一种全场机舱传递函数校正方法技术

本发明专利技术涉及一种全场机舱传递函数校正方法，本发明专利技术依据风向建立全场扇区划分模型，将不同风向影响下的风机位置根据三维尾流模型进行流场预测，判别风机机位是否处于尾流影响扇区，进而结合所建立的入流等效模型和激光雷达测量风速进行入流等效风速计算，同时根据风机转速特性分区建立入流等效风速和机舱风速、转速的机舱传递函数，进而实现全场风机传递函数的定制化校正应用，有效提升自由来流风速计算精度，有效提升传递函数拟合精度。有效提升传递函数拟合精度。有效提升传递函数拟合精度。

【技术实现步骤摘要】
一种全场机舱传递函数校正方法


[0001]本专利技术涉及风力发电
，尤其是指一种全场机舱传递函数校正方法。

技术介绍

[0002]风速仪是用来采集风速数据的设备，主要用于风电机组的功率曲线计算、切入切出控制、暴风控制以及偏航控制等。目前风电机组风速仪安装和使用类型主要为后置式机械式风速仪或超声波风速仪，由于风速仪安装于机舱尾部，受到风电机组叶轮旋转扰动、来流风况特性以及叶根狭管效应等因素影响，使得机舱风速仪所测量风速与真实风速存在偏差，直接影响风速输出的大小，进而影响风机运行控制，易增加失速、振动、载荷和飞车等风险。
[0003]目前，风电机组主机厂家通常依据IEC 61400 12
‑
2标准引入机舱传递函数(机舱风速仪风速与自由来流风速的对应函数关系)对机舱风速仪所测量风速进行修正，IEC所提出的计算方法为测风塔风速与机舱风速仪风速的单值线性关系，但对于风电机组实际运行而言，风速仪所测量风速会受到叶轮旋转速度、来流风特性等多重因素影响，仅仅考虑机舱风速仪与测风塔数据并不能准确计算传递函数关系。基于此，部分论文、专利也提出考虑多参数影响的传递函数计算方法，如中国专利技术专利CN113283035A公开了一种考虑机舱风速与风机功率双参数影响的机舱传递函数计算方法，但该类现有技术只是从风电机组侧进行了影响因素考虑，忽略了风机来流风特性，如湍流、风切变等因素的影响，同时从风速仪测风角度而言，叶轮转速相较风机功率对测风仪精度有更重要的影响，且目前现有传递函数计算方法以测风塔或激光雷达所测量单点风速为自由来流风速，并没有考虑整个叶轮平面的等效风速计算。与此同时，各主机厂家传递函数计算均为出厂前理论环境计算，并未从全场风机实际布局的角度进行全场传递函数定制化校正计算。因此，其改进和创新势在必行。
[0004]为了弥补以上技术存在的不足，本专利技术考虑入流风特性、风机转速、机组布局等多因素提出一种全场机舱传递函数定制化校正方法。

技术实现思路

[0005]针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本专利技术之目的就是提供一种考虑入流风特性、风机转速、机组布局等多因素的全场机舱传递函数校正方法。
[0006]本专利技术解决的技术方案是：
[0007]一种全场机舱传递函数校正方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1、全场风机扇区划分
[0009]全场风机扇区划分中采集全场风机机位点坐标信息、高程信息、风向信息、风速信息以及湍流强度，结合尾流叠加模型，对不同风向变量下的全场流场分布情况进行预测，进而判断各机位是风机入流风资源信息，全场风机扇区判断模型如下所示：
[0010][0011]式中，F
S
为全场风机扇区判断模型；f(θ)为风向模型，通过输入不同风向角度θ用以转换坐标系，x，y，z为对应坐标系下的位置坐标参数；v(x,y,z)为风机三维入流风速，由激光雷达测量；V
w
为三维尾流模型，用于预测尾流风速分布，其中k为尾流膨胀系数，m为经验系数，由风机实际运行工况决定，r0为风轮叶片长度，r
w
为下风向位置x处的尾流半径，σ为高斯分布标准差，a为轴向诱导因子；
[0012]步骤2、入流等效风速模型建立
[0013]依据步骤1所判断出的风机入流风况，进行入流等效风速模型输入参数的设定，叶轮平面入流等效风速模型如下式(2)所示，其中单点风速测量采用激光雷达雷达进行：
[0014][0015]式中，V
eq
为入流等效风速；为风机轮毂高度平面风速；V
w
表示尾流参数效应向量；V
sh
表示风切变现象的向量，v1为高度h1处风速，α为风切变指数，由激光雷达上下光速测量风速拟合确定；V
to
表示为塔影效应的向量，β为风力加速度参数，φ表示风轮组件叶片和地面垂直方向的夹角参数，l表示风轮到风力机塔架之间的距离参数，d为叶片与轮毂之间距离参数；
[0016]步骤3、数据采集与处理
[0017]a)采用激光雷达获取风机轮毂高度处风速数据，同时采集机舱风速仪数据、转速数据，采样频率为1Hz，将采集的数据分别计算得出10min算术平均值；
[0018]b)将步骤a)统计后的的数据进行异常剔除，包括测试设备损坏的情况、10min平均风速低于风机切入风速或高于切出风速的数据、风机限电数据。
[0019]c)运用区间法，将将风向角度0
‑
360
°
划分为36个区间，每个区间宽度为10
°
，结合步骤1全场扇区划分模型，判断每台机组是否处于尾流区内；
[0020]d)结合上述是否处于尾流区内的判断结果，将激光雷达所测量数据代入步骤2入流等效风速模型中进行计算，换算为入流等效风速；
[0021]e)将激光雷达采集到的风速按照间隔分成若干Bin区间，每个Bin区间中心值为风速间隔的整数倍，同时将雷达测量风速对应的风机转速、机舱风速仪风速同时也按照Bin法区间进行划分；利用下式(3)进行计算每个Bin区间的机舱风速均值、等效风速均值以及转速均值：
[0022][0023]式中，v
n,i
为第i个Bin区间的机舱风速平均值，v
n,i,j
为在第i个Bin区间第j组的机舱风速；v
eq,i
为第i个Bin区间的入流等效风速平均值，v
eq,i,j
为在第i个Bin区间第j组的入流等效风速；v
r,i
为第i个Bin区间的风机转速平均值，v
r,i,j
为在第i个Bin区间第j组的风机转速；
[0024]步骤4、传递函数建立
[0025]根据机组转速特性进行分区拟合，对于切入转速至额定转速区间内，将入流等效风速视为机舱风速仪风速、机组转速的函数，通过多项式曲面拟合方法建立等效入流风速与机舱风速、机组转速的传递函数；对于额定转速以上区间，由于转速为定值，将入流风速视为机舱风速的单值函数，通过多项式拟合：
[0026]a)切入转速至额定转速区间
[0027]将入流等效风速v
eq
作为因变量，将机舱风速v
n
、风机转速v
r
作为自变量，采用多项式曲面拟合方法，计算公式如下式所示，其中c为待定拟合参数：
[0028][0029]b)额定转速以上区间
[0030]将入流等效风速v
eq
作为因变量，将机舱风速v
n
作为自变量，采用多项式拟合方法，计算公式如下式所示，其中b为待定拟合参数：
[0031]v
eq
＝f(v
n
)＝b0+b1v
n
+b2v
n2
+b3v
n3
+...
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全场机舱传递函数校正方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、全场风机扇区划分全场风机扇区划分中采集全场风机机位点坐标信息、高程信息、风向信息、风速信息以及湍流强度，结合尾流叠加模型，对不同风向变量下的全场流场分布情况进行预测，进而判断各机位是风机入流风资源信息，全场风机扇区判断模型如下所示：式中，F
S
为全场风机扇区判断模型；f(θ)为风向模型，通过输入不同风向角度θ用以转换坐标系，x，y，z为对应坐标系下的位置坐标参数；v(x,y,z)为风机三维入流风速，由激光雷达测量；V
w
为三维尾流模型，用于预测尾流风速分布，其中k为尾流膨胀系数，m为经验系数，由风机实际运行工况决定，r0为风轮叶片长度，r
w
为下风向位置x处的尾流半径，σ为高斯分布标准差，a为轴向诱导因子；步骤2、入流等效风速模型建立依据步骤1所判断出的风机入流风况，进行入流等效风速模型输入参数的设定，叶轮平面入流等效风速模型如下式(2)所示，其中单点风速测量采用激光雷达雷达进行：式中，V
eq
为入流等效风速；为风机轮毂高度平面风速；V
w
表示尾流参数效应向量；V
sh
表示风切变现象的向量，v1为高度h1处风速，α为风切变指数，由激光雷达上下光速测量风速拟合确定；V
to
表示为塔影效应的向量，β为风力加速度参数，φ表示风轮组件叶片和地面垂直方向的夹角参数，l表示风轮到风力机塔架之间的距离参数，d为叶片与轮毂之间距离参数；步骤3、数据采集与处理a)采用激光雷达获取风机轮毂高度处风速数据，同时采集机舱风速仪数据、转速数据，采样频率为1Hz，将采集的数据分别计算得出10min算术平均值；b)将步骤a)统计后的的数据进行异常剔除，包括测试设备损坏的情况、10min平均风速
低于风机切入风速或高于切出风速的数据、风机限电数据。c)运用区间法，将将风向角度0
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360
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划分为36个区间，每个区间宽度为10
°
，结合步骤1全场扇区划分模型，判断每台机组是否处于尾流区内；d)结合上述是否处于尾流区内的判断结果，将激光雷达所测量数据代入步骤2入流等效风速模型中进行计算，换算为入流等效风速；e)将激光雷达采集到的风速按照间隔分成若干Bin区间，每个Bin区间中心值为风速间隔的整数倍，同时将雷达测量风速对应的风机转速、...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘立群，蔡金柱，赖右福，阎钊，吕永成，韩路路，刘伟涛，任垚松，张毅恒，李兵兵，
申请(专利权)人：中国大唐集团科学技术研究院有限公司中南电力试验研究院，
类型：发明
国别省市：