一种风力发电系统及风力发电机的测风方法技术方案

本发明专利技术公开了一种风力发电系统及风力发电机的测风方法。该风力发电场的测风方法，包括接收风力发电机位置的风况信号；接收测试位置的风况信号；通过风况相关性数据库和所述测试位置的风况信号，为风力发电机位置提供风况估计值；比较所述风力发电机位置的风况信号和风力发电机位置的风况估计值，并得到其间的差值；以及使用上述差值调整所述风力发电机位置的风况信号。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种风力发电系统，以及其中风力发电机的测风方法。
技术介绍
近年来，风能作为一种绿色能源，因为其有利于^f呆护环境且成本相对较 低，受到人们越来越多的关注，而运行可靠和高效的风力发电机成为一个重 要的研究课题。风力发电机通常包括一个装有若干个叶片的转子，转子安装 在塔架上。风力发电机通过叶片的旋转把风能转换成转力或扭力，带动发电 机，从而把机械能转化为电能，再通过电网向用户供电。为了使得发电的效 率最大化或者满足一定的电网供电要求，在一个地域范围内设置多台风力发 电机，通常称为风力发电场。在风力发电机或风力发电场的控制和运行中，精确测量或者监测每一台 风力发电机所在位置的风速和风向等风况，对于提高风力发电机或风力发电 场的稳定性和运行效率是十分重要的。现有一种监测风力发电机风况的方法 是在每台风力发电机上设置一个传感器和一个控制系统，从而使得各风力发 电机能独自对不断变化的风况做出反应。然而，这些控制系统的准确性很大 程序上受到传感技术的限制。另一种现有监测风况的技术是在风力发电场内i殳置气象桅杆。气象桅杆 包括若干个安装在塔架上的传感器。气象桅杆对于在它所在位置的风况提供 一个相对准确的测试结果，风力发电场的控制器依据该气象桅杆的测量结果， 对各风力发电机所在位置的风况作出预计。这种技术的准确性受限于风力发 电场的应用条件，特别是风力发电场地形的复杂程度的限制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种改进的风力发电系统以及其中风力发电机的 测风方法，为风力发电机提供准确的风况信号。本专利技术 一种风力发电机的测风方法，该测试方法包括接收风力发电机位置的风况信号；接收测试位置的风况信号；通过风况相关性数据库和所述测 试位置的风况信号，为风力发电机位置提供风况估计值；比较所述风力发电 机位置的风况信号和风力发电机位置的风况估计值，并得到其间的差值；以 及使用上述差值调整所述风力发电机位置的风况信号。附图说明通过结合附图对于本专利技术的实施例进行描述，可以更好地理解本专利技术， 在附图中图1所示为一个示意性的风力发电场。图2为图1中风力发电场内的一台风力发电机的示意图。图3是根据本专利技术一种实施方式的风况监测方法的流程图。图4所示为风况相关性数据库的一个实施方式。图5所示为风况相关性数据库的另一个实施方式。图6根据本专利技术另一实施方式的风况监测方法的流程图。具体实施例方式图1所示为一风力发电场10 (以下称风场10)的示意图，该风场10 包括两台风力发电机12 (以下称风机12),可提供电能给一用电设施(未 图示)，比如电网，形成一风力发电系统。虽然图l仅显示了两台风机12， 但是应该理解为风场10内可能包括任何数量的风机12，既可仅含有一台风 机，也可能是若干个在设计上或电力传输上相似或不同的多台风机。另外， 风场IO还包括一个位于一个测试位置的风况测量装置，该风况测量装置可以 是一个位于风场10附近的气象站，或者一个位于风场10内或者风场10附近 的多普勒声雷达，或者一个位于风场10内的气象桅杆。在图1示意的实施例 中，该风况测量装置是一个气象桅杆16,所述测试位置即为该气象桅杆16 所在位置。风场10还进一步包括一个与各风机12和气象桅杆16交换信息的 中央控制器18。中央控制器18可用于系统监控和控制等，其控制功能可包 括变桨距和速度调节、高速轴和偏航制动控制、偏航和检测应用以及故障 监测等等。参照图2所示，风机12包括机抢20和一个连在机舱20上的转子22，转子22可绕一轴线24相对于机舱20旋转。转子22包括轮毂26和若干个叶片 28 (有时也称作螺旋桨)，叶片28从轮毂26向外呈放射状延伸开来。在 风机12的运行过程中，风带动叶片28转动，叶片28旋转产生的机械能通过 机舱20内部的控制和转换系统转化成电能。在图2所示的实施例中，机舱20安装在一塔架30上。塔架30的高度可 以是能够实现叶片28动转的任何合适的高度。转子22可以具有若干个叶片 28，而不局限于图2所示的三个叶片28。参照图l所示，风机12设置一个或多个实时检测风机所在位置风况的传 感器32。在某些实施方式中，这里所指的风况可以是风向、风速或含有 风向值和风速值的一个矢量(以下称风速风向)。作为一种实施方式，传 感器32安装在风机12的机艙20上。作为可供选择的实施方式，风机12可 包括设置在轮毂26、叶片28、塔架30或轴上的一个或多个传感器32。在一 种实施方式中，风速值和风向由不同的传感器32分别测得。测量风速值的传 感器32可以是风速计等，测量风向值的传感器32可是风向仪或风向标等。图1所示的气象桅杆16包括一个塔架34和若干个传感器36。作为一种 实施方式，传感器36安装在塔架34上不同高度的位置，以测量不同高度的 风速风向信息。气象桅杆16所在位置可以与风机12位于相近的水平高度， 而气象桅杆16的高度可能与风机12相近，也可以不相近。图3所示为依据本专利技术的一种实施方式监测风坤凡12风况的流程图100。 在步骤102,风机12上的至少一个传感器32测量该风机位置的风况，并将 该测得的风况信号发送给中央控制器18。作为一种实施方式，该风况信号是风速风向信号々tm,包括风速值Stm和风向值Dtm。在步骤104，气象桅杆16 上的至少一个传感器36测量气象桅杆位置的风速风向Vmm,该风速风向々mm包括风速值S,和风向值Dmm。在步骤106，中央控制器18在一个风况相关性数据库里搜寻与气象桅杆位置的风速风向Vmm最接近的风况信号。图4所示为一个实施例中风况相关性数据库122的示意图，该风况相关性数据库122是通过模拟风在某一恒定 风速下从若干个风向吹向风场10。图4所示的风况相关性数据库122模拟风 从十二个方向，以10米/秒的风速吹向风场10,每相邻两个风向之间的角度 差是30度。在每个模拟的风向，得到一个相应的风况相关组Mi。每个风况 相关组Mi包括一个气象桅杆16的相关风速风向々mi和风机12的相关风速风向々ti。每个风速风向々mi和々ti包括风向值Di和风速值Si。对于一个设有若干台风机12的风场10，每个风况相关组Mi包括气象桅杆16的相关风速风 向々mi和每一台风机12的相关风速风向々ti。风况相关性数据库122可以通过 商业应用软件制得，比如美国ANSYS公司(ANSYS,Inc.)或挪威的WindSim 公司(WindSimAS)等所提供的软件。如图3和图4所示，在步骤106,在风况相关性数据库122中搜索到气象桅杆16的风速风向々mm的估计值々p,该风速风向估计值Vp所包含的风向值 D呵与气象桅杆16已测得的风向值D咖最接近。然后，在该气象桅杆16的风速风向估计值々p所在的风况相关组Mp中的风机12的风速风向估计值々tp。 如图3所示，在步骤108,对传感器32测得的风机12的风速风向9t进行调整。作为一种实施方式，风机12调整后的风速风向值々t—n^包括调整后的 风速值S t—new和调整后的风向值Dt—new。在一种实施方式中，风机12调整后 的风向值Dt—n^是用迭代的方法可得到的，例如根据公式1:Dt丽=Dt + Y(Dtp - Dt) 公式1其中，D中是风机12风速风向估计值々tp的风向本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风力发电机的测风方法，包括：　　　　接收风力发电机位置的风况信号；　　　　接收测试位置的风况信号；　　　　通过风况相关性数据库和所述测试位置的风况信号，为风力发电机位置提供风况估计值；　　　　比较所述风力发电机位置的风况信号和风力发电机位置的风况估计值，并得到其间的差值；以及　　　　使用上述差值调整所述风力发电机位置的风况信号。

【技术特征摘要】
1.一种风力发电机的测风方法，包括接收风力发电机位置的风况信号；接收测试位置的风况信号；通过风况相关性数据库和所述测试位置的风况信号，为风力发电机位置提供风况估计值；比较所述风力发电机位置的风况信号和风力发电机位置的风况估计值，并得到其间的差值；以及使用上述差值调整所述风力发电机位置的风况信号。2. 如权利要求1所述的风力发电机的测风方法，其中该测风方法还进一步包括模拟风以若干个方向吹向风力发电机所在一风力发电场，建立一个风况相关性数据库，该风况相关性数据库包括若干个风况相关组，每一风况相关组对应一个模拟风向，每一风况相关组包含测试位置的相关风况信号和风力发电机位置的相关风况信号。3. 如权利要求2所述的风力发电机的测风方法，其中模拟风以若干个方向吹向风力发电场的步骤包括模拟风以一个恒定的风速以若干个方向吹向风力发电场。4. 如权利要求1所述的风力发电机的测风方法，其中通过风况相关性数据库和所述测试位置的风况信号，为风力发电机位置提供风况估计值的步骤包括在风况相关性数据库中取得一个近似风况相关组，该近似风况相关组中的测试位置的相关风况信号与所述测试位置的风况信号最接近，则该近似风况相关组中的风力发电机位置的相关风况信号即为风力发电机位置的风况估计值。5. 如权利要求1所述的风力发电机的测风方法，其中所述风力发电机位置的风况信号包括风力发电机位置的风向值，所述风力发电机位置的风况估计值包括风向估计值，所述使用上述差值来调整所述风力发电机位置的风况信号包括用风力发电机位置的风向值与风力发电机位置的风向估计值的差来调整风力发电机位置的风向值。6. 如权利要求5所述的风力发电机的测风方法，其中所述用风力发电机位置的风向值与风力发电机位置的风向估计值的差来调整风力发电机位置的风向值包括利用所述差，用迭代的方法调整风力发电机位置的风向值。7. 如权利要求1所述的风力发电机的测风方法，该方法还进一步包括模拟风以若干个方向，每个方向以若干个风速吹向风场，建立一个风况相关性数据库，该风况相关性数据库包括若干个风况相关组，每个风况相关组对应一个相应的模拟风向和一个相应的才莫拟风速，每个风况相关组包含一个测试位置的相关风况信号和一台风力发电机位置的相关风况信号。8. 如权利要求7所述的风力发电机的测风方法，其中通过风况相关性数据库和所述测试位置的风况信号，为风力发电机位置提供风况估计值的步骤包括在风况相关性数据库中搜索一个近似风况相关组，该近似风况相关组中测试位置的相关风况信号与测试位置的风况信号最接近，...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵磊，陈为国，夏激扬，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]