CN108364561B - 一种优化微地形以改变风况的试验装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种优化微地形以改变风况的试验装置及试验方法，属于风力发电技术领域。新投产的部分风电场地形较为复杂导致投运后的机组出现发电量偏低、故障频发现象屡见不鲜。本发明包括试验平台，试验平台骨架和盖板，盖板盖在骨架上，骨架包括横钢管、纵钢管和竖钢管，横钢管的一端和纵钢管的一端均与竖钢管连接，横钢管与竖钢管之间和纵钢管与竖钢管之间均连接有支撑机构。能够经济、快速、安全地优化微地形以改变风况，从而提高风电场的经济效益，保障风电机组安全、经济运行。

Description

一种优化微地形以改变风况的试验装置及试验方法

技术领域

本发明涉及一种优化微地形以改变风况的试验装置及试验方法，属于风力发电技术领域。

背景技术

风电作为目前最具商业性和活力的可再生能源之一，具有成本低、清洁、对环境影响少等优点。近几年国内南方地区的风电发展也较为迅速，新投产的部分风电场地形较为复杂导致投运后的机组出现发电量偏低、故障频发现象屡见不鲜。

由于部分机组所处地形较为相似，若制定出一种优化微地形以改变风况的方法，对于提高风电机组的发电量和降低故障率显得尤为重要。这对于今后风电机组微观选址以及优化设计方面具有参考意义，对促进风电健康有序的发展具有借鉴作用。

有鉴于此，在申请号为2012105540204的专利文献中公开了大型风机缩比模型教学实训实验台及其并网检测方法，本实验台是通过拖动电机来模拟自然风风况而进行风力发电机组仿真实验的设备，包括发电机组件、联轴器与扭矩传感器组件、拖动电机、齿轮箱、液压站、偏航系统、变桨距系统、风速风向系统、机舱控制柜、塔基控制柜、变压器箱、逆变器、变频电机和变频器控制柜组成。上述对比文件存在发电量较低、故障频发的缺点。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理的优化微地形以改变风况的试验装置及试验方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：该优化微地形以改变风况的试验装置，包括试验平台，所述试验平台包括骨架和盖板，所述盖板盖在骨架上，其结构特点在于：所述骨架包括横钢管、纵钢管和竖钢管，所述横钢管的一端和纵钢管的一端均与竖钢管连接，所述横钢管与竖钢管之间和纵钢管与竖钢管之间均连接有支撑机构，所述横钢管包括横钢管连接块和横钢管铰接座，所述纵钢管包括纵钢管连接块和纵钢管铰接座，所述竖钢管包括横钢管支撑台、横钢管连接槽、横钢管卡块、纵钢管支撑台、纵钢管连接槽和纵钢管卡块，所述支撑机构包括支撑铰接轴、支撑套筒、支撑伸缩杆、转动横杆和支撑卡块，所述横钢管的一端安装在横钢管支撑台上，所述横钢管连接块安装在横钢管连接槽内，所述纵钢管的一端安装在纵钢管支撑台上，所述纵钢管连接块安装在纵钢管连接槽内，所述支撑套筒的一端固定在支撑铰接轴上，所述支撑伸缩杆的一端通过螺纹安装在支撑套筒的另一端，所述支撑卡块转动安装在支撑伸缩杆的另一端，所述转动横杆安装在支撑伸缩杆上，所述横钢管与竖钢管之间的支撑机构中的支撑铰接轴安装在横钢管铰接座上，所述横钢管与竖钢管之间的支撑机构中的支撑卡块与横钢管卡块接触，所述纵钢管与竖钢管之间的支撑机构中的支撑铰接轴安装在纵钢管铰接座上，所述纵钢管与竖钢管之间的支撑机构中的支撑卡块与纵钢管卡块接触。能够经济、快速、安全地优化微地形以改变风况，从而提高风电场的经济效益，保障风电机组安全、经济运行。

进一步地，所述横钢管连接块与横钢管连接槽通过内六角螺栓连接，所述纵钢管连接块与纵钢管连接槽通过内六角螺栓连接。方便拆装，节约组装时间。

进一步地，所述横钢管的数量为两个，所述两个横钢管分别为一号横钢管和二号横钢管，所述纵钢管的数量为两个，所述两个纵钢管分别为一号纵钢管和二号纵钢管，所述竖钢管的数量为四个，所述四个竖钢管分别为一号竖钢管、二号竖钢管、三号竖钢管和四号竖钢管，所述一号横钢管、二号横钢管、一号纵钢管和二号纵钢管组成骨架上框，所述一号横钢管、一号竖钢管和二号竖钢管组成一号骨架侧框，所述一号纵钢管、二号竖钢管和三号竖钢管组成二号骨架侧框，所述二号横钢管、三号竖钢管和四号竖钢管组成三号骨架侧框，所述二号纵钢管、四号竖钢管和一号竖钢管组成四号骨架侧框。骨架保证试验平台的抗风性和安全性，盖板改变风速流场。

进一步地，所述盖板包括上盖板和四个侧盖板，所述上盖板上设置有四个上盖板连接块，所述四个上盖板连接块分别插在一号竖钢管的一端、二号竖钢管的一端、三号竖钢管的一端和四号竖钢管的一端，所述四个侧盖板分别为一号侧盖板、二号侧盖板、三号侧盖板和四号侧盖板，所述一号侧盖板通过螺栓安装在一号骨架侧框上，所述二号侧盖板通过螺栓安装在二号骨架侧框上，所述三号侧盖板通过螺栓安装在三号骨架侧框上，所述四号侧盖板通过螺栓安装在四号骨架侧框上。方便将盖板安装在骨架上。

进一步地，所述四个上盖板连接块上均设置有倒角。倒角的设置便于上盖板安装定位。

进一步地，所述骨架的材质为方形钢管，所述盖板的材质的木板。拆装方便。

进一步地，所述的优化微地形以改变风况的试验装置的试验方法，其特点在于：方法包括如下步骤：

S1：根据风电场SCADA系统的历史数据选定被测试风电机组，评估该风电机组所处地形是否能够优化微地形以改变风况；

S2：利用试验平台进行试验；

S3：根据风电场SCADA系统的一段时间内风电机组的发电量、平均风速、利用小时、故障率等参数选定发电量低、故障率高的风电机组；

S4：利用SCADA系统数据对比试验前后风电机组的功率曲线，根据分析结果优化试验平台并提供相关建议。

进一步地，所述S2中，试验平台安装位置选取要求满足以下条件：

1）来风方向上与风电机组之间的距离为100～200米处存在比塔基海拔高的山头，且大于10米；

2）来风方向上山头与远离山头的海拔高差大于100米，坡度大于30度；

3）来风方向上山头与风电机组之间存在海拔高差大于5米的低洼地带。

进一步地，试验平台的高度与山头齐平或试验平台与塔基最高处齐平。

进一步地，所述S4中，利用SCADA系统风速、功率、发电机转速、变桨角度、运行状态、故障时间、停机时间参考IEC 61400-12-1相关标准进行数据处理、分析得到试验前后的功率曲线，对比试验后的功率曲线是否优于试验前，再修改试验平台，并为风电场提供相关建议。

相比现有技术，本发明具有以下优点：

1、利用历史数据选定被测试风电机组，并搭架试验平台优化微地形以改变风况，提高了风电机组的发电量、降低了风电机组的故障率。

2、有效解决了由于风况较差引起的风电机组振动等问题。

3、为风电机组的安全、健康运行提供专业技术指导，提高了风电场的经济效益。

4、该试验装置中的试验平台拆装方便，该试验平台适用于地形较复杂导致发电量较低、故障频发的情况中。

5、该装置能够经济、快速、安全地优化微地形以改变风况，从而提高风电场的经济效益，保障风电机组安全、经济运行。

附图说明

图1是云南蒙自某风场#7风电机组安装关系示意图。

图2是本发明实施例的试验前后#7风电机组功率曲线对比关系示意图。

图3是本发明实施例的试验装置的立体爆炸结构示意图。

图4是图3中A部放大结构示意图。

图5是本发明实施例的横钢管的立体断裂结构示意图。

图6是本发明实施例的纵钢管的立体断裂结构示意图。

图7是本发明实施例的竖钢管的立体断裂结构示意图。

图8是本发明实施例的支撑机构的立体爆炸结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

实施例

参见图1至图8所示，须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中若用引用如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

本实施例中的优化微地形以改变风况的试验装置，包括试验平台9，试验平台9包括骨架和盖板，盖板盖在骨架上，骨架包括横钢管1、纵钢管2和竖钢管3，横钢管1的一端和纵钢管2的一端均与竖钢管3连接，横钢管1与竖钢管3之间和纵钢管2与竖钢管3之间均连接有支撑机构6，横钢管1包括横钢管连接块11和横钢管铰接座12，纵钢管2包括纵钢管连接块21和纵钢管铰接座22，竖钢管3包括横钢管支撑台31、横钢管连接槽32、横钢管卡块33、纵钢管支撑台34、纵钢管连接槽35和纵钢管卡块36，支撑机构6包括支撑铰接轴61、支撑套筒62、支撑伸缩杆63、转动横杆64和支撑卡块65，横钢管1的一端安装在横钢管支撑台31上，横钢管连接块11安装在横钢管连接槽32内，纵钢管2的一端安装在纵钢管支撑台34上，纵钢管连接块21安装在纵钢管连接槽35内，支撑套筒62的一端固定在支撑铰接轴61上，支撑伸缩杆63的一端通过螺纹安装在支撑套筒62的另一端，支撑卡块65转动安装在支撑伸缩杆63的另一端，转动横杆64安装在支撑伸缩杆63上，横钢管1与竖钢管3之间的支撑机构6中的支撑铰接轴61安装在横钢管铰接座12上，横钢管1与竖钢管3之间的支撑机构6中的支撑卡块65与横钢管卡块33接触，纵钢管2与竖钢管3之间的支撑机构6中的支撑铰接轴61安装在纵钢管铰接座22上，纵钢管2与竖钢管3之间的支撑机构6中的支撑卡块65与纵钢管卡块36接触。

本实施例中的横钢管连接块11与横钢管连接槽32通过内六角螺栓连接，纵钢管连接块21与纵钢管连接槽35通过内六角螺栓连接；本实施例中的四个上盖板连接块41上均设置有倒角；骨架的材质为方形钢管，盖板的材质的木板。

本实施例中的横钢管1的数量为两个，两个横钢管1分别为一号横钢管和二号横钢管，纵钢管2的数量为两个，两个纵钢管2分别为一号纵钢管和二号纵钢管，竖钢管3的数量为四个，四个竖钢管3分别为一号竖钢管、二号竖钢管、三号竖钢管和四号竖钢管，一号横钢管、二号横钢管、一号纵钢管和二号纵钢管组成骨架上框，一号横钢管、一号竖钢管和二号竖钢管组成一号骨架侧框，一号纵钢管、二号竖钢管和三号竖钢管组成二号骨架侧框，二号横钢管、三号竖钢管和四号竖钢管组成三号骨架侧框，二号纵钢管、四号竖钢管和一号竖钢管组成四号骨架侧框。

本实施例中的盖板包括上盖板4和四个侧盖板5，上盖板4上设置有四个上盖板连接块41，四个上盖板连接块41分别插在一号竖钢管的一端、二号竖钢管的一端、三号竖钢管的一端和四号竖钢管的一端，四个侧盖板5分别为一号侧盖板、二号侧盖板、三号侧盖板和四号侧盖板，一号侧盖板通过螺栓安装在一号骨架侧框上，二号侧盖板通过螺栓安装在二号骨架侧框上，三号侧盖板通过螺栓安装在三号骨架侧框上，四号侧盖板通过螺栓安装在四号骨架侧框上。

本实施例中的优化微地形以改变风况的试验装置的试验方法，包括如下步骤：

S1：根据风电场SCADA系统的历史数据选定被测试风电机组7，评估该风电机组7所处地形是否能够优化微地形以改变风况；

S2：利用试验平台9进行试验；

S3：根据风电场SCADA系统的一段时间内风电机组7的发电量、平均风速、利用小时、故障率等参数选定发电量低、故障率高的风电机组7；

S4：利用SCADA系统数据对比试验前后风电机组7的功率曲线，根据分析结果优化试验平台9并提供相关建议。

本实施例的S2中，试验平台9安装位置选取要求满足以下条件：

1）来风方向上与风电机组7之间的距离为100～200米处存在比塔基海拔高的山头8，且大于10米；

2）来风方向上山头8与远离山头8的海拔高差大于100米，坡度大于30度；

3）来风方向上山头8与风电机组7之间存在海拔高差大于5米的低洼地带。

本实施例的试验平台9的高度与山头8齐平或试验平台9与塔基最高处齐平。

本实施例的S4中，利用SCADA系统风速、功率、发电机转速、变桨角度、运行状态、故障时间、停机时间参考IEC 61400-12-1相关标准进行数据处理、分析得到试验前后的功率曲线，对比试验后的功率曲线是否优于试验前，再修改试验平台9，并为风电场提供相关建议。

本实施中的骨架呈水平放置，近似长方体，填充山头8与风电机组7之间低洼空间，横钢管1的长度为150米，纵钢管2的长度为115米，竖钢管3的长度为16米，骨架保证试验平台的抗风性和安全性，盖板改变风速流场。

下面以云南蒙自某风场#7风电机组为例：

云南蒙自某风场#7风电机组发电量常年较低，对#7风电机组进行性能分析得出该#7风电机组的故障主要存在振动等故障。分析地形发现#7风电机组主风向（西南方向）上距离#7风电机组在150米处有一处高约11米的山头8，且山头8外围是坡度为45度左右的悬崖90，且山头8和#7风电机组中间有约5米左右的低洼处。经过分析怀疑该地形可能引起#7风电机组的振动，导致#7风电机组发电量偏低、故障（振动）偏高。

采用该方法对#7风电机组进行地形分析，并成功搭建试验平台9。分析试验前后湍流强度分析和功率曲线对比分析，如下。

一、试验前后湍流强度分析

优化微地形试验可能会影响#7风电机组的湍流强度。试验前后#7风电机组的湍流强度详见下表。

表1 试验前后#7风电机组湍流强度

编号	#7风电机组
		试验前湍流强度	0.189
试验后湍流强度	0.156

由上表可知，试验前#7风电机组的湍流强度为0.189，试验后减弱为0.156。湍流强度明显减小。

二、试验前后功率曲线分析

利用SCADA系统数据进行试验前后功率曲线对比，由图2可知，#7风电机组发电量为功率曲线函数对横轴的积分，因为试验后功率曲线在试验前功率曲线的上方，所以试验后的功率曲线积分肯定大于试验前功率曲线积分，增加的发电量为两积分之差。

综上所述，利用本方法优化#7风电机组微地形以改变风况的方法，效果显著，降低了#7风电机组的振动、降低了#7风电机组的湍流、明显地提高了#7风电机组的发电量。假如搭建试验平台9后，#7风电机组的功率比之前有所降低，则返回第二步调整试验平台9的高度，程序上循环迭代，直至功率曲线达到最高时这个优化试验完成。

本实施中的试验平台9在搭建完成后，通过旋转转动横杆64使支撑伸缩杆63伸出，并使横钢管卡块33和纵钢管卡块36均与支撑卡块65卡紧，进而通过支撑机构6对骨架起到支撑作用，避免试验平台9压垮，拆卸试验平台9时，需要先将转动横杆64缩回到支撑套筒62内。

实验时，试验平台9位于风电机组7和山头8之间。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种优化微地形以改变风况的试验装置，包括试验平台，所述试验平台包括骨架和盖板，所述盖板盖在骨架上，其特征在于：所述骨架呈水平放置，填充山头与风电机组之间低洼空间；所述骨架包括横钢管、纵钢管和竖钢管，所述横钢管的一端和纵钢管的一端均与竖钢管连接，所述横钢管与竖钢管之间和纵钢管与竖钢管之间均连接有支撑机构，所述横钢管包括横钢管连接块和横钢管铰接座，所述纵钢管包括纵钢管连接块和纵钢管铰接座，所述竖钢管包括横钢管支撑台、横钢管连接槽、横钢管卡块、纵钢管支撑台、纵钢管连接槽和纵钢管卡块，所述支撑机构包括支撑铰接轴、支撑套筒、支撑伸缩杆、转动横杆和支撑卡块，所述横钢管的一端安装在横钢管支撑台上，所述横钢管连接块安装在横钢管连接槽内，所述纵钢管的一端安装在纵钢管支撑台上，所述纵钢管连接块安装在纵钢管连接槽内，所述支撑套筒的一端固定在支撑铰接轴上，所述支撑伸缩杆的一端通过螺纹安装在支撑套筒的另一端，所述支撑卡块转动安装在支撑伸缩杆的另一端，所述转动横杆安装在支撑伸缩杆上，所述横钢管与竖钢管之间的支撑机构中的支撑铰接轴安装在横钢管铰接座上，所述横钢管与竖钢管之间的支撑机构中的支撑卡块与横钢管卡块接触，所述纵钢管与竖钢管之间的支撑机构中的支撑铰接轴安装在纵钢管铰接座上，所述纵钢管与竖钢管之间的支撑机构中的支撑卡块与纵钢管卡块接触；

所述横钢管的数量为两个，所述两个横钢管分别为一号横钢管和二号横钢管，所述纵钢管的数量为两个，所述两个纵钢管分别为一号纵钢管和二号纵钢管，所述竖钢管的数量为四个，所述四个竖钢管分别为一号竖钢管、二号竖钢管、三号竖钢管和四号竖钢管，所述一号横钢管、二号横钢管、一号纵钢管和二号纵钢管组成骨架上框，所述一号横钢管、一号竖钢管和二号竖钢管组成一号骨架侧框，所述一号纵钢管、二号竖钢管和三号竖钢管组成二号骨架侧框，所述二号横钢管、三号竖钢管和四号竖钢管组成三号骨架侧框，所述二号纵钢管、四号竖钢管和一号竖钢管组成四号骨架侧框。

2.根据权利要求1所述的优化微地形以改变风况的试验装置，其特征在于：所述横钢管连接块与横钢管连接槽通过内六角螺栓连接，所述纵钢管连接块与纵钢管连接槽通过内六角螺栓连接。

3.根据权利要求1所述的优化微地形以改变风况的试验装置，其特征在于：所述盖板包括上盖板和四个侧盖板，所述上盖板上设置有四个上盖板连接块，所述四个上盖板连接块分别插在一号竖钢管的一端、二号竖钢管的一端、三号竖钢管的一端和四号竖钢管的一端，所述四个侧盖板分别为一号侧盖板、二号侧盖板、三号侧盖板和四号侧盖板，所述一号侧盖板通过螺栓安装在一号骨架侧框上，所述二号侧盖板通过螺栓安装在二号骨架侧框上，所述三号侧盖板通过螺栓安装在三号骨架侧框上，所述四号侧盖板通过螺栓安装在四号骨架侧框上。

4.根据权利要求3所述的优化微地形以改变风况的试验装置，其特征在于：所述四个上盖板连接块上均设置有倒角。

5.根据权利要求1所述的优化微地形以改变风况的试验装置，其特征在于：所述骨架的材质为方形钢管，所述盖板的材质的木板。

6.一种如权利要求1-5中任一权利要求所述的优化微地形以改变风况的试验装置的试验方法，其特征在于：方法包括如下步骤：

S1：根据风电场SCADA系统的历史数据选定被测试风电机组，评估该风电机组所处地形是否能够优化微地形以改变风况；

S2：利用试验平台进行试验；

S3：根据风电场SCADA系统的一段时间内风电机组的参数选定发电量低、故障率高的风电机组；

S4：利用SCADA系统数据对比试验前后风电机组的功率曲线，根据分析结果优化试验平台并提供相关建议。

7.根据权利要求6所述的优化微地形以改变风况的试验装置的试验方法，其特征在于：试验平台的高度与山头齐平或试验平台与塔基最高处齐平。

8.根据权利要求6所述的优化微地形以改变风况的试验装置的试验方法，其特征在于：所述S4中，利用SCADA系统风速、功率、发电机转速、变桨角度、运行状态、故障时间、停机时间参考IEC 61400-12-1相关标准进行数据处理、分析得到试验前后的功率曲线，对比试验后的功率曲线是否优于试验前，再修改试验平台，并为风电场提供相关建议。