CN112855438A - 一种风电机组偏航对风动态补偿的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于风力发电技术领域，具体涉及一种风电机组偏航对风动态补偿的方法。本发明可以动态补偿风电机组设备的对风偏差问题，提高机组偏航对风性能。本发明方法可以准确的确定不同风速下机组测风设备测得的风向与实际风向之间的偏差值。本发明解决了机组测风设备松动或故障造成不能正对风的问题，本发明还可以解决机组测风设备测量结果受到风轮、地形以及其他机组影响造成结果不够准确的问题。本发明采用动态补偿方式，解决了风速和风向随时间变化较为随机导致稳态补偿效果不佳的问题。

Description

一种风电机组偏航对风动态补偿的方法

技术领域

本申请属于风力发电技术领域，具体涉及一种风电机组偏航对风动态补偿的方法。

背景技术

在风电机组运行中，由于主流机型都是上风向机组，因此测风系统往往在风轮的后方，因而测风系统测得的风向信息往往不够准确且相对滞后；不同机位的机组可能受到地形或者其他机组的尾流影响，造成测量得到的风向与实际风向之间呈现动态偏差；经过长期的数据分析可以发现，随着风机运行时间的增加，风向标产生松动的情况会有所增加，进一步造成对风不准，损失风能捕获；以上为机组不能准确对风，造成较大发电量损失的主要原因。

目前，为了解决风电机组对风偏差的问题，主要采用的方式有以下几种：

1.通过定期对测风系统进行检查，确保风向标不会产生肉眼可见的松动；此种方法只能在一定程度上减少由于风向标松动造成的对风不准；

2.通过在风场安装激光雷达测风系统，对风场的整体风向和风速进行测量，使机组脱离现有偏航控制，按照测量结果进行偏航。此种方法可以粗略的完成风场级风向的测量，但是由于风场通常占地广阔，机位之间的地形和方位各有不同，利用激光雷达测量得到的数据不能准确的代表各个机组的偏航偏差，因此整体的校正效果不能保证；

3.在风电机组机舱上安装激光雷达测风系统，通过测试结果，确定机组测风系统风向与实际风向之间的夹角，然后将风向标的初始零位角度设置为该角度，通过给风向标设置初始安装角度，来抵消风向偏差。此种方法所测试得到的偏差角度只是测试期间的结果，并不一定能代表风机之后的风向偏差参数，同时，仅仅对风向标的零位进行预先设置，不能排除机组在后续的运行中风向标会产生松动，因此该方法不具备长远效果，也无法考虑到不同风速下偏差不同的问题。

因此，亟需研发一种可解决上述技术问题的风电机组偏航对风动态补偿的方法。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种风电机组偏航对风动态补偿的方法，所述方法包括以下步骤：

S1：激光雷达测风设备计算补偿角度矢量；

S2：激光雷达测风设备将补偿角度矢量发送给风电机组测风设备；

S3：风电机组测风设备进行偏航对风补偿控制。

进一步地，步骤S1包括：

S11：安装激光雷达测风设备；

S12：检查激光雷达测风设备是否对正和水平；当激光雷达测风设备没有对正或水平时，进行步骤S11，重新安装激光雷达测风设备，直到激光雷达测风设备对正和水平；当激光雷达测风设备对正和水平时，进行步骤S13；

S13：设置激光雷达测风设备的数据测量和记录频率；

S14：检查激光雷达测风设备与风电机组测风设备的数据测量和记录频率是否相同；当激光雷达测风设备与风电机组测风设备的数据测量或记录频率不同时，进行步骤S13，重新设置激光雷达测风设备的数据测量和记录频率，直到激光雷达测风设备与风电机组测风设备的数据测量或记录频率相同；当激光雷达测风设备与风电机组测风设备的数据测量和记录频率相同时，进行步骤S15；

S15：激光雷达测风设备统计测量数据，计算对风偏差角度。

进一步地，步骤S11中，所述激光雷达测风设备包括激光雷达和控制盒；

所述激光雷达安装在机舱顶上，用于进行风资源的测量；

所述控制盒安装在机舱内部，用于进行数据的存储、计算和转发；

所述激光雷达和控制盒相连接。

进一步地，步骤S12中，所述对正是指：激光雷达测风设备的中心线与风机主轴中心线平行，在竖直方向上在同一平面。

进一步地，步骤S12中，所述水平是指：激光雷达测风设备发射出去的激光束在同一水平面内。

进一步地，步骤S15中，对风偏差角度为：垂直于风轮轴线的风速分量u与平行于风轮轴线的风速分量w比值的反正切值，即为机舱与实际风向在风速v下的偏差值δ；

其中，正对风轮轴线的风速分量w，实际风速v以及平行于风轮平面的风速分量u的计算公式为：

其中，Vlos1和Vlos2均为目标位置的风速；激光雷达以一定夹角发出两束激光到目标位置，测得目标位置的风速分别为Vlos1和Vlos2，Vlos1和Vlos2与风轮轴线的夹角均为θ。

进一步地，步骤S2中，激光雷达测风设备的控制盒用于发送补偿角度矢量；

风电机组测风设备的机组主控偏航控制模块用于接收所述补偿角度矢量；

步骤S2具体为：所述控制盒将补偿角度矢量发送给所述机组主控偏航控制模块。

进一步地，步骤S3具体为：风电机组测风设备将补偿角度矢量叠加到机组风向数据上，按照机组的偏航控制逻辑进行正常偏航控制。

进一步地，所述方法还包括：

S4：统计一定时间内风电机组对风偏差分布情况，形成时间-风速-对风偏差固定关系表；

S5：将步骤S4得到的时间-风速-对风偏差固定关系作为固定补偿值，形成阶段性动态补偿机制。

本发明的有益效果

本发明提供了一种风电机组偏航对风动态补偿的方法，本发明可以动态补偿风电机组设备的对风偏差问题，提高机组偏航对风性能。本发明方法可以准确的确定不同风速下机组测风设备测得的风向与实际风向之间的偏差值。本发明解决了机组测风设备松动或故障造成不能正对风的问题，本发明还可以解决机组测风设备测量结果受到风轮、地形以及其他机组影响造成结果不够准确的问题。本发明采用动态补偿方式，解决了风速和风向随时间变化较为随机导致稳态补偿效果不佳的问题。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明实施例提供的对风偏差角度计算方法示意图；

图2示出了本发明实施例提供的风电机组偏航对风动态补偿的方法流程图；

图3示出了本发明实施例提供的风电机组偏航对风动态补偿的方法具体流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例提供了一种风电机组偏航对风动态补偿的方法，所述方法包括以下步骤：

S1：激光雷达测风设备计算补偿角度矢量；

S2：激光雷达测风设备将补偿角度矢量发送给风电机组测风设备；

S3：风电机组测风设备进行偏航对风补偿控制。

进一步地，所述方法还包括：在步骤S1之前，目标机组选择的步骤；

所述激光雷达测风设备安装到所述目标机组上。

进一步地，步骤S1包括：

S11：安装激光雷达测风设备；

S12：检查激光雷达测风设备是否对正和水平；当激光雷达测风设备没有对正或水平时，进行步骤S11，重新安装激光雷达测风设备，直到激光雷达测风设备对正和水平；当激光雷达测风设备对正和水平时，进行步骤S13；

S13：设置激光雷达测风设备的数据测量和记录频率；

S14：检查激光雷达测风设备与风电机组测风设备的数据测量和记录频率是否相同；当激光雷达测风设备与风电机组测风设备的数据测量或记录频率不同时，进行步骤S13，重新设置激光雷达测风设备的数据测量和记录频率，直到激光雷达测风设备与风电机组测风设备的数据测量或记录频率相同；当激光雷达测风设备与风电机组测风设备的数据测量和记录频率相同时，进行步骤S15；

S15：激光雷达测风设备统计测量数据，计算对风偏差角度。

进一步地，步骤S11中，所述激光雷达测风设备包括激光雷达和控制盒；

所述激光雷达安装在机舱顶上，用于进行风资源的测量；

所述控制盒安装在机舱内部，用于进行数据的存储、计算和转发；

所述激光雷达和控制盒相连接。在安装激光雷达的过程中，在机舱内部合适位置安装控制盒，并与机舱顶上雷达测风仪保持良好连接。

进一步地，步骤S12中，所述对正是指：激光雷达测风设备的中心线与风机主轴中心线完全平行，在竖直方向上在同一平面。

进一步地，步骤S12中，所述水平是指：激光雷达测风设备发射出去的激光束在同一水平面内。

步骤S12具体为：利用电子水平仪找准激光雷达测风设备的主轴中心线，并按照中心线位置在机舱顶上打孔，确保激光雷达测风仪安装好之后，激光雷达测风设备的中心线与风机主轴中心线完全平行，在竖直方向上在同一平面；同时为了能够全面准确的得到与机组测风设备测量数据之间的差异，激光雷达必须安装在尽可能靠近风机测风设备的位置。安装完成之后，还要对设备进行调平，确保发射出去的激光束在同一水平面内。

本申请中激光雷达测风设备的数据测量和记录频率是可变的，通过步骤S13和步骤S14，可以使激光雷达测风设备与风电机组测风设备的数据测量或记录频率调整为一致；通过步骤S13和步骤S14，本发明能够确保激光雷达测风设备采集数据的时间点与频率能与风电机组测风设备保持同步，方便后期进行补偿矫正。

激光雷达安装调试完毕之后，即可进行实际风资源情况的测量以及数据的收集。

激光雷达通常会以一定角度向两个方向发射激光束，利用激光的多普勒效应，测量激光束目标位置处的风速和风向，通常情况下，目标位置距离激光雷达安装位置在几十米，以确保准确测量风轮前来流风速的情况。

如图1所示，激光雷达以一定夹角发出两束激光到目标位置，测得目标位置的风速分别为Vlos1和Vlos2，Vlos1和Vlos2与图1中虚线(风轮轴线)的夹角均为θ，则正对风轮轴线的风速分量w，实际风速v以及平行于风轮平面的风速分量u之间，存在以下关系：

在得到各个方向的风速之后，垂直于风轮轴线的风速分量与平行于风轮轴线的风速分量比值的反正切值，即为机舱与实际风向在风速v下的偏差值δ。

进一步地，步骤S2中，激光雷达测风设备的控制盒用于发送补偿角度矢量；

风电机组测风设备的机组主控偏航控制模块用于接收所述补偿角度矢量；

如图2所示，步骤S2具体为：所述控制盒将补偿角度矢量发送给所述机组主控偏航控制模块。

进一步地，步骤S3具体为：风电机组测风设备将补偿角度矢量叠加到机组风向数据上，按照机组的偏航控制逻辑进行正常偏航控制。

由于激光雷达测风设备和风电机组测风设备的测量频率保持同步，因此，将基于激光雷达测风设备测量结果和计算得到的对风偏差角度传入风电机组主控偏航控制模块中，叠加在风电机组测风设备所测得的风向上，便可以达到对风电机组偏航对风进行提前补偿控制的目的。

本发明实施例提供的风电机组偏航对风动态补偿的方法具体流程图如图3所示。

进一步地，所述方法还可以包括：

S4：统计一定时间内风电机组对风偏差分布情况，形成时间-风速-对风偏差固定关系表；具体地，采集不同时间下的风速和对风偏差，可以形成包含时间、风速、对风偏差三个变量的固定关系表；进一步地，当采集的数据足够多时，可以根据时间-风速-对风偏差固定关系表形成时间-风速-对风偏差曲线。

S5：将步骤S4得到的时间-风速-对风偏差固定关系作为固定补偿值，形成阶段性动态补偿机制。具体地，根据时间-风速-对风偏差固定关系表可以得到在不同时间、风速下的对风偏差，并将得到的对风偏差作为固定补偿值，风电机组测风设备将固定补偿值(对风偏差)叠加到机组风向数据上，按照机组的偏航控制逻辑进行正常偏航控制。进一步地，根据时间-风速-对风偏差曲线可以得到在不同时间、风速下的对风偏差，并将得到的对风偏差作为固定补偿值，风电机组测风设备将固定补偿值(对风偏差)叠加到机组风向数据上，按照机组的偏航控制逻辑进行正常偏航控制。本发明可以在拆除激光雷达测风设备的情况下，在不同时期，按照该时期的时间-风速-对风偏差对应关系对机组进行周期性动态补偿，以释放激光雷达测风设备，用于更多的偏航对风补偿测试。

本领域的技术人员可以根据需要选择进行或不进行步骤S4、S5。考虑到激光雷达测风设备的成本问题，若想要以更小的成本完成对机组偏航对风误差的补偿，则可以对时间、机组风速、对风偏差角度之间的关系做定期数据统计和分析，最终形成一定周期内的该机组的时间-风速-对风偏差统计表，然后可以在拆除激光雷达测风设备的情况下，在不同时期，按照该时期的时间-风速-对风偏差对应关系对机组进行周期性动态补偿，以释放激光雷达测风设备，用于更多的偏航对风补偿测试。

本发明可以动态补偿风电机组设备的对风偏差问题，提高机组偏航对风性能。本发明方法可以准确的确定不同风速下机组测风设备测得的风向与实际风向之间的偏差值。本发明解决了机组测风设备松动或故障造成不能正对风的问题，本发明还可以解决机组测风设备测量结果受到风轮、地形以及其他机组影响造成结果不够准确的问题。本发明采用动态补偿方式，解决了风速和风向随时间变化较为随机导致稳态补偿效果不佳的问题。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种风电机组偏航对风动态补偿的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1：激光雷达测风设备计算补偿角度矢量；

S2：激光雷达测风设备将补偿角度矢量发送给风电机组测风设备；

S3：风电机组测风设备进行偏航对风补偿控制。

2.根据权利要求1所述的风电机组偏航对风动态补偿的方法，其特征在于，步骤S1包括：

S11：安装激光雷达测风设备；

S12：检查激光雷达测风设备是否对正和水平；当激光雷达测风设备没有对正或水平时，进行步骤S11，重新安装激光雷达测风设备，直到激光雷达测风设备对正和水平；当激光雷达测风设备对正和水平时，进行步骤S13；

S13：设置激光雷达测风设备的数据测量和记录频率；

S14：检查激光雷达测风设备与风电机组测风设备的数据测量和记录频率是否相同；当激光雷达测风设备与风电机组测风设备的数据测量或记录频率不同时，进行步骤S13，重新设置激光雷达测风设备的数据测量和记录频率，直到激光雷达测风设备与风电机组测风设备的数据测量或记录频率相同；当激光雷达测风设备与风电机组测风设备的数据测量和记录频率相同时，进行步骤S15；

S15：激光雷达测风设备统计测量数据，计算对风偏差角度。

3.根据权利要求2所述的风电机组偏航对风动态补偿的方法，其特征在于，步骤S11中，所述激光雷达测风设备包括激光雷达和控制盒；

所述激光雷达安装在机舱顶上，用于进行风资源的测量；

所述控制盒安装在机舱内部，用于进行数据的存储、计算和转发；

所述激光雷达和控制盒相连接。

4.根据权利要求2所述的风电机组偏航对风动态补偿的方法，其特征在于，步骤S12中，所述对正是指：激光雷达测风设备的中心线与风机主轴中心线平行，在竖直方向上在同一平面。

5.根据权利要求2所述的风电机组偏航对风动态补偿的方法，其特征在于，步骤S12中，所述水平是指：激光雷达测风设备发射出去的激光束在同一水平面内。

6.根据权利要求2所述的风电机组偏航对风动态补偿的方法，其特征在于，步骤S15中，对风偏差角度为：垂直于风轮轴线的风速分量u与平行于风轮轴线的风速分量w比值的反正切值，即为机舱与实际风向在风速v下的偏差值δ；

其中，Vlos1和Vlos2均为目标位置的风速；激光雷达以一定夹角发出两束激光到目标位置，测得目标位置的风速分别为Vlos1和Vlos2，Vlos1和Vlos2与风轮轴线的夹角均为θ，则平行于风轮轴线的风速分量w，实际风速v以及垂直于风轮轴线的风速分量u的计算公式为：

7.根据权利要求1所述的风电机组偏航对风动态补偿的方法，其特征在于，步骤S2中，激光雷达测风设备的控制盒用于发送补偿角度矢量；

风电机组测风设备的机组主控偏航控制模块用于接收所述补偿角度矢量；

步骤S2具体为：所述控制盒将补偿角度矢量发送给所述机组主控偏航控制模块。

8.根据权利要求1所述的风电机组偏航对风动态补偿的方法，其特征在于，步骤S3具体为：风电机组测风设备将补偿角度矢量叠加到机组风向数据上，按照机组的偏航控制逻辑进行正常偏航控制。

9.根据权利要求1所述的风电机组偏航对风动态补偿的方法，其特征在于，所述方法还包括：

S4：统计一定时间内风电机组对风偏差分布情况，形成时间-风速-对风偏差固定关系表；

S5：将步骤S4得到的时间-风速-对风偏差固定关系作为固定补偿值，形成阶段性动态补偿机制。

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