测风系统、测风方法、偏航控制方法和主控系统技术方案

本申请公开了测风系统、测风方法、偏航控制方法和主控系统，该测风系统包括：超声波测风传感器、位置传感器和数据处理器，其中：所述超声波测风传感器安装在叶轮的导流罩上；所述位置传感器安装在任一与叶轮同步旋转的位置上；所述数据处理器分别与所述超声波测风传感器和所述位置传感器相连，用于获取所述超声波测风传感器和所述位置传感器测量得到的数据，并根据获取到的数据确定所述超声波测风传感器实时位置上的风向和风速大小，测风结果能够更真实地反映风力发电机组周围的风向和风速大小。

Wind measuring system, wind measuring method, yaw control method and master control system

The invention discloses a wind system, wind method, yaw control method and main control system, including the wind system: ultrasonic wind sensor, position sensor and data processor, wherein the ultrasonic wind measurement sensors installed in the dome of the impeller; the position sensor is installed on any position with the impeller rotating; the the data processor is respectively connected with the ultrasonic wind sensor is coupled to the position sensor, is used to obtain the ultrasonic wind sensor and the position sensor measurement data, and according to the obtained data to determine the ultrasonic wind sensor real-time position on the wind direction and wind speed, wind results can reflect around the wind turbine wind direction and wind speed.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及风电
，更具体地说，涉及测风系统、测风方法、偏航控制方法和主控系统。
技术介绍
测风系统、偏航系统和主控系统是风力发电机组(简称“风机”)的重要组成部分，其中：测风系统用于对风电场的风向和风速大小进行实时测量，并将测风结果上传给主控系统；主控系统的任务之一是在检测到风向变化时生成偏航命令并下发给偏航系统；偏航系统用于根据接收到的偏航命令控制风机的机舱向左或向右偏航对风，从而确保机舱的叶轮能够始终对准风向，提高风机发电效率。可见，测风结果能否真实反映风力发电机组周围的风向和风速大小，直接影响到后续的研究、计算。现有的测风系统将测风传感器安装在叶轮的后面，也就是下风向，所以测风结果受叶轮引起的湍流影响比较严重，难以真实反映风力发电机组周围的风向和风速大小。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了测风系统、测风方法、偏航控制方法和主控系统，以使测风结果能够更真实地反映风力发电机组周围的风向和风速大小。一种测风系统，包括超声波测风传感器、位置传感器和数据处理器，其中：所述超声波测风传感器安装在叶轮的导流罩上；所述位置传感器安装在任一与叶轮同步旋转的位置上；所述数据处理器分别与所述超声波测风传感器和所述位置传感器相连，用于获取所述超声波测风传感器和所述位置传感器测量得到的数据，并根据获取到的数据确定所述超声波测风传感器实时位置上的风向和风速大小。其中，所述超声波测风传感器用于测量得到Vm和Vn的大小；具体的，Vm和Vn是V0在所述超声波测风传感器所建立的二维坐标系的两坐标轴上的分量，V0是所述超声波测风传感器的实时位置上的风速与自身实时线速度的矢量和。其中，所述数据处理器具体用于获取所述位置传感器的实时位置、所述Vm和Vn的大小；根据所述位置传感器的实时位置与所述超声波测风传感器的实时位置之间的对应关系，确定所述超声波测风传感器的实时位置；根据所述超声波测风传感器实时位置的变化，计算得到所述超声波测风传感器的实时线速度；根据所述Vm和Vn的大小、所述超声波测风传感器的实时位置以及实时线速度，确定所述超声波测风传感器实时位置上的风向和风速大小。其中，所述数据处理器具体用于将所述Vm和Vn的大小、所述超声波测风传感器的实时位置以及实时线速度代入以所述超声波测风传感器实时位置上的风向和风速大小作为自变量的二元一次方程组，求解得到所述超声波测风传感器实时位置上的风向和风速大小。其中，所述超声波测风传感器包括两对超声波探头；从每一对超声波探头中的发射点到接收点所引的线段共同构成直角三角形的两直角边；其中一条线段平行于叶轮旋转轴线，两条线段所在直线相交构成所述二维坐标系。对应的，定义所述二维坐标系的两坐标轴分别为m、n轴，n轴平行于叶轮旋转轴线，则所述二元一次方程组为式中，V1为所述超声波测风传感器实时位置上的风速大小；θ是所述超声波测风传感器实时位置上的风向偏离所述n轴的实时方向的角度；α为所述n轴的实时方向偏离所述n轴的初始方向的角度，用以判断所述超声波测风传感器的实时位置；ω×r为所述超声波测风传感器的实时线速度。其中，所述超声波测风传感器包括两对超声波探头；从每一对超声波探头中的发射点到接收点所引的线段共同构成等边三角形的两边；其中一条线段的中垂线平行于叶轮旋转轴线，且本条线段所在直线与所述中垂线相交构成所述二维坐标系。对应的，定义所述二维坐标系的两坐标轴分别为m、n轴，n轴平行于叶轮旋转轴线，则所述二元一次方程组为式中，V1为所述超声波测风传感器实时位置上的风速大小；θ是所述超声波测风传感器实时位置上的风向偏离所述n轴的实时方向的角度；α为所述n轴的实时方向偏离所述n轴的初始方向的角度，用以判断所述超声波测风传感器的实时位置；ω×r为所述超声波测风传感器的实时线速度。其中，所述超声波测风传感器包括两对超声波探头；从每一对超声波探头中的发射点到接收点所引的线段所在的直线垂直相交构成所述二维坐标系；其中一条线段平行于叶轮旋转轴线。对应的，定义所述二维坐标系的两坐标轴分别为m、n轴，n轴平行于叶轮旋转轴线，则所述二元一次方程组为式中，V1为所述超声波测风传感器实时位置上的风速大小；θ是所述超声波测风传感器实时位置上的风向偏离所述n轴的实时方向的角度；α为所述n轴的实时方向偏离所述n轴的初始方向的角度，用以判断所述超声波测风传感器的实时位置；ω×r为所述超声波测风传感器的实时线速度。一种测风方法，应用于测风系统中的数据处理器，所述测风系统还包括超声波测风传感器和位置传感器，所述数据处理器分别与所述超声波测风传感器和所述位置传感器相连，其中：所述超声波测风传感器安装在叶轮的导流罩上；所述位置传感器安装在任一与叶轮同步旋转的位置上；所述测风方法包括：所述超声波测风传感器和所述位置传感器测量得到的数据；根据获取到的数据确定所述超声波测风传感器实时位置上的风向和风速大小。一种偏航控制方法，包括：获取测风系统的输出数据；其中，所述输出数据包括所述测风系统中的超声波测风传感器实时位置上的风向和/或风速大小，所述超声波测风传感器安装在叶轮的导流罩上；根据所述输出数据，判断风力发电机组是否满足进行偏航的前提条件；若判断得到风力发电机组满足进行偏航的前提条件，根据所述输出数据，确定风力发电机组的偏航方向；根据所述偏航方向生成偏航命令，并输出给偏航系统。其中，所述根据所述输出数据，判断风力发电机组是否满足进行偏航的前提条件，包括：根据所述超声波测风传感器实时位置上的风向数据，计算所述风向数据在预设时间内偏离参考风向的平均值VX；其中，所述参考风向为对准叶轮的风向；判断VX是否大于第一预设值或小于第二预设值；若是，判定风力发电机组满足进行偏航的前提条件。其中，所述根据所述输出数据，判断风力发电机组是否满足进行偏航的前提条件，包括：根据所述超声波测风传感器在其运动轨迹的C、D两点上的风向数据，分别计算得到所述C、D两点的风速数据在预设时间内的平均值VC、VD；其中，所述C、D两点是所述超声波测风传感器的运动轨迹上关于塔架中心线对称的两点；判断VC-VD是否大于第三预设值或小于第四预设值；若是，判定风力发电机组满足进行偏航的前提条件。其中，所述根据所述输出数据，判断风力发电机组是否满足进行偏航的前提条件，包括：根据所述超声波测风传感器实时位置上的风向数据，计算所述风向数据在一个正弦周期内的积分；判断计算得到的积分结果是否大于第五预设值或小于第六预设值；若是，判定风力发电机组满足进行偏航的前提条件。一种主控系统，包括：获取单元，用于获取测风系统的输出数据；其中，所述输出数据包括所述测风系统中的超声波测风传感器实时位置上的风向和/或风速大小，所述超声波测风传感器安装在叶轮的导流罩上；判断单元，用于根据所述输出数据，判断风力发电机组是否满足进行偏航的前提条件；确定单元，用于在所述判断单元判断得到风力发电机组满足进行偏航的前提条件时，确定风力发电机组的偏航方向；输出单元，用于根据所述偏航方向生成偏航命令，并输出给偏航系统。从上述的技术方案可以看出，为避免测风结果受叶轮引起的湍流影响，本专利技术避免将超声波测风传感器安装在叶轮的后面。此外，对于自然界的风来说，风向和风速大小在不同位置数值可能存在较大差异，只有测量得到更多位置的风向本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测风系统，其特征在于，包括超声波测风传感器、位置传感器和数据处理器，其中：所述超声波测风传感器安装在叶轮的导流罩上；所述位置传感器安装在任一与叶轮同步旋转的位置上；所述数据处理器分别与所述超声波测风传感器和所述位置传感器相连，用于获取所述超声波测风传感器和所述位置传感器测量得到的数据，并根据获取到的数据确定所述超声波测风传感器实时位置上的风向和风速大小。

【技术特征摘要】
1.一种测风系统，其特征在于，包括超声波测风传感器、位置传感器和数据处理器，其中：所述超声波测风传感器安装在叶轮的导流罩上；所述位置传感器安装在任一与叶轮同步旋转的位置上；所述数据处理器分别与所述超声波测风传感器和所述位置传感器相连，用于获取所述超声波测风传感器和所述位置传感器测量得到的数据，并根据获取到的数据确定所述超声波测风传感器实时位置上的风向和风速大小。2.根据权利要求1所述的测风系统，其特征在于，所述超声波测风传感器用于测量得到Vm和Vn的大小；其中，Vm和Vn是V0在所述超声波测风传感器所建立的二维坐标系的两坐标轴上的分量，V0是所述超声波测风传感器的实时位置上的风速与自身实时线速度的矢量和。3.根据权利要求2所述的测风系统，其特征在于，所述数据处理器具体用于获取所述位置传感器的实时位置、所述Vm和Vn的大小；根据所述位置传感器的实时位置与所述超声波测风传感器的实时位置之间的对应关系，确定所述超声波测风传感器的实时位置；根据所述超声波测风传感器实时位置的变化，计算得到所述超声波测风传感器的实时线速度；根据所述Vm和Vn的大小、所述超声波测风传感器的实时位置以及实时线速度，确定所述超声波测风传感器实时位置上的风向和风速大小。4.根据权利要求3所述的测风系统，其特征在于，所述数据处理器具体用于将所述Vm和Vn的大小、所述超声波测风传感器的实时位置以及实时线速度代入以所述超声波测风传感器实时位置上的风向和风速大小作为自变量的二元一次方程组，求解得到所述超声波测风传感器实时位置上的风向和风速大小。5.根据权利要求4所述的测风系统，其特征在于，所述超声波测风传感器包括两对超声波探头；从每一对超声波探头中的发射点到接收点所引的线段共同构成直角三角形的两直角边；其中一条线段平行于叶轮旋转轴线，两条线段所在直线相交构成所述二维坐标系。6.根据权利要求5所述的测风系统，其特征在于，定义所述二维坐标系的两坐标轴分别为m、n轴，n轴平行于叶轮旋转轴线，则所述二元一次方程组为Vm=V1×sinθ×cosα+ω×rVn=V1×cosθ]]>式中，V1为所述超声波测风传感器实时位置上的风速大小；θ是所述超声波测风传感器实时位置上的风向偏离所述n轴的实时方向的角度；α为所述n轴的实时方向偏离所述n轴的初始方向的角度，用以判断所述超声波测风传感器的实时位置；ω×r为所述超声波测风传感器的实时线速度。7.根据权利要求4所述的测风系统，其特征在于，所述超声波测风传感器包括两对超声波探头；从每一对超声波探头中的发射点到接收点所引的线段共同构成等边三角形的两边；其中一条线段的中垂线平行于叶轮旋转轴线，且本条线段所在直线与所述中垂线相交构成所述二维坐标系。8.根据权利要求7所述的测风系统，其特征在于，定义所述二维坐标系的两坐标轴分别为m、n轴，n轴平行于叶轮旋转轴线，则所述二元一次方程组为Vm=V1×(sinθ+cosθ×33)×cosα+ω×rVn=V1×3×cosθ]]>式中，V1为所述超声波测风传感器实时位置上的风速大小；θ是所述超声波测风传感器实时位置上的风向偏离所述n轴的实时方向的角度；α为所述n轴的实时方向偏离所述n轴的初始方向的角度，用以判断所述超声波测风传感器的实时位置；ω×r为所述超声波测风传感器的实时线速度。9.根据权利要求4所述的测风系统，其特征在于，所述超声波测风传感器包...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩世辉，
申请(专利权)人：北京金风科创风电设备有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11