CN105545596A - 一种基于风速和位置影响的角度测量误差方法 - Google Patents

一种基于风速和位置影响的角度测量误差方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于风速和位置影响的角度测量误差方法，包括以下步骤：将目标风机机舱位置的朝向分为8类区域；风速风向仪分别获取机舱位置的8类朝向的角度测量误差曲线，风速风向仪根据选取的朝向类别的角度测量误差δ对实测风向偏差角度θ2进行补偿后发送给主控系统。本发明通过对风机机舱位置朝向的分类，获得不同机舱位置朝向下的角度测量误差曲线。在考虑风速对角度测量误差影响的基础上，同时对微观选址(机舱位置朝向)进行考虑。解决了角度测量误差函数δ＝f(v)仅依靠风速对风速风向仪的角度测量误差进行补偿，而不能补偿微观选址因素引起的风速风向仪的角度测量误差的缺点，提高了风机叶轮的对风精度，进而提高了风机的发电效率。

Description

一种基于风速和位置影响的角度测量误差方法
技术领域
本发明涉及一种风速风向仪，特别是一种风速风向仪的角度测量误差补偿方法。
背景技术
风力发电机将风动能转化为电能，目标是在保持风机承受较低机械载荷的同时尽可能多的发电。要成功实现以上目标，关键是要让风机叶轮精确的对准风向。关于提高风速风向仪学习周期时的风机发电效率的方法
如图1-2所示，根据风机动力学理论，当风速恒定且发电机转速低于额定转速时,风机的发电功率与风向偏差角度θ的余弦的三次方成正比。设风向无偏差时，风机叶轮获得的功率为Power1；当风速不变而风向偏差角度为θ时，风机叶轮获得的功率为Power2，则二者满足如下公式：
Power2＝Power1×cos3θ
因此，当风向偏差角度θ为15度时，会带来约10％的发电量损失。另外，叶轮的偏离会导致在叶轮乃至整个风机的机械载荷不平衡。这类载荷相比其他载荷会大得多，如果能降低，就能延长风机使用寿命，或者让现有风机带动更大的叶轮。
目前，在大多数风机上，风向偏差角度由安装在机舱上方的风速风向仪决定。但在风机的实际运行过工程中，风速风向仪所测量的风向偏差角度与叶轮处的实际风向偏差角度之间存在误差。
如图3所示，因为风速风向仪测量的是风机机舱尾部的风向偏差角度θ2，而风机主控系统需要的是风机叶轮处的实际风向偏差角度θ1，即两者间的角度测量误差表示为：
δθ＝θ2-θ1
大量实验表明，这个误差不是固定的，而是与风速相关的，这个随风速v变化的误差符合如下的角度测量误差曲线或角度测量误差函数：
δ＝f(v)≈a0+a1v+a2v2+…+anvn
为获取上述角度测量误差函数，风速风向仪以风速为条件，将数据按照风速段分类，进而统计分析出不同风速段下该风机的风速风向仪的角度测量误差，进而获取的角度测量误差函数δ＝f(v)。
而实际中，风速风向仪的角度测量误差不仅仅受风速v影响，同时也受到风机微观选址P的影响。微观选址主要表示风机安装处的地理位置和其它风机间的位置关系，假设目标风机A处于图4所示的微观选址情况，即其西北、东北、西南、东南四个方向各有一台其它风机B1、B2、B3、B4，且其正西方还有一座山丘C。
对于普通的角度测量误差函数δ＝f(v)而言，当风速恒定时，其角度测量误差也是恒定的。而在图4所示的情况中，假设环境风速为6m/s恒定，则：
(1)北风可以直接到达目标风机A；
(2)西北风、东北风和西南风需要分别经过风机B1、B2与B3才能到达目标风机A；
(3)西风需要经过山丘C才能到达目标风机A；
(4)南风需要经过风机B3与风机B4的共同作用才能到达目标风机A。
因为不同的风向需要经过不同的路径才能到达目标风机A的位置，所以即便在相同风速下，不同的微观选址给风机的风速风向仪的角度测量误差带来的影响也是不一样的，即6m/s风速下，北风和西风对目标风机A的角度测量误差影响是不一样的。
即普通的角度测量误差函数δ＝f(v)仅依靠风速对风速风向仪的角度测量误差进行补偿，而不能补偿微观选址因素引起的风速风向仪的角度测量误差。
关于微观选址因素引起的风速风向仪的角度测量误差的补偿方法，目前还未见报道。
发明内容
为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种既考虑风速影响又考虑微观选址影响的基于风速和微观选址的角度测量误差方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种基于风速和位置影响的角度测量误差方法，包括以下步骤：
A、将目标风机机舱位置的朝向按照东南西北的旋转方向均分为8个区域P1、P2、…、P8，用来表示不同方向的微观选址情况；
B、风速风向仪进入学习周期之前，首先将采集到的数据按照机舱位置朝向进行分类，即将数据共分为8类；所述的数据包括风速、风速风向仪的实测风向偏差角度和叶轮处功率；
C、进入学习周期后，风速风向仪按照步骤B的分类对基于风速变化的角度测量误差曲线进行学习，分别获取机舱位置的8类朝向的角度测量误差曲线δP1＝fP1(v)、δP2＝fP2(v)、…、δP8＝fP8(v)；
D、风速风向仪在运行周期内，按照此时的目标风机机舱位置朝向Pi选择对应的角度测量误差曲线δPi＝fPi(v)，并根据此时的风速v，应用角度测量误差曲线δPi＝fPi(v)计算出此时的角度测量误差δ，式中，i＝1、2、…、8分别代表不同的机舱位置朝向，仅选一个；
E、风速风向仪根据角度测量误差δ对其实测风向偏差角度θ2进行补偿后发送给主控系统，控制风机叶轮对风。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过对风机机舱位置朝向的分类，获得不同机舱位置朝向下的角度测量误差曲线。在考虑风速对角度测量误差影响的基础上，同时对微观选址(机舱位置朝向)进行了考虑。解决了传统角度测量误差函数δ＝f(v)仅依靠风速对风速风向仪的角度测量误差进行补偿，而不能补偿微观选址因素引起的风速风向仪的角度测量误差的缺点，提高了风机叶轮的对风精度，进而提高了风机的发电效率。
附图说明
本发明共有附图7张，其中：
图1是风机机舱正对风向示意图。
图2是风机机舱偏航示意图。
图3是实际风速和实测风速示意图。
图4是微观选址对风机影响的示意图。
图5是机舱位置朝向分区示意图。
图6是本发明的实施流程图。
图7是6m/s风速时，考虑微观选址和不考虑微观选址的角度测量误差实例。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步地说明。
如图4所示，河北某风场某风机A处于图4中的微观选址情况，即其西北、东北、西南、东南四个方向各有一台其它风机B1、B2、B3、B4，且其正西方还有一座山丘C。
为表示风机A在不同方向的微观选址区别，如图5所示，按照东南西北的旋转方向将风机A的位置朝向均分为8个区域P1、P2、…、P8。
进入学习周期后，风速风向仪对采集到的数据按照机舱位置朝向分类，并依次获得每个机舱位置朝向的角度测量误差曲线，如图6所示，最终获得8条角度测量误差曲线。
风速风向仪在运行周期内，按照此时的风机位置朝向Pi选择对应的角度测量误差曲线δPi＝fPi(v)，并根据此时的风速v，应用补偿曲线δPi＝fPi(v)计算出此时的角度测量误差δ。最终将此误差补偿后传递给主控系统，控制风机叶轮对风。
现已6m/s风速为例具体分析，如图7所示：
普通的角度测量误差函数δ＝f(v)仅为风速v的函数，当风速为6m/s恒定时，不论机舱位置朝向处于何处，其补偿的角度测量误差均为2.5°，图7中的虚线。
采用本发明的方案后，风速风向仪会根据风机的机舱位置朝向对角度测量误差曲线进行获取，即在6m/s风速时，不同的机舱位置朝向需要补偿的角度测量误差也不相同，如图7中的柱状图所示。当机舱位置为P1时，需要补偿的角度测量误差为2.6°；当机舱位置为P2时，需要补偿的角度测量误差为1.9°；……
为此，6m/s风速时，当机舱位置为P2，普通的角度测量误差函数所补偿的角度测量误差为2.5°，本发明补偿的角度测量误差为1.9°，减少发电量损失0.19％；当机舱位置为P6时，可以最大程度减少发电量损失0.77％。

Claims (1)

1.一种基于风速和位置影响的角度测量误差方法，其特征在于：包括以下步骤：
A、将目标风机机舱位置的朝向按照东南西北的旋转方向均分为8个区域P1、P2、…、P8，用来表示不同方向的微观选址情况；
B、风速风向仪进入学习周期之前，首先将采集到的数据按照机舱位置朝向进行分类，即将数据共分为8类；所述的数据包括风速、风速风向仪的实测风向偏差角度和叶轮处功率；
C、进入学习周期后，风速风向仪按照步骤B的分类对基于风速变化的角度测量误差曲线进行学习，分别获取机舱位置的8类朝向的角度测量误差曲线δP1＝fP1(v)、δP2＝fP2(v)、…、δP8＝fP8(v)；
D、风速风向仪在运行周期内，按照此时的目标风机机舱位置朝向Pi选择对应的角度测量误差曲线δPi＝fPi(v)，并根据此时的风速v，应用角度测量误差曲线δPi＝fPi(v)计算出此时的角度测量误差δ，式中，i＝1、2、…、8分别代表不同的机舱位置朝向，仅选一个；
E、风速风向仪根据角度测量误差δ对其实测风向偏差角度θ2进行补偿后发送给主控系统，控制风机叶轮对风。
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