CN111894802B - 基于Jensen模型和双光束雷达的风机尾流区偏航误差修正方法 - Google Patents

基于Jensen模型和双光束雷达的风机尾流区偏航误差修正方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于Jensen模型和双光束雷达的风机尾流区偏航误差修正方法，采集双光束雷达左、右光束测量的风速值，采集当前风电机组的偏航角，确定风场中风电机组的分布距离与分布角度；计算雷达测风点所处截面位置的尾流半径；判断后台风电机组测风雷达的两束光测点是均处于自然风速区，是一束光测点处于尾流区且另外一束光处于自然风速区，还是两束光测点均处于尾流区；判断后方风电机组处于左侧风速区还是右侧风速区；计算测风雷达的左、右光束测量风速值的补偿系数与补偿后的风电机组测风雷达左、右光束测量风速值；计算补偿后的风电机组的偏航误差值。本发明能够避免尾流效应对于风电机组动态偏航误差矫正的干扰。

Description

基于Jensen模型和双光束雷达的风机尾流区偏航误差修正 方法
技术领域
本发明涉及偏航误差的矫正技术，具体涉及一种基于Jensen模型和双光束雷达的风机尾流区偏航误差修正方法。
背景技术
风能作为一种丰富、清洁的新能源，是世界上最有前途的可再生能源之一。随着电网输送和容纳能力的增加，风电场业主更加关注风电机组发电效率的提升。较大的偏航误差会导致发电效率较低，因此，偏航误差的矫正对提高风电机组的发电效率有重要的意义。目前，已有基于风电机组测风雷达的动态偏航误差矫正方法。但是，受尾流区风速大小变化的影响，该方法在风电机组处于尾流区时计算的偏航误差值会与实际风向偏航误差值出现差异，这会导致尾流区的动态偏航误差矫正方法失效。
发明内容
本发明目的在于提出一种基于Jensen模型和双光束雷达的风机尾流区偏航误差修正方法。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于Jensen模型和双光束雷达的风机尾流区偏航误差修正方法，具体步骤如下：
步骤1，采集双光束雷达左、右光束测量的风速值，采集当前风电机组的偏航角，确定风场中风电机组的分布距离与分布角度；
步骤2，根据二维Jensen模型及风电机组的分布距离与分布角度，计算雷达测风点所处截面位置的尾流半径；
步骤3，判断后台风电机组测风雷达的两束光测点是均处于自然风速区，是一束光测点处于尾流区且另外一束光处于自然风速区，还是两束光测点均处于尾流区；
步骤4，根据前后风电机组的连线与前台风电机组中心轴线的夹角，判断后方风电机组处于左侧风速区还是右侧风速区；
步骤5，根据测风雷达测点处于风速区的位置，计算测风雷达的左、右光束测量风速值的补偿系数与补偿后的风电机组测风雷达左、右光束测量风速值；
步骤6，计算补偿后的风电机组的偏航误差值。
进一步的，步骤1中，利用安装在风电机组机舱上方的双光束测风雷达采集左、右光束测量的风速值，利用风电机组的SCADA系统采集当前风电机组的偏航角，根据风场的建造选址确定风场中风电机组的分布距离与分布角度。
进一步的，步骤2中，根据二维Jensen模型及风电机组的分布距离与分布角度，计算雷达测风点所处截面位置的尾流半径，具体方法为：
定义前后风电机组连线与前台风电机组中心轴线的夹角θ为：
θ＝θFWT-θx
式中，θx为后方机组当前的偏航角，θFWT为前方机组相对于后方机组所在的方位角；
定义后台风电机组雷达激光束测点所在截面与前方机组的垂直距离为L，计算公式为：
L＝Ld1cos(θ)-z0×cos(α)
式中，Ld1为前后风电机组的机舱连线距离，z0为雷达激光束测点与雷达的距离，α为激光束与后方机组中轴线的夹角；
雷达测风点所处截面位置的尾流半径计算公式为：
R＝kL+r0
式中，k为尾流衰减系数，r0为前方风电机组的风轮半径。
进一步的，步骤3中，判断后台风电机组测风雷达的两束光测点是均处于自然风速区，是一束光测点处于尾流区且另外一束光处于自然风速区，还是两束光测点均处于尾流区，具体方法为：
若Ld1 sin(θ)-z0 sin(α)＞R，则后台风电机组测风雷达的两束光测点均处于自然风速区；
若Ld1sin(θ)-z0 sin(α)≤R&Ld1sin(θ)+z0 sin(α)＞R，则后台风电机组测风雷达一束光测点处于尾流区，且另外一束光处于自然风速区；
若Ld1sin(θ)-z0 sin(α)≤R&Ld1sin(θ)+z0 sin(α)≤R，则后台风电机组测风雷达的两束光测点均处于尾流区；
其中，Ld1为前后风电机组的机舱连线距离，θ为风电机组连线与前台风电机组中心轴线的夹角，z0为雷达激光束测点与雷达的距离，α为激光束与后方机组中轴线的夹角，R为雷达测风点所处截面位置的尾流半径。
进一步的，步骤4中，根据前后风电机组的连线与前台风电机组中心轴线的夹角，判断后方风电机组处于左侧风速区还是右侧风速区，具体方法为：
以前方风电机组的中轴线为界限将后方风速区分为左风速区和右风速区；若前后风电机组的连线与前台风电机组中心轴线的夹角小于0，则后台风电机组处于左风速区，否则处于右风速区。
进一步的，步骤5中，根据测风雷达测点处于风速区的位置，计算测风雷达的左、右光束测量风速值的补偿系数与补偿后的风电机组测风雷达左、右光束测量风速值，具体方法为：
(1)若后台风电机组处于左风速区，且测风雷达左测点处于自然风速区、右测点处于尾流区，则右测点风速补偿系数为：
Figure GDA0002950535490000031
式中，CT为风电机组升力系数，k为尾流衰减系数，r0为前方风电机组的风轮半径，L为后台风电机组雷达激光束测点所在截面与前方机组的垂直距离；
rrk为右测点所处位置与尾流平面中心线的垂直距离，计算公式为：
rrk＝Ld1sin(θ)-z0 sin(α)
式中，Ld1为前后风电机组的机舱连线距离，θ为风电机组连线与前台风电机组中心轴线的夹角，z0为雷达激光束测点与雷达的距离，α为激光束与后方机组中轴线的夹角；
补偿后的风电机组测风雷达左、右光束测量风速值为：
Va＝Vlos1
Vb＝Vlos2/Crw
式中，Vlos1，Vlos2分别为后台风电机组测风雷达左右测点的实际测量风速值；
(2)若后台风电机组处于右风速区且测风雷达左测点处于尾流区、右测点处于自然风速区，则左测点风速补偿系数为：
Figure GDA0002950535490000032
rlk为左测点所处位置与尾流平面中心线的垂直距离，计算公式为：
rlk＝Ld1sin(θ)-z0 sin(α)
补偿后的风电机组测风雷达左、右光束测量风速值为：
Va＝Vlos1/Clw
Vb＝Vlos2
(3)若后台风电机组处于左风速区且测风雷达左右测点均处于尾流区，则左右测点风速补偿系数分别为：
Figure GDA0002950535490000041
Figure GDA0002950535490000042
rlk与rrk分别为左、右测点所处位置与尾流平面中心线的垂直距离，计算公式为：
rlk＝Ld1sin(θ)+80sin(α)
rrk＝|Ld1sin(θ)-80sin(α)|
补偿后的风电机组测风雷达左、右光束测量风速值为：
Va＝Vlos1/Clw
Vb＝Vlos2/Crw
(4)若后台风电机组处于右风速区且测风雷达左右测点均处于尾流区，则左右测点风速补偿系数分别为：
Figure GDA0002950535490000043
Figure GDA0002950535490000044
rlk与rrk分别为左、右测点所处位置与尾流平面中心线的垂直距离，计算公式为：
rlk＝|Ld1sin(θ)-80sin(α)|
rrk＝Ld1sin(θ)+80sin(α)
补偿后的风电机组测风雷达左、右光束测量风速值为：
Va＝Vlos1/Clw
Vb＝Vlos2/Crw
(5)若后台风电机组测风雷达左右测点均处于自然风速区，补偿后的风电机组测风雷达左、右光束测量风速值为：
Figure GDA0002950535490000045
进一步的，步骤6中，计算补偿后的风电机组的偏航误差值，具体公式为：
Figure GDA0002950535490000051
式中，Va，Vb分别为补偿后的风电机组测风雷达左、右光束测量风速值，α为激光束与后方机组中轴线的夹角。
一种基于Jensen模型和双光束雷达的风机尾流区偏航误差修正系统，包括：
信息采集模块，用于采集双光束雷达左、右光束测量的风速值，采集当前风电机组的偏航角，确定风场中风电机组的分布距离与分布角度；
尾流半径计算模块，用于根据二维Jensen模型及风电机组的分布距离与分布角度，计算雷达测风点所处截面位置的尾流半径；
测点位置判断模块，用于判断后台风电机组测风雷达的两束光测点是均处于自然风速区，是一束光测点处于尾流区且另外一束光处于自然风速区，还是两束光测点均处于尾流区；
风电机组位置判断模块，用于根据前后风电机组的连线与前台风电机组中心轴线的夹角，判断后方风电机组处于左侧风速区还是右侧风速区；
风速补偿模块，用于根据测风雷达测点处于风速区的位置，计算测风雷达的左、右光束测量风速值的补偿系数与补偿后的风电机组测风雷达左、右光束测量风速值；
偏航误差计算模块，用于计算补偿后的风电机组的偏航误差值。
一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
步骤1，采集双光束雷达左、右光束测量的风速值，采集当前风电机组的偏航角，确定风场中风电机组的分布距离与分布角度；
步骤2，根据二维Jensen模型及风电机组的分布距离与分布角度，计算雷达测风点所处截面位置的尾流半径；
步骤3，判断后台风电机组测风雷达的两束光测点是均处于自然风速区，是一束光测点处于尾流区且另外一束光处于自然风速区，还是两束光测点均处于尾流区；
步骤4，根据前后风电机组的连线与前台风电机组中心轴线的夹角，判断后方风电机组处于左侧风速区还是右侧风速区；
步骤5，根据测风雷达测点处于风速区的位置，计算测风雷达的左、右光束测量风速值的补偿系数与补偿后的风电机组测风雷达左、右光束测量风速值；
步骤6，计算补偿后的风电机组的偏航误差值。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
步骤1，采集双光束雷达左、右光束测量的风速值，采集当前风电机组的偏航角，确定风场中风电机组的分布距离与分布角度；
步骤2，根据二维Jensen模型及风电机组的分布距离与分布角度，计算雷达测风点所处截面位置的尾流半径；
步骤3，判断后台风电机组测风雷达的两束光测点是均处于自然风速区，是一束光测点处于尾流区且另外一束光处于自然风速区，还是两束光测点均处于尾流区；
步骤4，根据前后风电机组的连线与前台风电机组中心轴线的夹角，判断后方风电机组处于左侧风速区还是右侧风速区；
步骤5，根据测风雷达测点处于风速区的位置，计算测风雷达的左、右光束测量风速值的补偿系数与补偿后的风电机组测风雷达左、右光束测量风速值；
步骤6，计算补偿后的风电机组的偏航误差值。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：基于二维Jensen模型对风电机组处于尾流区时的两光束测风雷达左、右光束测得的风速值进行了补偿，修正了尾流区的雷达测量偏航误差与实际风向偏航误差的差异，准确计算了风电机组尾流区的偏航误差角，避免了尾流效应对于风电机组动态偏航误差矫正的干扰，提高了风电机组处于尾流区时的偏航误差矫正性能。
附图说明
图1为本发明基于Jensen模型和测风雷达的风机尾流区偏航误差修正方法流程图。
图2为双光束测风雷达的结构示意图。
图3为后方风电机组雷达测点处于前方风电机组不同尾流风速区域示意图。
图4为本发明双光束测风雷达采集的左、右光束的测量风速值的补偿系数图。
图5为本发明双光束测风雷达采集的左、右光束的测量风速值补偿后的风电机组偏航误差图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
如图1所示，基于Jensen模型和双光束雷达的风机尾流区偏航误差修正方法，具体步骤如下：
步骤1、采集双光束雷达左光束测量的风速值与右光束测量的风速值，采集当前风电机组SCADA数据中的偏航角，确定风场中风电机组的分布距离与分布角度；
利用安装在风电机组机舱上方的双光束测风雷达(如图2所示)采集左、右光束测量的风速值，利用风电机组的SCADA系统采集当前风电机组的偏航角，根据风场的建造选址确定风场中风电机组的分布距离与分布角度。
步骤2、根据二维Jensen模型及风电机组的分布距离与分布角度，计算雷达测风点所处截面位置的尾流半径；
定义前后风电机组连线与前台风电机组中心轴线的夹角θ为：
θ＝θFWT-θx
式中，θX为后方机组当前的偏航角，θFWT为前方机组相对于后方机组所在的方位角；
定义后台风电机组雷达激光束测点所在截面与前方机组的垂直距离为L，计算公式为：
L＝Ld1cos(θ)-z0×cos(α)
式中，Ld1为前后风电机组的机舱连线距离，z0为雷达激光束测点与雷达的距离，α为激光束与后方机组中轴线的夹角。
雷达测风点所处截面位置的尾流半径计算公式为：
R＝kL+r0
式中，k为尾流衰减系数，r0为前方风电机组的风轮半径。
步骤3、后方风电机组处于前方风电机组不同风速区域的情形可分为五种具体情形，其示意图如图3所示，因此，需要判断后台风电机组测风雷达的两束光测点是均处于自然风速区，是一束光测点处于尾流区且另外一束光处于自然风速区，还是两束光测点均处于尾流区；
后台风电机组测风雷达的两束光测点是否均处于自然风速区的判别式为：
Ld1 sin(θ)-z0 sin(α)＞R
后台风电机组测风雷达是否一束光测点处于尾流区且另外一束光处于自然风速区的判别式为：
Ld1sin(θ)-z0 sin(α)≤R&Ld1sin(θ)+z0 sin(α)＞R
后台风电机组测风雷达的两束光测点是否均处于尾流区的判别式为：
Ld1sin(θ)-z0 sin(α)≤R&Ld1sin(θ)+z0 sin(α)≤R
步骤4、根据前后风电机组的连线与前台风电机组中心轴线的夹角，判断后方风电机组处于左侧风速区还是右侧风速区；
以前方风电机组的中轴线为界限将后方风速区分为左风速区和右风速区；若前后风电机组的连线与前台风电机组中心轴线的夹角小于0，则后台风电机组处于左风速区，否则处于右风速区；
步骤5、计算测风雷达的左、右光束测量风速值的补偿系数与补偿后的风电机组测风雷达左、右光束测量风速值；
根据测风雷达测点处于风速区的位置，分为五种具体情形：
(1)若后台风电机组处于左风速区，且测风雷达左测点处于自然风速区、右测点处于尾流区，则右测点风速补偿系数为：
Figure GDA0002950535490000081
式中，CT为风电机组升力系数；
rrk为右测点所处位置与尾流平面中心线的垂直距离，计算公式为：
rrk＝Ld1sin(θ)-z0 sin(α)
补偿后的风电机组测风雷达左、右光束测量风速值为：
Va＝Vlos1
Vb＝Vlos2/Crw
式中，Vlos1，Vlos2分别为后台风电机组测风雷达左右测点的实际测量风速值。
(2)若后台风电机组处于右风速区且测风雷达左测点处于尾流区、右测点处于自然风速区，则左测点风速补偿系数为：
Figure GDA0002950535490000091
rlk为左测点所处位置与尾流平面中心线的垂直距离，计算公式为：
rlk＝Ld1sin(θ)-z0 sin(α)
补偿后的风电机组测风雷达左、右光束测量风速值为：
Va＝Vlos1/Clw
Vb＝Vlos2
(3)若后台风电机组处于左风速区且测风雷达左右测点均处于尾流区，则左右测点风速补偿系数分别为：
Figure GDA0002950535490000092
Figure GDA0002950535490000093
rlk与rrk分别为左、右测点所处位置与尾流平面中心线的垂直距离，计算公式为：
rlk＝Ld1sin(θ)+80sin(α)
rrk＝|Ld1sin(θ)-80sin(α)|
补偿后的风电机组测风雷达左、右光束测量风速值为：
Va＝Vlos1/Clw
Vb＝Vlos2/Crw
(4)若后台风电机组处于右风速区且测风雷达左右测点均处于尾流区，则左右测点风速补偿系数分别为：
Figure GDA0002950535490000094
Figure GDA0002950535490000095
rlk与rrk分别为左、右测点所处位置与尾流平面中心线的垂直距离，计算公式为：
rlk＝|Ld1sin(θ)-80sin(α)|
rrk＝Ld1sin(θ)+80sin(α)
补偿后的风电机组测风雷达左、右光束测量风速值为：
Va＝Vlos1/Clw
Vb＝Vlos2/Crw
(5)若后台风电机组测风雷达左右测点均处于自然风速区，补偿后的风电机组测风雷达左、右光束测量风速值为：
Va＝Vlos1
Vb＝Vlos2
步骤6、计算补偿后的风电机组的偏航误差值；
风电机组偏航误差计算公式为：
Figure GDA0002950535490000101
实施例
为了验证本发明方案的有效性，进行如下仿真实验。
在某风电场编号为A04的风机上进行验证；风机A04附近存在两台风机A03与A05，风机A03相对于风机A04的方位角为35°，机舱连线距离为316m，风机A05相对于风机A04的方位角为218°，机舱连线距离为314m；三台风机升力系数均为0.5，风轮半径均为51.5m，激光雷达光束测点与雷达的距离为80m，激光雷达发出的激光与风电机组中轴线的夹角为30°，尾流衰减系数为0.075。
在风机A03产生的尾流区中，风机A04测风雷达测点截面的尾流半径为65.7m，风机A04处于风机A03轴线右侧且雷达右测点处于自然风速区、左测点处于尾流区的偏航角度为15°-29°，风机A04处于风机A03轴线右侧且雷达测点均处于尾流区的偏航角度为30°-34°，风机A04处于风机A03轴线左侧且雷达测点均处于尾流区的偏航角度为35°-40°，风机A04处于风机A03轴线左侧且雷达左测点处于自然风速区、右测点处于尾流区的偏航角度为41°-55°，其他偏航角度对应的风机A04雷达测点均处于自然风速区；在风机A05产生的尾流区中，风机A04测风雷达测点截面的尾流半径为65.7m，风机A04处于风机A05轴线右侧且雷达右测点处于自然风速区、左侧点处于尾流区的偏航角度为196°-210°，风机A04处于风机A05轴线右侧且雷达测点均处于尾流区的偏航角度为211°-215°，风机A04处于风机A05轴线左侧且雷达测点均处于尾流区的偏航角度为216°-221°，风机A04处于风机A05轴线左侧且雷达左测点处于自然风速区、右测点处于尾流区的偏航角度为222°-236°，其他偏航角度对应的风机A04雷达测点均处于自然风速区；对处于不同风速区的雷达测点风速补偿系数进行计算，结果如图4所示；将风机A04雷达左右测点的风速值补偿后求解偏航误差值，并与未进行补偿的偏航误差值比较，如图5所示；结果表明，补偿后的偏航误差值成功消除了尾流效应对于偏航误差计算的干扰，使偏航误差值在尾流区的畸变程度明显降低，可以看出本发明修正方法简单有效，修正结论与实际情况完全一致。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.基于Jensen模型和双光束雷达的风机尾流区偏航误差修正方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤1，采集双光束雷达左、右光束测量的风速值，采集当前风电机组的偏航角，确定风场中风电机组的分布距离与分布角度；
步骤2，根据二维Jensen模型及风电机组的分布距离与分布角度，计算雷达测风点所处截面位置的尾流半径；
步骤3，判断后台风电机组测风雷达的两束光测点是均处于自然风速区，是一束光测点处于尾流区且另外一束光处于自然风速区，还是两束光测点均处于尾流区；
步骤4，根据前后风电机组的连线与前台风电机组中心轴线的夹角，判断后方风电机组处于左侧风速区还是右侧风速区；
步骤5，根据测风雷达测点处于风速区的位置，计算测风雷达的左、右光束测量风速值的补偿系数与补偿后的风电机组测风雷达左、右光束测量风速值；
步骤6，计算补偿后的风电机组的偏航误差值。
2.根据权利要求1所述的基于Jensen模型和双光束雷达的风机尾流区偏航误差修正方法，其特征在于，步骤1中，利用安装在风电机组机舱上方的双光束测风雷达采集左、右光束测量的风速值，利用风电机组的SCADA系统采集当前风电机组的偏航角，根据风场的建造选址确定风场中风电机组的分布距离与分布角度。
3.根据权利要求1所述的基于Jensen模型和双光束雷达的风机尾流区偏航误差修正方法，其特征在于，步骤2中，根据二维Jensen模型及风电机组的分布距离与分布角度，计算雷达测风点所处截面位置的尾流半径，具体方法为：
定义前后风电机组连线与前台风电机组中心轴线的夹角θ为：
θ＝θFWT-θx
式中，θx为后方机组当前的偏航角，θFWT为前方机组相对于后方机组所在的方位角；
定义后台风电机组雷达激光束测点所在截面与前方机组的垂直距离为L，计算公式为：
L＝Ld1cos(θ)-z0×cos(α)
式中，Ld1为前后风电机组的机舱连线距离，z0为雷达激光束测点与雷达的距离，α为激光束与后方机组中轴线的夹角；
雷达测风点所处截面位置的尾流半径计算公式为：
R＝kL+r0
式中，k为尾流衰减系数，r0为前方风电机组的风轮半径。
4.根据权利要求1所述的基于Jensen模型和双光束雷达的风机尾流区偏航误差修正方法，其特征在于，步骤3中，判断后台风电机组测风雷达的两束光测点是均处于自然风速区，是一束光测点处于尾流区且另外一束光处于自然风速区，还是两束光测点均处于尾流区，具体方法为：
若Ld1sin(θ)-z0sin(α)＞R，则后台风电机组测风雷达的两束光测点均处于自然风速区；
若Ld1sin(θ)-z0sin(α)≤R&Ld1sin(θ)+z0sin(α)＞R，则后台风电机组测风雷达一束光测点处于尾流区，且另外一束光处于自然风速区；
若Ld1sin(θ)-z0sin(α)≤R&Ld1sin(θ)+z0sin(α)≤R，则后台风电机组测风雷达的两束光测点均处于尾流区；
其中，Ld1为前后风电机组的机舱连线距离，θ为风电机组连线与前台风电机组中心轴线的夹角，z0为雷达激光束测点与雷达的距离，α为激光束与后方机组中轴线的夹角，R为雷达测风点所处截面位置的尾流半径。
5.根据权利要求1所述的基于Jensen模型和双光束雷达的风机尾流区偏航误差修正方法，其特征在于，步骤4中，根据前后风电机组的连线与前台风电机组中心轴线的夹角，判断后方风电机组处于左侧风速区还是右侧风速区，具体方法为：
以前方风电机组的中轴线为界限将后方风速区分为左风速区和右风速区；若前后风电机组的连线与前台风电机组中心轴线的夹角小于0，则后台风电机组处于左风速区，否则处于右风速区。
6.根据权利要求1所述的基于Jensen模型和双光束雷达的风机尾流区偏航误差修正方法，其特征在于，步骤5中，根据测风雷达测点处于风速区的位置，计算测风雷达的左、右光束测量风速值的补偿系数与补偿后的风电机组测风雷达左、右光束测量风速值，具体方法为：
(1)若后台风电机组处于左风速区，且测风雷达左测点处于自然风速区、右测点处于尾流区，则右测点风速补偿系数为：
Figure FDA0002579503210000031
式中，CT为风电机组升力系数，k为尾流衰减系数，r0为前方风电机组的风轮半径，L为后台风电机组雷达激光束测点所在截面与前方机组的垂直距离；
rrk为右测点所处位置与尾流平面中心线的垂直距离，计算公式为：
rrk＝Ld1sin(θ)-z0sin(α)
式中，Ld1为前后风电机组的机舱连线距离，θ为风电机组连线与前台风电机组中心轴线的夹角，z0为雷达激光束测点与雷达的距离，α为激光束与后方机组中轴线的夹角；
补偿后的风电机组测风雷达左、右光束测量风速值为：
Va＝Vlos1
Vb＝Vlos2/Crw
式中，Vlos1，Vlos2分别为后台风电机组测风雷达左右测点的实际测量风速值；
(2)若后台风电机组处于右风速区且测风雷达左测点处于尾流区、右测点处于自然风速区，则左测点风速补偿系数为：
Figure FDA0002579503210000032
rlk为左测点所处位置与尾流平面中心线的垂直距离，计算公式为：
rlk＝Ld1sin(θ)-z0sin(α)
补偿后的风电机组测风雷达左、右光束测量风速值为：
Va＝Vlos1/Clw
Vb＝Vlos2
(3)若后台风电机组处于左风速区且测风雷达左右测点均处于尾流区，则左右测点风速补偿系数分别为：
Figure FDA0002579503210000033
Figure FDA0002579503210000034
rlk与rrk分别为左、右测点所处位置与尾流平面中心线的垂直距离，计算公式为：
rlk＝Ld1sin(θ)+80sin(α)
rrk＝|Ld1sin(θ)-80sin(α)|
补偿后的风电机组测风雷达左、右光束测量风速值为：
Va＝Vlos1/Clw
Vb＝Vlos2/Crw
(4)若后台风电机组处于右风速区且测风雷达左右测点均处于尾流区，则左右测点风速补偿系数分别为：
Figure FDA0002579503210000041
Figure FDA0002579503210000042
rlk与rrk分别为左、右测点所处位置与尾流平面中心线的垂直距离，计算公式为：
rlk＝|Ld1sin(θ)-80sin(α)|
rrk＝Ld1sin(θ)+80sin(α)
补偿后的风电机组测风雷达左、右光束测量风速值为：
Va＝Vlos1/Clw
Vb＝Vlos2/Crw
(5)若后台风电机组测风雷达左右测点均处于自然风速区，补偿后的风电机组测风雷达左、右光束测量风速值为：
Va＝Vlos1
Vb＝Vlos2。
7.根据权利要求1所述的基于Jensen模型和双光束雷达的风机尾流区偏航误差修正方法，其特征在于，步骤6中，计算补偿后的风电机组的偏航误差值，具体公式为：
Figure FDA0002579503210000043
式中，Va，Vb分别为补偿后的风电机组测风雷达左、右光束测量风速值，α为激光束与后方机组中轴线的夹角。
8.基于Jensen模型和双光束雷达的风机尾流区偏航误差修正系统，其特征在于，包括：
信息采集模块，用于采集双光束雷达左、右光束测量的风速值，采集当前风电机组的偏航角，确定风场中风电机组的分布距离与分布角度；
尾流半径计算模块，用于根据二维Jensen模型及风电机组的分布距离与分布角度，计算雷达测风点所处截面位置的尾流半径；
测点位置判断模块，用于判断后台风电机组测风雷达的两束光测点是均处于自然风速区，是一束光测点处于尾流区且另外一束光处于自然风速区，还是两束光测点均处于尾流区；
风电机组位置判断模块，用于根据前后风电机组的连线与前台风电机组中心轴线的夹角，判断后方风电机组处于左侧风速区还是右侧风速区；
风速补偿模块，用于根据测风雷达测点处于风速区的位置，计算测风雷达的左、右光束测量风速值的补偿系数与补偿后的风电机组测风雷达左、右光束测量风速值；
偏航误差计算模块，用于计算补偿后的风电机组的偏航误差值。
9.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
步骤1，采集双光束雷达左、右光束测量的风速值，采集当前风电机组的偏航角，确定风场中风电机组的分布距离与分布角度；
步骤2，根据二维Jensen模型及风电机组的分布距离与分布角度，计算雷达测风点所处截面位置的尾流半径；
步骤3，判断后台风电机组测风雷达的两束光测点是均处于自然风速区，是一束光测点处于尾流区且另外一束光处于自然风速区，还是两束光测点均处于尾流区；
步骤4，根据前后风电机组的连线与前台风电机组中心轴线的夹角，判断后方风电机组处于左侧风速区还是右侧风速区；
步骤5，根据测风雷达测点处于风速区的位置，计算测风雷达的左、右光束测量风速值的补偿系数与补偿后的风电机组测风雷达左、右光束测量风速值；
步骤6，计算补偿后的风电机组的偏航误差值。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
步骤1，采集双光束雷达左、右光束测量的风速值，采集当前风电机组的偏航角，确定风场中风电机组的分布距离与分布角度；
步骤2，根据二维Jensen模型及风电机组的分布距离与分布角度，计算雷达测风点所处截面位置的尾流半径；
步骤3，判断后台风电机组测风雷达的两束光测点是均处于自然风速区，是一束光测点处于尾流区且另外一束光处于自然风速区，还是两束光测点均处于尾流区；
步骤4，根据前后风电机组的连线与前台风电机组中心轴线的夹角，判断后方风电机组处于左侧风速区还是右侧风速区；
步骤5，根据测风雷达测点处于风速区的位置，计算测风雷达的左、右光束测量风速值的补偿系数与补偿后的风电机组测风雷达左、右光束测量风速值；
步骤6，计算补偿后的风电机组的偏航误差值。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113357082B (zh) * 2021-06-30 2024-01-02 华能国际电力股份有限公司广西清洁能源分公司 一种风电机组保护方法
CN116106840B (zh) * 2023-04-07 2023-07-28 南京信息工程大学 无人舰载机雷达测量误差确定方法、装置、设备及介质

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA3038286A1 (en) * 2016-07-05 2018-01-11 Inventus Holdings, Llc Wind turbine wake steering apparatus
EP3390816A1 (en) * 2015-12-16 2018-10-24 Zephir Limited Turbine arrangement
CN108708825A (zh) * 2018-05-15 2018-10-26 浙江运达风电股份有限公司 一种考虑机组尾流的风电场偏航控制方法
CN110345006A (zh) * 2019-03-29 2019-10-18 苏州科技大学 一种风力发电机组低风速区最大功率跟踪优化控制方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3390816A1 (en) * 2015-12-16 2018-10-24 Zephir Limited Turbine arrangement
CA3038286A1 (en) * 2016-07-05 2018-01-11 Inventus Holdings, Llc Wind turbine wake steering apparatus
CN108708825A (zh) * 2018-05-15 2018-10-26 浙江运达风电股份有限公司 一种考虑机组尾流的风电场偏航控制方法
CN110345006A (zh) * 2019-03-29 2019-10-18 苏州科技大学 一种风力发电机组低风速区最大功率跟踪优化控制方法

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