一种风力发电机测风仪风速的校正方法技术

本发明专利技术公开一种风力发电机测风仪风速的校正方法，步骤为：采集风机在一段时间内同步的来流风速数据和第一参数的运行数据并进行预处理，划分风机的不同运行阶段，并对不同阶段下的来流风速和第二参数运行数据进行再处理，得到处理后的测风仪风速、叶轮转速、桨距角以及发电机输出功率数据作为多元因子，采用多元回归拟合的方法，在风机不同运行阶段下选取不同的多元因子构建来流风速与第二参数的函数关系式并进一步修正，得到拟合关系式；根据所得拟合关系式对测风仪风速进行校正，获取更精确的实时来流风速。本发明专利技术兼顾风力发电机组不同运行阶段下的测风偏差特性，能够获取更高精度的来流风速，确保风力发电机组的安全运行和发电效益的提高。

【技术实现步骤摘要】
一种风力发电机测风仪风速的校正方法
本专利技术涉及一种风力发电中风速测量技术，具体为一种风力发电机测风仪风速的校正方法。
技术介绍
大型风力发电机组往往采用变速变桨的控制技术，在风力发电机组控制的过程中，对风机叶轮前方来流风速的精准预测是影响风力发电机组控制效果的关键因素。对来流风速的准确测量可以使风力发电机组的变桨控制效果更加优良，使风机切入和切出状态的判断也更加及时，可以使风机运行过程的控制策略更完善，提高机组的系统性能和安全性，保证风机能够最大限度地利用风能，并延长机组的使用寿命。目前风力发电机组主要采用安装于机舱上方的风速仪对来流风速进行测量。由于来流风速受风机叶轮旋转、机舱外形、塔架、各种环境因素等的影响，得到的机舱风速仪风速与来流风速存在较大的偏差，测量值并不能准确反映叶轮前的实际来流风速。为获得叶轮前方的自由来流风速，需要对机舱风速进行校正。为了能实现对叶轮前方来流风速的直接测量，目前在工程应用可以通过测风塔对来流风速直接测量，测量的结果不会受叶轮旋转、机舱外形等因素的影响，但是通过测风塔得到的风速由于风机与测风塔所处位置不同，并不能准确反映风机叶轮前的来流风速。还有就是通过在机舱上安装机舱式激光雷达，这样可以凭借激光雷达的高精度等优良特性，实现对叶轮前方来流风速实时性的精确测量，但是机舱式激光雷达造价高昂，不适合对每台风机配备激光测风雷达，所以不具备大规模应用的基础。因而在机舱风速校正方面，许多研究者提出了不同的模型来研究机舱风速与来流风速的关系。有些研究者基于风轮空气动力学理论，提出了流管模型，通过理论计算去修正机舱风速，但由于风机运行环境复杂、理论模型与风速仪实际测量状况差异大，导致理论计算与实际存在较大的计算偏差，不易应用等问题。也有一些研究，通过采集机舱测风仪风速与来流风速，用线性拟合或者高阶多项式拟合的方法直接构建两者之间的关系，用得到的关系式预估来流风速，由于风机运行情况复杂，来流风速不仅仅与测风仪风速有着最直接的关系，还与叶轮转速、叶片桨距角等因素存在着密切的联系。因而，只用机舱风速一个因子去构建与来流风速的关系，并不能更好地反映来流风速的大小。
技术实现思路
针对现有风力发电中风速日的测量方法不能更好地反映来流风速的大小等不足，本专利技术要解决的问题是提供一种可获取精度更高的来流风速的风力发电机测风仪风速的校正方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：本专利技术提供一种风力发电机测风仪风速的校正方法，包括以下步骤：S1)确定采用变速变桨控制技术的水平轴风机，采集该风机在一段时间内同步的来流风速数据和第一参数的运行数据；S2)对采集的来流风速数据和第一参数运行数据进行预处理，划分风机的不同运行阶段，并对不同阶段下的来流风速和第二参数运行数据进行再处理，得到处理后的测风仪风速、叶轮转速、桨距角以及发电机输出功率数据；S3)利用上述再处理后的测风仪风速、叶轮转速、桨距角以及发电机输出功率数据作为多元因子，采用多元回归拟合的方法，在风机不同运行阶段下选取不同的多元因子构建来流风速与第二参数的函数关系式并进一步修正，得到拟合关系式；S4)根据所得拟合关系式对测风仪风速进行校正，获取更精确的实时来流风速。步骤S2)中第一参数运行数据包括机舱上方的测风仪风速数据、叶轮转速、发电机转速、叶轮桨距角、发电机输出功率以及风机偏航状态；第二参数运行数据包括测风仪风速、叶轮转速、桨距角以及发电机输出功率。步骤S2)中划分风机的不同运行阶段包括：按照风力发电机叶轮转速、输出功率和桨距角随测风仪风速升序排列下的趋势变化规律来划分不同运行阶段，划分的不同运行阶段包括转速恒定阶段、变转速运行阶段、恒转速运行阶段以及恒功率运行阶段。步骤S2)中，对采集的数据进行预处理，包括对数据的部分剔除和剔除后数据的平均化处理，其中，对剔除后的数据进行1min钟测量时间上的平均。步骤S2)中对不同阶段下的来流风速和第二参数运行数据进行再处理，具体为：确定叶轮转速、发电机功率和来流风速在不同运行阶段下的极值范围，并在这些极值附近取一合适固定值做为进一步剔除数据的节点。步骤S3)中，风机在四个不同运行阶段下都采用二元线性回归的形式构建来流风速与第二参数的规则关系式，具体为：在转速恒定阶段和恒转速运行阶段只考虑来流风速与测风仪风速及发电机输出功率的对应关系；在变转速运行阶段只考虑来流风速与测风仪风速及叶轮转速的对应关系；在恒功率运行阶段只考虑来流风速与测风仪风速及桨距角的对应关系。即：转速恒定运行阶段和恒转速运行阶段：Vn＝b0+b1Vc+b2P；变转速运行阶段：Vn＝b0+b1Vc+b2N；恒功率运行阶段：Vn＝b0+b1Vc+b2β其中，b0,b1,b2为回归系数，Vn,Vc,P,N,β分别为预估来流风速、测风仪风速、发电机输出功率、叶轮转速以及桨距角。步骤S4)中，获取实时来流风速的方法为：从风力发电机数据监测系统平台读取测风仪风速、叶轮转速、发电机输出功率和桨距角1min平均后的实时测量数据；判断发电机功率、叶轮转速和测风仪风速所属的运行阶段，并将这些数据代入本阶段对应的拟合关系式求得预估来流风速；按照输入数据的时间先后顺序再输出实时性的预估来流风速值。本专利技术具有以下有益效果及优点：1.本专利技术风力发电机测风仪风速的校正方法能够兼顾风力发电机组不同运行阶段下的测风偏差特性，能够获取更高精度的来流风速，有利于确保风力发电机组的安全运行和发电效益的提高。2.通过本专利技术技术方案所获得的拟合函数在拟合优度和应用效果上都优于直接对来流风速和机舱风速采取线性拟合的方式，具有很强的实用价值。附图说明图1为本专利技术风力发电机风速采集示意图；图2为风力发电机组运行范围的划分阶段；图3为叶轮转速、桨距角和发电机功率随测风仪风速增大的变化趋势；图4A为预估来流风速与实际来流风速的转速恒定阶段验证误差对比图；图4B为预估来流风速与实际来流风速的变转速运行阶段验证误差对比图；图4C为预估来流风速与实际来流风速的恒转速运行阶段验证误差对比图；图4D为预估来流风速与实际来流风速的恒功率运行阶段验证误差对比图；图5为实现对来流风速实时预估的流程示意图。其中，1为机舱式测风激光雷达，2为测风仪，3为机舱，4为塔架，5为叶片，V0为来流风速。具体实施方式下面结合说明书附图对本专利技术作进一步阐述。本专利技术提供一种风力发电机测风仪风速的校正方法，包括以下步骤：S1)确定采用变速变桨控制技术的水平轴风机，采集该风机在一段时间内同步的来流风速数据和第一参数的运行数据；S2)对采集的来流风速数据和第一参数运行数据进行预处理，划分风机的不同运行阶段，并对不同阶段下的来流风速和第二参数运行数据进行再处理，得到处理后的测风仪风速、叶轮转速、桨距角以及发电机输出功率数据；...

【技术保护点】
1.一种风力发电机测风仪风速的校正方法，其特征在于包括以下步骤：/nS1)确定采用变速变桨控制技术的水平轴风机，采集该风机在一段时间内同步的来流风速数据和第一参数的运行数据；/nS2)对采集的来流风速数据和第一参数运行数据进行预处理，划分风机的不同运行阶段，并对不同阶段下的来流风速和第二参数运行数据进行再处理，得到处理后的测风仪风速、叶轮转速、桨距角以及发电机输出功率数据；/nS3)利用上述再处理后的测风仪风速、叶轮转速、桨距角以及发电机输出功率数据作为多元因子，采用多元回归拟合的方法，在风机不同运行阶段下选取不同的多元因子构建来流风速与第二参数的函数关系式并进一步修正，得到拟合关系式；/nS4)根据所得拟合关系式对测风仪风速进行校正，获取更精确的实时来流风速。/n

【技术特征摘要】
1.一种风力发电机测风仪风速的校正方法，其特征在于包括以下步骤：
S1)确定采用变速变桨控制技术的水平轴风机，采集该风机在一段时间内同步的来流风速数据和第一参数的运行数据；
S2)对采集的来流风速数据和第一参数运行数据进行预处理，划分风机的不同运行阶段，并对不同阶段下的来流风速和第二参数运行数据进行再处理，得到处理后的测风仪风速、叶轮转速、桨距角以及发电机输出功率数据；
S3)利用上述再处理后的测风仪风速、叶轮转速、桨距角以及发电机输出功率数据作为多元因子，采用多元回归拟合的方法，在风机不同运行阶段下选取不同的多元因子构建来流风速与第二参数的函数关系式并进一步修正，得到拟合关系式；
S4)根据所得拟合关系式对测风仪风速进行校正，获取更精确的实时来流风速。


2.根据权利要求1所述的风力发电机测风仪风速的校正方法，其特征在于：步骤S2)中第一参数运行数据包括机舱上方的测风仪风速数据、叶轮转速、发电机转速、叶轮桨距角、发电机输出功率以及风机偏航状态；第二参数运行数据包括测风仪风速、叶轮转速、桨距角以及发电机输出功率。


3.根据权利要求1所述的风力发电机测风仪风速的校正方法，其特征在于：步骤S2)中划分风机的不同运行阶段包括：按照风力发电机叶轮转速、输出功率和桨距角随测风仪风速升序排列下的趋势变化规律来划分不同运行阶段，划分的不同运行阶段包括转速恒定阶段、变转速运行阶段、恒转速运行阶段以及恒功率运行阶段。


4.根据权利要求1所述的风力发电机测风仪风速的校正方法，其特征在于：步骤S2)中，对采集的数据进行预处理，包括对数据的部分剔除和剔除后数据的平均化处理，其中，对剔除后的数...

【专利技术属性】
技术研发人员：李国军，曹晓棚，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21