基于前馈技术的风电机组偏航误差测试方法技术

本发明专利技术属于基于前馈技术的风电机组偏航误差测试方法领域，尤其是一种基于前馈技术的风电机组偏航误差测试方法，针对现有的航机没有对航向校正的技术，偏航造成风机发电量损失的问题，现提出如下方案，其包括以下步骤：S1：在机舱顶部安装激光测风雷达测量风轮前方的风速和风向；S2：进行偏航误差矫正，包括静态矫正和动态矫正；静态矫正：通过修改offset参数实现的，即在所有风速下，对所有风向误差的检测值增加一个固定方向的偏移量，S3：技术效果验收。本发明专利技术通过分析出风机的偏航误差角度，并在主控系统中调整相应参数，从而使风机更好的偏航迎风，最大程度的吸收风能，最终起到降低机组载荷。低机组载荷。低机组载荷。

【技术实现步骤摘要】
基于前馈技术的风电机组偏航误差测试方法


[0001]本专利技术涉及风电机组偏航误差测试方法领域，尤其涉及一种基于前馈技术的风电机组偏航误差测试方法。

技术介绍

[0002]偏航误差在风力发电机上很普遍，很多的风力发电制造商及风电场业主很久以前就发现风机在运行时，机舱的朝向是不一至的。据研究显示：大部分的风电场的风机平均偏航误差都在10
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12度左右，但通常只有一些偏航相当大的可以用目视区分，大部分无法目视确定。由于一直没有合适的测量手段来测量偏航误差，另外偏航误差所引起的发电量损失没有量化，所以偏航误差至今未被重视。另一个风机测试的统计结果也显示了75％以上的风机需要进行偏航的校正，50％以上的风机偏航的误差已经严重地影响了风机的发电量。偏航误差在风力发电机上很普遍，但由于一直以来风力发电机的测风装置都是安装在风机尾部，受风轮扰动及机舱外形的影响，不能准确测量风速与风向，偏航误差是现有传统技术不能解决的系统性问题，有必要借助激光雷达系统评估机组性能，并提升机组发电性能。
[0003]偏航误差最直接的结果就是风机发电量的损失，功率曲线最直接地反映了改进前后的发电量差别。平均偏航误差在12度时，偏航误差的校正给风机带来了发电量的增加、功率曲线的优化，发电量每年提供约1％
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4％，载荷的降低提高大部件使用寿命。由于改善体现在额定风速以下的功率提升，改善的效果在年均风速越低的区域，优化的越明显。
[0004]偏航误差产生的原因
[0005]传统的风力发电机的测风装置都是安装在风机尾部，受风轮扰动及机舱外形的影响，不能准确测量风速与风向，偏航误差是现有传统技术不能解决的系统性问题。风力发电机的偏航误差主要来自于三个方面：
[0006]1.测风设备的安装误差：由于大部分的风力发电机的风向仪安装没有采用标定设备，通常可能会产生
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2～10度安装误差。
[0007]2.风轮涡流的影响：风的气流在通过转动的风轮后，会产生很多涡流，使安装在机舱后部的风向仪测量不能准确地测量当时的瞬时风向，大部分的风机制造厂商在处理这些涡流时，都是将风向进行25秒至2分钟的平均，以过滤掉涡流对风向测量的影响，但由于将平均值作为当前的瞬时值来控制风机的偏航动作，会造成一定的误差与风机偏航的离散性。
[0008]3.旋转气流在机舱表面扰动引起的误差：气流通过一个旋转机械时，在其后部会产生一个旋转的气流场，这个气流场在风机机舱表面运动时，会对机舱后部的风向仪产生一个偏转风向，造成风向测量偏差。这个偏差与风机所处的位置的地形、方位有关，所以在同一风电场中每一台风机的偏差都不一样。
[0009]偏航误差功率损失
[0010]偏航误差最直接的结果就是风机发电量的损失，根据近几年国内外一些著名独立研究机构，如：Risoe,GL
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GH,NERL,ECN等的研究结果表明，偏航误差与发电量损失遵循cos2
的关系，也就是ΔP＝1
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cos 2θ其中θ为风机的偏航误差夹角。(如下图的“Yaw Angle”)一般认为，风机的平均偏航误差在4度以内，由于对发电量的影响很小，在实际校正实施中不需要进行静态调整，在4度以上的风机将进行调整。
[0011]但是，给风力发电机带来发电量损失的不仅仅是风机平均偏航误差，本质上，风机发电量的损失是每一瞬时风机的偏航误差，也就是风机偏航的离散性是发电量损失的一个重要因素。
[0012]现有的航机没有对航向校正的技术，航向最直接的结果就是风机发电量的损失。

技术实现思路

[0013]本专利技术的目的是为了解决现有的航机没有对航向校正的技术，偏航造成风机发电量损失的缺点，而提出的基于前馈技术的风电机组偏航误差测试方法。
[0014]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0015]基于前馈技术的风电机组偏航误差测试方法，包括以下步骤：
[0016]S1：在机舱顶部安装激光测风雷达测量风轮前方的风速和风向；
[0017]S2：进行偏航误差矫正，包括静态矫正和动态矫正；
[0018]静态矫正：通过修改offset参数实现的，即在所有风速下，对所有风向误差的检测值增加一个固定方向的偏移量，然后再输出到偏航控制。
[0019]动态矫正：根据激光雷达实测偏航误差，输出到偏航控制算法，可以有效的减少偏航误差的离散型，可以通过Windtimizer模块执行，或者直接将利茂产品接入到风机主控系统
[0020]S3：技术效果验收；
[0021]S4：信息输入。
[0022]优选的，所述S1中，通过分析出风机的偏航误差角度，并在主控系统中调整相应参数，从而使风机更好的偏航迎风，最大程度的吸收风能，最终起到降低机组载荷，提高大部件使用寿命，机组每年提升1
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4％发电量。
[0023]优选的，所述S1中，具体安装激光测风雷达包括以下步骤：
[0024]第一，将三角支架固定在机舱顶部预先选择好的安装位置，机舱顶部开1个孔(孔径Φ10mm)，用于钢丝绳牵拉固定激光头及三脚架。完成防水密封工作。
[0025]第二，机舱顶部开孔(孔径Φ48mm)，用于铠装电缆穿越连接机舱内部控制单元。同时完成防水密封工作。
[0026]第三，机舱内部确认主轴中心线，并使用激光对中工具将中心线投射至机舱顶部。
[0027]第四，机舱外部激光测量头按照中心线进行对中。并将测量头锁紧。
[0028]第五，机舱内安装，包括：完成所有接线；电源模块220VAC及控制单元均采用强磁铁吸附柜体的安装方式；RS485串行通讯电缆连接主控柜通讯模块；RJ45以太网电缆连接主控交换机(如果该交换机可能连接以太网)。
[0029]第六，设备开机，并完成调试。
[0030]S2中，偏航误差矫正的几种情况的优化策略分别如下：
[0031]工况1：偏航离散性小，平均值小，是偏航矫正(控制)的理想结果。
[0032]工况2：偏航离散性大，平均值小，需要采用动态偏航矫正或者采用Windtimizer模
块进行偏航矫正，不能采用静态偏航矫正策略。
[0033]工况3：偏航离散性大，平均值大，需要采用动态偏航矫正或者采用Windtimizer模块进行偏航矫正，静态偏航矫正策略效果不理想。
[0034]工况4：偏航离散性小，平均值大，只需要采用静态偏航矫正策略。
[0035]优选的，所述S2中，偏航误差矫正的实施步骤包括：
[0036]第一，激光测风设备安装于风机顶部，与风机主轴平行，向风机前方以左右各30度夹角向前射出两束激光束，利用激光在空气中的气溶胶上反射回的激光的多普勒效应，可以计算出测量前方70米处的风与风机主轴方向的相对风向。
[0037]第二，激光雷达内部软件可以对测量的数据进行处理，会自动过滤激光束被风机桨叶遮挡时的数据。由于测量的是风机前方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于前馈技术的风电机组偏航误差测试方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：在机舱顶部安装激光测风雷达测量风轮前方的风速和风向；S2：进行偏航误差矫正，包括静态矫正和动态矫正；静态矫正：通过修改offset参数实现的，即在所有风速下，对所有风向误差的检测值增加一个固定方向的偏移量，然后再输出到偏航控制；动态矫正：根据激光雷达实测偏航误差，输出到偏航控制算法，可以有效的减少偏航误差的离散型，通过Windtimizer模块执行，或者直接将利茂产品接入到风机主控系统S3：技术效果验收；S4：信息输入。2.根据权利要求1所述的基于前馈技术的风电机组偏航误差测试方法，其特征在于，所述S1中，通过分析出风机的偏航误差角度，并在主控系统中调整相应参数，从而使风机更好的偏航迎风，最大程度的吸收风能，最终起到降低机组载荷，提高大部件使用寿命，机组每年提升1
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4％发电量。3.根据权利要求1所述的基于前馈技术的风电机组偏航误差测试方法，其特征在于，所述S1中，具体安装激光测风雷达包括以下步骤：第一，将三角支架固定在机舱顶部预先选择好的安装位置，机舱顶部开1个孔，用于钢丝绳牵拉固定激光头及三脚架。完成防水密封工作；第二，机舱顶部开孔，用于铠装电缆穿越连接机舱内部控制单元。同时完成防水密封工作；第三，机舱内部确认主轴中心线，并使用激光对中工具将中心线投射至机舱顶部；第四，机舱外部激光测量头按照中心线进行对中。并将测量头锁紧；第五，机舱内安装，包括：完成所有接线；电源模块220VAC及控制单元均采用强磁铁吸附柜体的安装方式；RS485串行通讯电缆连接主控柜通讯模块；RJ45以太网...

【专利技术属性】
技术研发人员：栾福明，奚芸华，杨琨，李理，秦毅，姜浩，高云逸，李文雄，吴瑊，李程，刘帅伟，
申请(专利权)人：大唐国信滨海海上风力发电有限公司，
类型：发明
国别省市：