一种基于风电机组传动特性的功率特性验证方法技术

本发明专利技术涉及一种基于风电机组传动特性的功率特性验证方法，通过获取一定时间段的机组运行数据，构建能量传输模型进行功率特性验证，本发明专利技术为以机组能量传输过程为研究对象，基于各部件能量传输过程中的损耗，建立一个通用的能量传输模型，计算推导风速，拟合实际功率曲线，将实际曲线与机组设计时的理论曲线进行对比，通过一定的方法定量计算两条曲线的差异，形成一整套机组功率曲线验证方法和技术路线，为机组性能评价提供了一个评价准确、可行性高、实用性强的方法。

【技术实现步骤摘要】
一种基于风电机组传动特性的功率特性验证方法
本专利技术涉及一种风电机组功率评价方法，特别是一种基于风电机组传动特性的功率特性验证方法。
技术介绍
目前国内外有关研究机构已经开展了风电机组功率特性测试的相关研究，2005年IEC发布了IEC61400-12-1标准，规定了风力发电机组功率特性测试的相关标准，包括测试准备、测试程序、后期数据处理等，2012年该标准被引入中国并作为国家标准施行，标准号为GB/T18451.2-2012《风力发电机组功率特性测试》。由于标准的相关实施条件要求较高，比如要求在机组前某些特定扇区、位置树立测风塔连续测量一定时段的风资源，很难满足现场需求。目前国内在进行功率曲线验证时，较通用的是采用一机一验证的办法，具体就是用超声波或激光雷达测风仪参照IEC和行业的有关标准测定轮毂前一定距离的来风风速，同时读取机组相同时段的功率，经过一定数据处理后进行曲线拟合，同时参考机组历史数据进行一定的修正。该方法具有简单灵活、实施条件简单的优点，但其不足也很明显，比如：1)未考虑风电机组空气密度的影响，曲线不够准确；2)用历史数据修正功率曲线，使曲线带有机组运行特性，降低可信度和推广度；3)一机一测定增加工作量，加大了工作量，不利于大面积推广；4)在具体测量手段、数据处理方面难以实现完全共识。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种以机组能量传输过程为研究对象，基于各部件能量传输过程中的损耗，建立一个通用的能量传输模型，计算推导风速，拟合实际功率曲线，将实际曲线与机组设计时的理论曲线进行对比，通过一定的方法定量计算两条曲线的差异，形成一整套机组功率曲线验证方法和技术路线，为机组性能评价提供了一个评价准确、可行性高、实用性强的方法。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种基于风电机组传动特性的功率特性验证方法，包括如下步骤：S1)获取一定时间段的机组运行数据，包括机组出力、发电机转速、叶轮转速和桨距角；S2)能量传输模型构建，所述能量传输模型构建依次包括风轮捕捉机械功率的计算、推导风速的计算和模型修正；S21)风轮捕捉机械功率的计算：根据变流器、发电机、齿轮箱的效率曲线，寻取某一功率输出情况下，各传动部件的工作效率，得到风轮捕捉的机械功率；S22)推导风速的计算：计算出风轮捕捉的机械功率后，利用风能利用系数和风速之间关系，推导实际空气密度下功率对应的风速，再将该风速换算到标准大气密度条件下；S23)模型修正：架设测风仪器，同步获取测定的风速V2和机组出力P0，根据步骤S21和S22计算机组出力P0下的推导风速V1，比较V1和V2差异并调整传输模型，直至差异缩小到设定范围，完成能量传输模型构建；S3)功率特性验证，所述功率特性验证包括实际功率曲线拟合、偏差计算和机组功率评价；S31)实际功率曲线拟合：以传输模型为基础，输入P0得到V1，拟合V1-P0的对应实际功率曲线；S32)偏差计算：将实际功率曲线与机组设计时的理论功率曲线放在一个坐标轴下，计算曲线的偏差e；S33)根据偏差e对机组功率进行评价。进一步地，所述步骤S1中还包括如下步骤：S11)对采集的数据源进行甄别，利用网格法筛选机组正常运行状态时刻的有功功率。作为优选，所述步骤S1中还包括如下步骤：S12)所述机组运行数据还包括温度和压强，通过四分位法将温度和压强中的异常数据剔除，利用空气密度与温度和压强的函数关系求出空气密度。进一步地，所述步骤S21中通过折半查找法确定变流器的效率和其输入功率，变流器的输入功率作为发电机的输出功率，通过折半查找法确定发电机的效率和其输入功率，发电机的输入功率作为主轴联轴器的输出功率，通过折半查找法确定主轴联轴器的效率和输入功率，主轴联轴器的输入功率作为齿轮箱的输出功率，通过折半查找法确定齿轮箱的效率和其输入功率，齿轮箱的输入功率即为风轮捕捉的机械功率。作为优选，其特征在于：所述步骤S21的具体计算过程如下：网侧变流器输出功率为Prwc、发电机定子输出功率为Ps、机侧变流器输出功率为Prjc，Prjc＝sPs，其中s为转差率、机组出口功率为PCK，PCK＝Pr+Ps、发电机输出功率为PG、联轴器输出功率为PLZQ、齿轮箱输出功率为PCLX、叶轮输出功率为P，齿轮箱、联轴器、发电机、变频器效率参数为η1、η2、η3、η4；机组出口功率与发电机定子、网侧变流器输出功率之间的关系可由下面的公式表示：PCK＝Prwc+Ps；发电机组有两种运行方式，当转子转速小于同步转速时s＜0，转子侧馈入来自电网的功率，此时Prjc＜0；转子转速大于同步转速时s≥0，转子向电网馈出功率，此时Prjc≥0；若Prjc≥0，根据发电机转速ω，求得转差率s，再假设Ps0，机侧变流器输入功率为sPs，根据变流器运行效率曲线η40＝η(sPs0)计算出网侧变流器输出功率Prwc＝η(sPs0)·sPs0，则机组出力比较实测机组出力PCK与二者之间的差距，差距过大重新假设Ps0，采用相同的步骤计算直至PCK二者接近到设定范围，求得Ps，发电机输出功率为PG＝Ps+sPs；若Prjc＜0，先假设Ps0，机侧变流器输出至发电机转子的功率为sPs0，假设网侧变流器输入功率Prwc0，根据变流器运行效率曲线η40＝η(Prwc0)，返回计算机侧变流器输入功率sPs0′，比较sPs0、sPs0′差异，差异设定范围，重新假设Prwc0，直至在设定范围内，迭代计算出η0以及网侧变流器输入功率Prwc0后，计算机组出力比较实测PCK、差异，差异过大，重新假设Ps0，过程与Prjc≥0相同，求得Ps，发电机输出功率为PG＝Ps+sPs；再推算发电机输入机械功即联轴器输出功率PLZQ，假设联轴器输出功率初始值为PLZQ0，求得发电机此出力下的效率则发电机输出功率比较迭代与已知的PG之间的差异，差异过大重新假设PLZQ0，直至在设定范围内；根据同样的方法，推算出齿轮箱输出功率为PCLX、叶轮输出功率P。作为优选，其特征在于：所述步骤S22的具体计算过程如下：机械功率P与风能捕捉系数CP和推导风速V1有如下关系：机械功率P与风能捕捉系数CP和推导风速V1有如下关系：其中，P为风轮捕捉的机械功率、CP为风能捕捉系数、ρ为空气密度、A为扫风面积、V1为推导风速、θ为错风角；CP与λ和β有关，λ与V1有关，将P转换为V1的唯一函数，计算出V1。作为优选，其特征在于：所述步骤S23的具体修正过程如下：测风仪器数据覆盖从机组切入至满功率风速段；根据传输模型计算推导风速V1，比较V1、V2，计算相对误差为ε＝(V1-V2)/V2，计算其均方误差为n为运行数据总组数，σ大于设定值时，在齿轮箱效率基础上加上一个调整系数α，即齿轮箱传动效率为α·η2，重新进行步骤S21至S23直至σ小于等于设定值。作为优选，其特征在于：所述步骤S31中通过多项式拟合方法绘制出V1-P0的对应实际功率曲线。作为优选，其特征在于：所述步骤S32中以切入风速为起始，切出风速为终止，1m/s的风速为步长，对比每点理论曲线和实际曲线的差值，计算曲线各点的平均差值e。本专利技术同现有技术相比具有以下优点及效果：本专利技术以机组能量传输过程为研究对象，基于各部件能量传输过程中的损耗，建立一个通用的能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于风电机组传动特性的功率特性验证方法，包括如下步骤：S1)获取一定时间段的机组运行数据，包括机组出力、发电机转速、叶轮转速和桨距角；S2)能量传输模型构建，所述能量传输模型构建依次包括风轮捕捉机械功率的计算、推导风速的计算和模型修正；S21)风轮捕捉机械功率的计算：根据变流器、发电机、齿轮箱的效率曲线，寻取某一功率输出情况下，各传动部件的工作效率，得到风轮捕捉的机械功率；S22)推导风速的计算：计算出风轮捕捉的机械功率后，利用风能利用系数和风速之间关系，推导实际空气密度下功率对应的风速，再将该风速换算到标准大气密度条件下；S23)模型修正：架设测风仪器，同步获取测定的风速V

【技术特征摘要】
1.一种基于风电机组传动特性的功率特性验证方法，包括如下步骤：S1)获取一定时间段的机组运行数据，包括机组出力、发电机转速、叶轮转速和桨距角；S2)能量传输模型构建，所述能量传输模型构建依次包括风轮捕捉机械功率的计算、推导风速的计算和模型修正；S21)风轮捕捉机械功率的计算：根据变流器、发电机、齿轮箱的效率曲线，寻取某一功率输出情况下，各传动部件的工作效率，得到风轮捕捉的机械功率；S22)推导风速的计算：计算出风轮捕捉的机械功率后，利用风能利用系数和风速之间关系，推导实际空气密度下功率对应的风速，再将该风速换算到标准大气密度条件下；S23)模型修正：架设测风仪器，同步获取测定的风速V2和机组出力P0，根据步骤S21和S22计算机组出力P0下的推导风速V1，比较V1和V2差异并调整传输模型，直至差异缩小到设定范围，完成能量传输模型构建；S3)功率特性验证，所述功率特性验证包括实际功率曲线拟合、偏差计算和机组功率评价；S31)实际功率曲线拟合：以传输模型为基础，输入P0得到V1，拟合V1-P0的对应实际功率曲线；S32)偏差计算：将实际功率曲线与机组设计时的理论功率曲线放在一个坐标轴下，计算曲线的偏差e；S33)根据偏差e对机组功率进行评价。2.根据权利要求1所述的基于风电机组传动特性的功率特性验证方法，其特征在于：所述步骤S1中还包括如下步骤：S11)对采集的数据源进行甄别，利用网格法筛选机组正常运行状态时刻的有功功率。3.根据权利要求2所述的基于风电机组传动特性的功率特性验证方法，其特征在于，所述步骤S1中还包括如下步骤：S12)所述机组运行数据还包括温度和压强，通过四分位法将温度和压强中的异常数据剔除，利用空气密度与温度和压强的函数关系求出空气密度。4.根据权利要求1所述的基于风电机组传动特性的功率特性验证方法，其特征在于：所述步骤S21中通过折半查找法确定变流器的效率和其输入功率，变流器的输入功率作为发电机的输出功率，通过折半查找法确定发电机的效率和其输入功率，发电机的输入功率作为主轴联轴器的输出功率，通过折半查找法确定主轴联轴器的效率和输入功率，主轴联轴器的输入功率作为齿轮箱的输出功率，通过折半查找法确定齿轮箱的效率和其输入功率，齿轮箱的输入功率即为风轮捕捉的机械功率。5.根据权利要求4所述的基于风电机组传动特性的功率特性验证方法，其特征在于：所述步骤S21的具体计算过程如下：网侧变流器输出功率为Prwc、发电机定子输出功率为Ps、机侧变流器输出功率为Prjc，Prjc＝sPs，其中s为转差率、机组出口功率为PCK，PCK＝Pr+Ps、发电机输出功率为PG、联轴器输出功率为PLZQ、齿轮箱输出功率为PCLX、叶轮输出功率为P，齿轮箱、联轴器、发电机、变频器效率参数为η1、η2、η3、η4；机组出口功率与发电机定子、网侧变流器输出功率之间的关系可由下面的公式表示：PCK＝Prwc+Ps；发电机组有两种运行...

【专利技术属性】
技术研发人员：柴海棣，刘庆超，张蕴，杨军，
申请(专利权)人：华电电力科学研究院，华电新能源发展有限公司，华电新疆发电有限公司新能源分公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33