CN104653410A - 基于激光雷达测风仪的风电机组运行功率特性测试系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电力系统技术领域，尤其涉及一种基于激光雷达测风仪的风电机组运行功率特性测试系统及方法，由激光雷达侧风仪经RS485与上位机通讯传输风速等气象数据，数据采集系统测量风电机组出口电流电压，并利用所述的检测系统完成风电机组功率输出特性曲线的快速拟合标定。本发明中采用激光雷达测风仪，具有使用简便，测试数据精度高，可大大缩短测试周期的显著优点，适用于快速的风电机组功率特性曲线标定。激光雷达能够捕捉到传统设备所不能获取的数据，如风资源的垂直剖面图，这样就能够满足不同轮毂高度风电机组的测风需求，大大提高了试验效率。本发明可以快速完成风电机组的功率特性曲线拟合标定以及风速风向标定，从而达到验证风电机组的运行特性继而提高风电机组发电效率的目的。
Description
技术领域
本发明属于电力系统技术领域，尤其涉及一种基于激光雷达测风仪的风电机组运行功率特性测试系统及方法，具体是一种风力发电机组运行时功率特性是否满足该风电机组出厂时给定功率特性曲线的快速检测系统及测试方法，适用于发电效率未能达到预期效果的风电机组。
背景技术
风力发电机组功率曲线是评价一台风电机组性能好坏的一项重要指标，功率特性测试是风电机组准入制度必不可少的一个环节，因此风电机组功率特性研究具有重要意义。
由于功率特性直接决定风力机组发电量的多少，当实际功率曲线高于标准功率曲线时，风电机组处于过负荷状态，可能对机组造成不应有的损害，而实际功率曲线低于标准功率曲线，又使风电机组的发电量下降，投资者的投资不能得到及时回报。如果风电场的发电量比设计阶段预计的发电量低，则有必要对风电场风电机组进行功率特性测试，验证风电机组功率曲线以及可利用率。标准严格规定的测风装置以及各气象装置的安装与记录方法测得的功率曲线，无疑是精确的，然而测风塔安装时间长、危险性高，维护不便，必然会导致测试周期长的缺点始终存在。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种基于激光雷达测风仪的风电机组运行功率特性测试系统及方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
基于激光雷达测风仪的风电机组运行功率特性测试系统及方法，由激光雷达侧风仪经RS485与上位机通讯传输风速等气象数据，数据采集系统测量风电机组出口电流电压。
基于激光雷达测风仪的风电机组运行功率特性测试方法，利用如权利要求1所述的检测系统完成风电机组功率输出特性曲线的快速拟合标定，具体方法如下：
（1）激光雷达测风仪位置选定及风速测量：
根据GB/T 18451.2-2003 风力发电机组功率特性试验要求选取距待测机组2-4倍风力机组叶轮直径，主风上风向并且充分考虑地形与障碍物影响的位置，同时确定测风有效扇区；激光雷达能够捕捉到传统设备所不能获取的数据，如风资源的垂直剖面图，能够满足不同轮毂高度风电机组的测风需求；实时的风速风向数据以及气象信息的传输也为风力机组的风速风向传感器精度的标定校准提供了依据；测得的数据经上位机处理后直接提供1min以及10min的数据平均值，为后期的数据处理提供了便利条件；
（2）功率测量：
通过数据采集系统测量风电机组出口三相电压电流得到相应功率测量值，数据的采集应采用0.5Hz或更快的取样速率连续运行；
（3）数据处理与功率曲线拟合：
数据采集完成后，需要对测量数据进行处理，主要包括数据筛选、数据回归、数据修正及测量数据确定及功率曲线拟合完成；
所述的数据数据筛选，是以10min为一周期由连续测量所得到的数据产生，计算10min内的平均数值和数据的标准方差。
所述的数据回归，是将测试所筛选出的数据组需要折算回归到参考空气密度下的数据，如果实测空气密度值在1.25kg/m3±0.05kg/m3范围内，则没有必要进行空气密度折算。
所述的数据修正，是对于可能由气流畸变造成的气压误差而筛选到的数据需要进行修正。
所述的测量数据确定及功率曲线拟合完成：测量的功率曲线是对折算的数据组采用bin方法(method of bins)进行处理的；采用0.5m/s bin宽度为一组，得出折算后的每个风速bin所对应的功率值，从而得到最终的风电机组功率特性曲线。
本发明的优点及有益效果是：
本发明中采用激光雷达测风仪，具有使用简便，测试数据精度高，可大大缩短测试周期的显著优点，适用于快速的风电机组功率特性曲线标定。
现有标准规定的测风塔安装时间长，维护不便，必然会导致测试周期长的缺点始终存在，而本发明中激光雷达测风仪在满足精度要求的情况下，完全避免了上述问题，并且激光雷达能够捕捉到传统设备所不能获取的数据，如风资源的垂直剖面图，这样就能够满足不同轮毂高度风电机组的测风需求，大大提高了试验效率。
本发明可以快速完成风电机组的功率特性曲线拟合标定以及风速风向标定，从而达到验证风电机组的运行特性继而提高风电机组发电效率的目的。
以下结合附图与具体实施方式对本发明作进行进一步的详细说明。
附图说明
图1是并网光伏发电站并网检测集成系统简图；
图2是本发明方法的流程框图。
具体实施方式
实施例1：
如图1所示，本发明是一种基于激光雷达测风仪的风电机组运行功率特性测试系统及方法。本发明基于激光雷达测风仪的风电机组运行功率特性测试系统是由激光雷达侧风仪经RS485与上位机通讯传输风速等气象数据，数据采集系统测量风电机组出口电流电压。
如图2所示：本发明基于激光雷达测风仪的风电机组运行功率特性测试方法，可以实现风电机组功率特性曲线快速拟合，从而达到验证风力发电机组运行时功率特性是否满足该风电机组出厂时给定功率特性曲线目的。具体方法如下：
1、激光雷达测风仪位置选定及风速测量。
根据GB/T 18451.2-2003 风力发电机组功率特性试验要求选取距待测机组2-4倍风力机组叶轮直径，主风上风向并且充分考虑地形与障碍物影响的位置，同时确定测风有效扇区。标准规定的测风塔安装时间长，维护不便，必然会导致测试周期长的缺点始终存在，而激光雷达测风仪在满足精度要求的情况下完全避免了上述问题，并且激光雷达能够捕捉到传统设备所不能获取的数据，如风资源的垂直剖面图，这样就能够满足不同轮毂高度风电机组的测风需求，大大提高了试验效率；实时的风速风向数据以及气象信息的传输也为风力机组的风速风向传感器精度的标定校准提供了依据；测得的数据经上位机软件处理后可直接提供1min以及10min的数据平均值，这也为后期的数据处理提供了便利条件。测试数据通过RS485与上位机通讯。
2、功率测量。
通过数据采集系统测量风电机组出口三相电压电流得到相应功率测量值，数据的采集应采用0.5Hz或更快的取样速率连续运行。
3、数据处理
数据采集完成后，需要对测量数据进行处理，主要包括数据筛选、数据回归、数据修正及测量数据确定及功率曲线拟合完成。
1) 数据筛选
筛选的数据是以10min为一周期由连续测量所得到的数据产生，计算10min内的平均数值和数据的标准方差。
2) 数据回归
测试所筛选出的数据组需要折算回归到参考空气密度下的数据，如果实测空气密度值在1.25kg/m3±0.05kg/m3范围内，则没有必要进行空气密度折算。
3) 数据修正
对于可能由气流畸变造成的气压误差而筛选到的数据需要进行修正。
4 功率曲线拟合
测量的功率曲线是对折算的数据组采用bin方法(method of bins)进行处理的。采用0.5m/s bin宽度为一组，得出折算后的每个风速bin所对应的功率值，从而得到最终的风电机组功率特性曲线。
本发明中激光雷达测风仪位置选定：
可以不建立任何新的基础和测风塔，直接运用风机本身的基础，在底部可以通过遥感来测量标准要求位置的风速。扫描几何为全天空范围扫描，可以应用任意的扫描几何，扫描范围将不仅仅局限于设备的垂直正上方，可以实现弧度扫描PPI。利用几何扫描可以直接测量到风机位置的风资源情况，而这种扫描方式了解到的风气流并不会受到观测平台的影响。激光雷达能够捕捉到传统设备所不能获取的数据，如风资源的垂直剖面图，并能迅速捕捉到多个风机位置轮毂高度处的风速。先进的激光雷达测风仪也配置有空气密度、湿度、气压、温度等必要的测量装置以满足测试需要，可通过RS485通讯方式向上位机实时传输测试数据。
本发明中风电机组风速风向标定，是将风电机组风速风向测量信号接入数据采集系统，通常可从风电机组主控PLC直接接入，用来对比激光雷达测风仪测得风速风向数据，以此修正偏差，达到风电机组风速风向标定的目的。
Claims (6)
1.基于激光雷达测风仪的风电机组运行功率特性测试系统及方法，其特征是：由激光雷达侧风仪经RS485与上位机通讯传输风速等气象数据，数据采集系统测量风电机组出口电流电压。
2.基于激光雷达测风仪的风电机组运行功率特性测试方法，其特征是：利用如权利要求1所述的检测系统完成风电机组功率输出特性曲线的快速拟合标定，具体方法如下：
（1）激光雷达测风仪位置选定及风速测量：
根据GB/T 18451.2-2003 风力发电机组功率特性试验要求选取距待测机组2-4倍风力机组叶轮直径，主风上风向并且充分考虑地形与障碍物影响的位置，同时确定测风有效扇区；激光雷达能够捕捉到传统设备所不能获取的数据，如风资源的垂直剖面图，能够满足不同轮毂高度风电机组的测风需求；实时的风速风向数据以及气象信息的传输也为风力机组的风速风向传感器精度的标定校准提供了依据；测得的数据经上位机处理后直接提供1min以及10min的数据平均值，为后期的数据处理提供了便利条件；
功率测量：
通过数据采集系统测量风电机组出口三相电压电流得到相应功率测量值，数据的采集应采用0.5Hz或更快的取样速率连续运行；
数据处理与功率曲线拟合：
数据采集完成后，需要对测量数据进行处理，主要包括数据筛选、数据回归、数据修正及测量数据确定及功率曲线拟合完成。
3.根据权利要求2所述的基于激光雷达测风仪的风电机组运行功率特性测试方法，其特征是：所述的数据数据筛选，是以10min为一周期由连续测量所得到的数据产生，计算10min内的平均数值和数据的标准方差。
4.根据权利要求2所述的基于激光雷达测风仪的风电机组运行功率特性测试方法，其特征是：所述的数据回归，是将测试所筛选出的数据组需要折算回归到参考空气密度下的数据，如果实测空气密度值在1.25kg/m3±0.05kg/m3范围内，则没有必要进行空气密度折算。
5.根据权利要求2所述的基于激光雷达测风仪的风电机组运行功率特性测试方法，其特征是：所述的数据修正，是对于可能由气流畸变造成的气压误差而筛选到的数据需要进行修正。
6.根据权利要求2所述的基于激光雷达测风仪的风电机组运行功率特性测试方法，其特征是：所述的测量数据确定及功率曲线拟合完成：测量的功率曲线是对折算的数据组采用bin方法(method of bins)进行处理的；采用0.5m/s bin宽度为一组，得出折算后的每个风速bin所对应的功率值，从而得到最终的风电机组功率特性曲线。
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