提高风力发电机组经济性的方法技术

本发明专利技术公开一种提高风力发电机组经济性的方法，准确测量高风力发电机的来流风速、风向，并将其作为控制变量引入机组偏航控制系统，参与优化偏航对风控制以及最大Cp跟踪控制，使风轮最大限度地捕获风能，增加发电功率，提高机组经济性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及风力发电技术，具体讲，是一种。
技术介绍
风能由于具有分布广泛、可重复利用以及技术成熟等优点，已经成为最具实用性 的可再生能源形式之一。过去几十年中的最常见的风能利用方式是通过装有风轮的风力发 电机组捕获风能进行发电。目前风力发电机组的风轮大多运行在近地边界层下部，风况受 地表情况影响比较大，风速呈现随机性、突变性等特点，且风能是一种不受控资源，通过改 变风况来提高风力发电机组的输出特性是不可能的。目前风力发电机组的测风仪器主要是安装在机舱顶部的风杯和风向标，对于上风 向风力发电机组来讲，其测得的风速风向并不是风轮前的风况，而是经过旋转风轮后的风 况（如图2所示B处风况），受到风轮旋转扰动和尾流等影响，不具有真实性以及实时性。另 外，风杯、风向标是机械式测量仪，具有转动惯量，而我国风机大部分安装在风沙大、气候寒 冷的野外地区，容易受风沙侵蚀和结冰影响，造成测量精度低，易损坏。因此，测得的风速、 风向一般用于风机的启停保护以及简单的偏航控制等，对于控制策略来说，不是一个可靠、 有效的输入量。 目前在控制上对于提高风力发电机组出力的研究，基本上都是从优化偏航对风以 及优化最大Cp跟踪控制两方面进行的，其共同的要求就是对于来流风况的准确测量，而风 轮是一个具有很大转动惯量的部件，这就对最大Cp跟踪控制的优化又提出一个控制要求， 即需要提前预知风况信息以补偿巨大惯性带来的滞后等缺点。
技术实现思路
为了提高风机的运行经济性，本专利技术提供一种技术方案，将激光雷达的风况信号 引入控制系统，解决传统风杯和风向标测风准确性差、可靠性低等缺点，优化最大Cp跟踪 控制以及偏航对风控制以提高发电量。 本专利技术的技术方案是： -种，准确测量高风力发电机的来流风速、风向， 并将其作为控制变量引入机组偏航控制系统，参与优化偏航对风控制以及最大Cp跟踪控 制，使风轮最大限度地捕获风能，增加发电功率，提高机组经济性。 所述测量风力发电机的来流风速、风向的具体方法是，设置一套测量装置，设风力 发电机组前方一定距离为测量点，向测量点发射激光，激光束碰到测量点大气中的粒子后， 发生散射，将散射回来的激光束与发射时的激光束进行对比，得出测量点大气粒子的运动 速度和方向，依据粒子对大气运动的跟随原理，粒子的运动速度等于大气运动速度，粒子的 运动方向即大气运动方向，从而得知测量点的风速和风向。 所述测量装置包括激光发生器、发射器、接收器、信号处理器，所述激光发生器发 出激光束，所述发射器将激光束定向发射至测量点，所述接收器接收从测量点散射回来的 激光束，所述信号处理器对散射回来的激光束进行处理，得出测量点的风速和风向测量值。 本专利技术的有益效果： 实施上述技术方案，通过激光测风雷达测得风力发电机组前方一定距离的风速、 风向信号，不易受到风轮旋转扰动和尾流等影响，相对于传统的风速仪和风向标，其准确性 和可靠性得到很大提高，将其测得信号引入到控制算法中，在原有的控制基础上，优化偏航 对风控制以及最大Cp跟踪控制，使风轮最大限度地捕获风能，增加发电功率，从而提高经 济性。【附图说明】 图1是激光测风雷达原理图。 图2是本专利技术原理图。 图3是偏航对风示意图。 图4是转矩前馈控制框图。 图5是最佳桨距角的叶尖速比曲线。 图6是转矩前馈控制框图。【具体实施方式】 首先，考虑引入风速作为控制输入，但是传统的测风仪器测得的风速不能用作控 制量输入，因此考虑采用新的测量风速方法。新的测量方法需要具有以下几个特点： 1.能够检测风机前方较远一段距离的风速、风向情况； 2.不易受到风轮旋转以及尾流的影响； 3.能够在多种复杂野外环境下工作； 4.测量准确性好，可靠性高； 5.从现场施工角度讲，易于安装、测试和维护。 测风激光雷达是以激光为光源向大气发射激光脉冲，接收大气粒子（主要是气溶 胶粒子和大气分子）的后向散射信号，通过分析发射激光和散射激光的多普勒频移来计算 出风速，图1是激光测风雷达原理图。 激光发生器产生光源，通过发射器发射出去，发射器可以进行定点聚焦，以确定需 要测量的风速的位置，激光束碰到确定距离大气中的粒子后，进行散射，接收器接收到散射 回来的激光束，通过与发射时的激光束进行对比，得出测量点粒子的运动速度。 由于大气中的气溶胶粒子对大气运动具有很好的跟随性，而如上面所述，大气粒 子对激光束的散射主要是由气溶胶粒子和大气分子散射造成的，因此可以得出如下结论： 大气粒子运动速度=风速 大气粒子运动方向=风向 从而也就测得了风速风向。 其次，根据测得的风速引入风机控制，由风速波动辅助控制转矩，由风向变化直接 控制偏航，提尚风能的有效吸收。 本方案主要有以下优点： 1、采用激光雷达测量风轮前方一定距离风向，测量结果不受风轮旋转、尾流等影 响，准确性好、可靠性高，因而可以减小风向偏差，提高风能吸收，提高风能利用率。若风向 变化过大，超过设计最大偏航角度，可提前停机以保证安全。 2、引入一个前馈控制环节，把风速看成是一种扰动，当风速发生波动时，不需要等 到转速波动后再通过转速-转矩控制器来调节，而是直接响应风速波动，根据风速辅助控 制转矩系统，提高响应速度，保持最佳叶尖速比，提高输出特性。 3、对于特殊地形的机位，可以分析其长期风况数据，以检验其风况条件或制定扇 区管理方案等。 4、在进行载荷计算时，需要对风进行建模，特别是在风场中下游风机不可避免会 受到上游风机的尾流影响，因此当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高风力发电机组经济性的方法，准确测量高风力发电机的来流风速、风向，并将其作为控制变量引入机组偏航控制系统，参与优化偏航对风控制以及最大Cp跟踪控制，使风轮最大限度地捕获风能，增加发电功率，提高机组经济性。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：宋聚众，王兵，莫尔兵，兰杰，林志明，王其君，尹景勋，林淑，
申请(专利权)人：东方电气风电有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51