一种基于临近域测点信息融合的风电机组风向校正方法技术

本发明专利技术提供一种基于临近域测点信息融合的风电机组风向校正方法，包括以下步骤：收集风电场各风机的位置信息，分析各机组间的位置关系，确定各风电机组的临近域，以各风电机组为极点建立极坐标系；通过风向采集系统对各风电机组所在位置风向进行实时采集、处理和储存，分析机组间的方位角与风向的关系；根据风电机组与其临近域机组间的位置和方向关系，计算风向融合的位置权重和方向权重；将机组测点风向与临近域机组测点风向进行融合处理，得到校正后的机组测点风向。本发明专利技术充分利用风电场各风机及其临近域风机的风向采集系统，根据机组间的距离和方位关系融合风向信息对测点风向进行校正，可以提高风场发电效率，降低运维成本。成本。成本。

【技术实现步骤摘要】
一种基于临近域测点信息融合的风电机组风向校正方法


[0001]本申请涉及风电测量
，具体涉及一种基于临近域测点信息融合的风电机组风向校正方法。

技术介绍

[0002]风能作为一种清洁能源，越来越受到重视。但是风能的高效利用中仍存在着许多问题，例如，由于自然界中风是由于空气流动产生，具有随机性，其风向和风速都是时刻变化的，为了保证风力发电机组的叶轮能够始终正对来风，使发电效率最大化，风电机组都设计了自动偏航系统。风电机组通过风向风速仪检测风信号，将测得的信号传输到偏航系统调整机舱位置实现对风。
[0003]对于上风向风机，风力发电机组为了及时检测风速和风向信号，一般在机舱尾部安装风速风向仪，位于叶轮后面。当风机偏航转动时风机叶轮可能会产生一个相对于风向标的尾流效应，或者由于机组自身叶轮的转动，造成其旋转平面处诱导速度大小和方向的改变，使机舱上风向仪测量的方向与实际的风向存在偏差。若风电机组主控以此风向作为偏航误差的计算信号，就会产生偏航误差，造成发电量的损失。此外风电机组采用的风向标往往还受到出厂测量误差、安装方法不当、后期维护不及时、台风扰动等多种因素的影响，造成风向标测风不准。
[0004]经过对现有技术的检索发现，目前解决风向测量误差的主要方法有借助其它设备如测风塔、激光雷达等进行风向校正，以及通过机器学习的方法训练模型识别异常。例如，中国专利CN112526471A公开了一种用于雷达测风仪校准的数据统计分析方法及装置，通过获取雷达测风仪和测风塔风向数据，并将清洗后的数据转换为预设大气密度环境下的风向数据，获取雷达测风仪和测风塔的初始校准数据；中国专利CN114912353A公开了一种基于风向相关性的风电场风向数值计算方法及系统，利用风电机组风向运行数据训练风向数值模型并判断机组之间的风向测量结果是否满足相关性或存在测量异常，建立风向数值模型的多种神经网络模型。
[0005]但是借助其它设备校准提高了风电系统的复杂度，增加了运维成本，不适合批量使用，且在极端天气条件下无法使用，容易造成事故；机器学习的校准方法依赖于通过机组历史数据训练的模型，一方面计算复杂不易进行实时校准，存在滞后性，另一方面由于机理不明，校准精度和模型的训练程度有着很大的关系，因此在精度和速度上存在无法缓和的矛盾。因此，专利技术一种低成本、实时、高精度的风电机组风向校准方法，对于提高风电机组运行的安全可靠性和经济性都具有重要的实际意义。
[0006]考虑到同一风场内风电机组所在位置的风向具有极强的相关性，一个风电机组的临近机组测点可以一定程度上反应该机组的风向信息，具体影响程度由距离和方位等位置关系决定，因此可以通过对风电机组临近域的测点信息融合进行风向校正，从而充分利用现有设备来修正测风误差，不需要借助其他设备，对提高风场经济效益、降低运维成本具有积极意义，具备大规模推广的潜力。
[0007]六、
技术实现思路

[0008]本专利技术为克服现有风电场机组风向测量技术中存在的精度不高、存在固有误差等问题，通过充分利用风场邻近风机之间的风向采集系统，从构建风机临近域出发，结合风电场机组间的位置关系，提供了一种基于临近域测点信息融合的风电机组风向校正方法。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0010]本专利技术一种基于临近域测点信息融合的风电机组风向校正方法，包括以下步骤：
[0011](1)收集风电场各风机的位置信息，分析各机组间的位置关系，确定各风电机组的临近域，以各风电机组为极点建立极坐标系；
[0012](2)通过风向采集系统对各风电机组所在位置风向进行实时采集、处理和储存，分析机组间的方位角与风向的关系；
[0013](3)根据风电机组与其临近域机组间的位置和方向关系，计算风向融合的位置权重和方向权重。
[0014](4)将机组测点风向与临近域机组测点风向进行融合处理，得到校正后的机组测点风向。
[0015]本方案根据风电场机组排布位置信息构建机组临近域，从风电场风机间距离和方位角两个角度出发考虑融合权重分配，最终融合临近域机组方向信息实现风电场各机组风向的精细化校准。
[0016]优选的，所述风电机组测点的布置的风向传感器为风向标传感器，安装在风电机舱尾部的测风桅杆上，测风桅杆高度约为1m左右。
[0017]进一步地，所述风向传感器由尾翼、平衡锤、指向杆、转动轴四部分构成，传感器重心点固定在垂直轴上，可以绕垂直轴自由摆动；当来风方向与风向标角度不一致时，由于风向标头部和尾部受风面积不一致，风向标两侧形成风压差，从而产生风压力矩使风向标垂直旋转直到稳定在一个方向，即为来风方向。
[0018]进一步地，所述风向传感器采用光电码盘的风向检测方式，当来风带动风向标转动时，带动传感器内部装备的8位格雷码盘进行动作，从而将风信号转换为电信号，再通过信号传递和变换，将风向信息以电压信号传递给上位机和偏航系统。
[0019]进一步地，所述风向采集系统的硬件系统由风向传感器、采集卡和上位机组成。采集硬件系统中，所述风向传感器为风向标；所述采集卡基于STM32F103系列单片机开发，具备信号调理、模数转换、串口发送等功能；所述上位机操作系统为Windows 7及以上，并配备基于LabVIEW开发的采集软件，具备风向信号实时显示、本地保存和服务器保存等功能，上位机与采集卡的通信采用USART协议。
[0020]进一步地，所述的风向采集系统处理后的风向信号满足：当风向标测得的风向为北风(即地理方向正北吹来的风)时，所获取的风向角度在极坐标系g
i
中的方位角对应0(或2π)，南风对应π，东风对应π/2，西风对应3π/2，其他细分风向以此类推。
[0021]进一步地，所述的风向采集系统处理后的风向信号满足：所测风向信号为一段采集窗口T内的平均风向β
i
。
[0022]优选的，所述步骤(1)的具体过程为：
[0023](1.1)所述收集的风电场各机组的位置信息包括机组所在位置的经度x
i
和纬度y
i
；
[0024]其中，1≤i≤N，N为风电场所有机组的数目；
[0025](1.2)所述分析各机组间的位置关系为根据位置信息计算各风电机组之间的距离，计算方式如下：
[0026][0027][0028]Δx
ij
′
＝c
i
′‑
x
j
′
；
[0029]Δy
ij
′
＝y
j
′‑
y
j
′
；
[0030][0031]其中，d
ij
为风力发电机组i与风力发电机组j之间的距离，1≤i≤N，1≤j≤N；
[0032](1.3)所述确定各风电机组的临近域，具体判断条件为：
[0033]对于风电机组i，当其他机组j满足如下条件时，机本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于临近域测点信息融合的风电机组风向校正方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)收集风电场各风机的位置信息，分析各机组间的位置关系，确定各风电机组的临近域，以各风电机组为极点建立极坐标系；(2)通过风向采集系统对各风电机组所在位置风向进行实时采集、处理和储存，分析机组间的方位角与风向的关系；(3)根据风电机组与其临近域机组间的位置和方向关系，计算风向融合的位置权重和方向权重；(4)将机组测点风向与临近域机组测点风向进行融合处理，得到校正后的机组测点风向。2.根据权利要求1所述的一种基于临近域测点信息融合的风电机组风向校正方法，其特征在于，所述风电机组测点布置的风向传感器为风向标传感器。3.根据权利1所述的一种基于临近域测点信息融合的风电机组风向校正方法，其特征在于，步骤(1)具体包括以下步骤：(1.1)收集的风电场各机组的位置信息包括机组所在位置的经度x
i
和纬度y
i
；其中，1≤i≤N，N为风电场所有机组的数目；(1.2)根据位置信息计算各风电机组之间的距离，计算方式如下：(1.2)根据位置信息计算各风电机组之间的距离，计算方式如下：Δx
ij
′
＝x
i
′‑
x
j
′
；Δy
ij
′
＝y
i
′‑
y
j
′
；其中，d
ij
为风力发电机组i与风力发电机组j之间的距离，1≤i≤N，1≤j≤N；(1.3)确定各风电机组的临近域，判断条件为：对于风电机组i，当其他机组j满足如下条件时，机组j被视为机组i的临近域机组：d
ij
≤5D
i
；其中，1≤i≤N，1≤j≤N，D
i
为风机i的叶片直径，并记风机i的临近域内除自身外满足条件的风机数量为N
i
；(1.4)以各风电机组为极点，正北方向为极轴，顺时针方向为正方向建立极坐标系集合G＝{g
i
}；其中，g
i
＝{(r,θ)|0...

【专利技术属性】
技术研发人员：王军，梁辰，许新华，高刚，赵元军，许守亮，姚瑞锋，从飞云，
申请(专利权)人：华电郑州机械设计研究院有限公司浙江大学，
类型：发明
国别省市：