风力机尾流截面扩张对下游多台风力机的入风风速和风向产生叠加效应，形成复杂的流体特性，风速、湍流强度、风切变等不断变化，从而影响下游风电机组的载荷状况。风电机组载荷增大5％-15％，严重影响机组载荷安全、疲劳寿命及发电能力。目前，正在积极研究解决这一问题的几种解决方法，例如通过削减上游风电机组的功率，促进更快的尾流恢复；再如，通过倾斜风轮面、主动控制减轻受尾流影响的下游风电机组的受载情况。
2、对此，精确了解风电机组风轮面的入风条件是至关重要的。事实上，风电机组通常使用安装在机舱上的风速测量装置，这些装置基本上只提供空间单点上的风速和风向信息，且不能提供其他重要的气流参数，例如垂直风切变等。这限制了复杂风电机组和复杂风电场控制方法的开发与应用。地面和机舱式激光雷达可以提供风电机组和风电场控制所需的风速信息。然而，激光雷达的使用仍然局限于研究应用，由于成本、可用性、可靠性和测量技术的限制，激光雷达仅小规模部署在处于平坦地形的风电机组上。对于受复杂尾流影响的风电机组，由于流场的复杂性、湍流对流的影响以及与风轮感应区的相互作用，激光雷达很难获取较为准确的风速信息。
技术实现思路
1、针对现有技术中的缺陷，本专利技术提供的基于叶片
2、为了实现上述目的，本专利技术通过如下技术方案来实现：
3、本专利技术提供一种基于叶片弯矩反演风电机组风轮面风速信息的方法，包括如下步骤：
4、基于风电机组参数信息，确定风电机组叶尖速比和桨距角范围，并结合风电机组实际运行条件，得到任意叶尖速比、桨距角下的弯矩系数；
5、获取叶片测量弯矩数据，并消除重力影响以得到叶片实际弯矩；
6、基于叶片弯矩系数和叶片实际弯矩计算风轮等效风速。
7、具体地，所述弯矩系数，包括如下求解步骤：
8、基于确定的风电机组叶尖速比和桨距角范围以求解该范围内的范围弯矩系数，并构建不同叶尖速比、桨距角下的弯矩系数数据库；
9、调取所述弯矩系数数据库，并结合风电机组实际运行条件，插值得到在风电机组正常运行范围内任意叶尖速比、桨距角下的弯矩系数。
10、具体地，所述获取叶片测量弯矩，并消除重力影响以得到叶片实际弯矩，包括如下步骤：
11、基于预选的叶片方位位置计算相应位置重力弯矩；
12、以实际叶片方位角为基准，通过对所述相应位置重力弯矩插值计算得到与实际位置相对应的重力弯矩；
13、从当前叶片测量弯矩中减去重力弯矩即得到叶片实际弯矩。
14、具体地，单支叶片的重力弯矩满足以下公式：
15、
16、式中，式中，c表示叶片中轴线与风轮面的夹角；t表示主轴中轴线与水平面的夹角；l表示叶片重心位置；mg(ψ)表示叶片在风轮方位角为ψ时的重力弯矩。
17、具体地，所述计算风轮等效风速，满足以下公式：
18、
19、式中,cm表示弯矩系数；λre表示叶尖速比；β表示桨距角；vre表示风轮等效风速；qre表示风轮有效动压，ψ表示风轮方位角；mi表示第i只叶片在ψ方位角时的弯矩；ρ表示风电机组所处环境的实际平均空气密度；a表示风轮面积；r表示风轮半径。
20、可选地，所述的基于叶片弯矩反演风电机组风轮面风速信息的方法，还包括如下步骤：
21、基于叶片弯矩系数和叶片实际弯矩，计算风轮局部等效风速；
22、基于所述风轮局部等效风速，计算风轮面扇区等效风速；
23、基于风轮面扇区等效风速及其相对应的高度位置和风轮等效风速，求解风轮面垂直风切变。
24、具体地，所述计算风轮局部等效风速，满足以下公式：
25、
26、式中，表示消除重力影响后第i只叶片的整体弯矩；b表示叶片个数；qbe表示方位角为ψi时间为t时风轮面的局部有效动压；vbe(ψi(t))表示方位角为ψi时间为t时风轮面的局部等效风速。
27、具体地，所述计算风轮面扇区等效风速，包括对风轮面顶部、底部区域内的所有风轮局部风速vbe积分取均值，得到风轮面扇区等效风速vse，满足以下公式：
28、
29、式中，vse(t)表示时间t时风轮面的扇区等效风速；as表示风轮面的扇区面积，其中，as＝δψπr2/360，δψ＝ψ2-ψ1。
30、具体地，所述求解风轮面垂直风切变，满足以下公式：
31、vh＝vre·(h/h)α
32、式中，式中，vh表示高度为h处的风速，当h＝h+2r/3时，vh＝风轮面顶部扇区等效风速，当h＝h-2r/3时，vh＝风轮面底部扇区等效风速；h表示轮毂高度；α表示风切变指数。
33、可选地，所述的基于叶片弯矩反演风电机组风轮面风速信息的方法，还包括如下步骤：
34、基于风轮面扇区等效风速vse，求解风轮面顶部、底部区域的扇区等效湍流强度，满足以下公式：
35、
36、式中，δ(vse)表示扇区等效风速vse的标准差；表示扇区等效风速vse设定时长的平均值。
37、由上述技术方案可知，本专利技术的有益效果：
38、本专利技术提出了基于叶片弯矩反演风电机组风轮面风速信息的方法，包括如下步骤：基于风电机组参数信息，确定风电机组叶尖速比和桨距角范围，并结合风电机组实际运行条件，得到在风电机组正常运行范围内任意叶尖速比、桨距角下的弯矩系数；获取叶片测量弯矩数据，并消除重力影响以得到叶片实际弯矩；基于叶片弯矩系数和叶片实际弯矩计算风轮等效风速。本专利技术以风电机组风轮面上所有叶片的弯矩作为响应预测风轮等效风速，有利于促进现代风电机组智能控制方法的发展，用以改善风电机组的发电性能并减少风电机组的负载。
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1.一种基于叶片弯矩反演风电机组风轮面风速信息的方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于叶片弯矩反演风电机组风轮面风速信息的方法，其特征在于，所述弯矩系数，包括如下求解步骤：
3.根据权利要求1所述的基于叶片弯矩反演风电机组风轮面风速信息的方法，其特征在于，所述获取叶片测量弯矩，并消除重力影响以得到叶片实际弯矩，包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的基于叶片弯矩反演风电机组风轮面风速信息的方法，其特征在于，单支叶片的重力弯矩满足以下公式：
5.根据权利要求1所述的基于叶片弯矩反演风电机组风轮面风速信息的方法，其特征在于，所述计算风轮等效风速，满足以下公式：
6.根据权利要求5所述的基于叶片弯矩反演风电机组风轮面风速信息的方法，其特征在于，还包括如下步骤：
7.根据权利要求6所述的基于叶片弯矩反演风电机组风轮面风速信息的方法，其特征在于，所述计算风轮局部等效风速，满足以下公式：
8.根据权利要求7所述的基于叶片弯矩反演风电机组风轮面风速信息的方法，其特征在于，所述计算风轮面扇
9.根据权利要求8所述的基于叶片弯矩反演风电机组风轮面风速信息的方法，其特征在于，所述求解风轮面垂直风切变，满足以下公式：
10.根据权利要求8所述的基于叶片弯矩反演风电机组风轮面风速信息的方法，其特征在于，还包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种基于叶片弯矩反演风电机组风轮面风速信息的方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于叶片弯矩反演风电机组风轮面风速信息的方法，其特征在于，所述弯矩系数，包括如下求解步骤：
3.根据权利要求1所述的基于叶片弯矩反演风电机组风轮面风速信息的方法，其特征在于，所述获取叶片测量弯矩，并消除重力影响以得到叶片实际弯矩，包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的基于叶片弯矩反演风电机组风轮面风速信息的方法，其特征在于，单支叶片的重力弯矩满足以下公式：
5.根据权利要求1所述的基于叶片弯矩反演风电机组风轮面风速信息的方法，其特征在于，所述计算风轮等效风速，满足以下公式：
6.根据权利要求5所述的基于叶片弯...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈海军，宫伟，张锐，周大鹏，傅新鸿，李林，
申请(专利权)人：中船海装风电有限公司，
类型：发明
国别省市：
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