一种风机尾流探测方法技术

本发明专利技术提供一种风机尾流探测方法，涉及风力发电技术领域，利用风机机舱上安装的激光雷达镜头朝向风机后方区域发射检测波束V

【技术实现步骤摘要】
一种风机尾流探测方法


[0001]本专利技术涉及风力发电
，更进一步涉及一种风机尾流探测方法。

技术介绍

[0002]风机从风中提取能量时，在风机下风处会产生尾流。风机尾流不仅会造成下风处风机发电功率的损失，影响下风处风机的发电效率，还会增加其疲劳载荷，造成风机零部件的磨损，降低风机的稳定性，缩短风机的服务寿命。
[0003]为了控制尾流效应，上下风方向风机之间的间距和侧风方向的间距会尽量大，以免尾流效应造成效率降低和风机损坏。如此又可能会造成风电场占地面积和线缆的浪费。因此就需要对尾流进行观测，根据实际尾流尺寸，设计最优的风机布局。
[0004]目前的尾流观测方法是通过在风机远处安装扫描型激光雷达，受限于扫描型激光雷达自身重量，一般是安装在距离风机尾流1km以上的地面或者固定平台上，对尾流区域进行多层精细化扫描，再提取尾流的特征。但是激光雷达的扫描波束数量较多、扫描时间较长。现有技术是通过将激光雷达安装在远处对风机尾流进行观测，只是简单地判断是否有尾流，并未对尾流进行特征的定量分析。
[0005]对于本领域的技术人员来说，如何简便快捷地实现风机尾流观测，是目前需要解决的技术问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供一种风机尾流探测方法，将激光雷达安装在机舱顶部，向风机后方发出波束进行向径向速度测量，通过机舱式激光雷达扫描这种简单扫描模式，可快速提取尾流的特征信息，具体方案如下：
[0007]一种风机尾流探测方法，包括：
[0008]风机机舱上安装的激光雷达镜头朝向风机后方区域发射检测波束V
LOS
，所述检测波束V
LOS
与机舱中心线存在夹角α；
[0009]获取所述检测波束V
LOS
的距离库B
i
(i＝1，2，
…
n)对应的径向速度库V
LOS,i
(i＝1，2，
…
n)；
[0010]获取所述径向速度库V
LOS,i
(i＝1，2，
…
n)对应的斜率库k
i
(i＝1，2，
…
n)；
[0011]获取所述斜率库k
i
(i＝1，2，
…
n)的斜率最大值k
max
，所述斜率最大值k
max
对应的最大径向距离R
max
为尾流边界，R
max
*sin(α)为尾流半径。
[0012]可选地，所述检测波束V
LOS
包括第一波束V
LOS1
和第二波束V
LOS2
，所述第一波束V
LOS1
和所述第二波束V
LOS2
分别朝向不同的方向，分别获取第一尾流半径和第二尾流半径。
[0013]可选地，所述第一波束V
LOS1
和所述第二波束V
LOS2
位于同一平面内，第一尾流半径和第二尾流半径之和为尾流直径。
[0014]可选地，所述第一波束V
LOS1
和所述第二波束V
LOS2
分别相对于机舱中心线的夹角分别为
±
α。
[0015]可选地，所述第一波束V
LOS1
对应的最大径向距离R
max
为第一最大径向距离R
1,max
，所述第一波束V
LOS1
对应的斜率最小值k
min
为第一最小斜率k
1,min
；所述第二波束V
LOS2
对应的最大径向距离R
max
为第二最大径向距离R
2,max
，所述第二波束V
LOS2
对应的斜率最小值k
min
为第二最小斜率k
2,min
；
[0016]所述第一最小斜率k
1,min
对应的前后三个距离库加权平均后的第一背景风场径向速度V
LOS1,0
，所述第二最小斜率k
2,min
对应的前后三个距离库加权平均后的第二背景风场径向速度V
LOS2,0
，作为背景风场的径向速度计算自由流风速V0和风向与风机叶轮面法线夹角γ：
[0017][0018][0019][0020][0021]可选地，将所述自由流风速V0代入Jensen尾流模型计算尾流中心线的速度演化：
[0022][0023]其中：k
w
是尾流扩展系数，C
T
是风机推力系数，D为风机叶轮直径。
[0024]可选地，还包括：计算风速损失率：
[0025][0026]可选地，判断所述风速损失率是否低于阈值δ
th
，若是则认为尾流亏损恢复，尾流完全消散；对应的轴向距离x为风机尾流的长度，各个距离处的尾流横截面速度最大值减去速度最小值计算尾流的深度。
[0027]可选地，激光雷达识别风向与风机叶轮面法线夹角γ，当夹角γ大于阈值γ
th
，则控制伺服转台旋转至风向方位角，保证有效探测到尾流。
[0028]本专利技术提供一种风机尾流探测方法，利用风机机舱上安装的激光雷达镜头朝向风机后方区域发射检测波束V
LOS
，检测波束V
LOS
与机舱中心线存在夹角α；获取检测波束V
LOS
的距离库B
i
(i＝1，2，
…
n)对应的径向速度库V
LOS,i
(i＝1，2，
…
n)；当检测波束V
LOS
在尾流区中时，风速发生亏损，径向速度较小；当波束在尾流区之外时，风速恢复，径向速度会变大，在径向距离上呈现先小后逐渐变大的趋势；获取径向速度库V
LOS,i
(i＝1，2，
…
n)对应的斜率库k
i
(i＝1，2，
…
n)；获取斜率库k
i
(i＝1，2，
…
n)的斜率最大值k
max
，代表在此斜率对应的径向距离为尾流边界，斜率最大值k
max
对应的最大径向距离R
max
为尾流边界，R
max
*sin(α)为尾流半径。本专利技术通过将激光雷达安装在机舱顶部，向风机后方发出波束进行向径向速度测量，通过机舱式激光雷达扫描这种简单扫描模式，可快速提取尾流的特征信息。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风机尾流探测方法，其特征在于，包括：风机机舱上安装的激光雷达镜头朝向风机后方区域发射检测波束V
LOS
，所述检测波束V
LOS
与机舱中心线存在夹角α；获取所述检测波束V
LOS
的距离库B
i
(i＝1，2，
…
n)对应的径向速度库V
LOS,i
(i＝1，2，
…
n)；获取所述径向速度库V
LOS,i
(i＝1，2，
…
n)对应的斜率库k
i
(i＝1，2，
…
n)；获取所述斜率库k
i
(i＝1，2，
…
n)的斜率最大值k
max
，所述斜率最大值k
max
对应的最大径向距离R
max
为尾流边界，R
max
*sin(α)为尾流半径。2.根据权利要求1所述的风机尾流探测方法，其特征在于，所述检测波束V
LOS
包括第一波束V
LOS1
和第二波束V
LOS2
，所述第一波束V
LOS1
和所述第二波束V
LOS2
分别朝向不同的方向，分别获取第一尾流半径和第二尾流半径。3.根据权利要求2所述的风机尾流探测方法，其特征在于，所述第一波束V
LOS1
和所述第二波束V
LOS2
位于同一平面内，第一尾流半径和第二尾流半径之和为尾流直径。4.根据权利要求3所述的风机尾流探测方法，其特征在于，所述第一波束V
LOS1
和所述第二波束V
LOS2
分别相对于机舱中心线的夹角分别为
±
α。5.根据权利要求4所述的风机尾流探测方法，其特征在于，所述第一波束V
LOS1

【专利技术属性】
技术研发人员：尹嘉萍，吴松华，李荣忠，王琪超，赵慧娜，
申请(专利权)人：青岛镭测创芯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：