CN113933533B - 一种用于风电机组的风速间接测量方法 - Google Patents
一种用于风电机组的风速间接测量方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113933533B CN113933533B CN202110996079.8A CN202110996079A CN113933533B CN 113933533 B CN113933533 B CN 113933533B CN 202110996079 A CN202110996079 A CN 202110996079A CN 113933533 B CN113933533 B CN 113933533B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- wind speed
- wind
- thrust
- tower
- wind turbine
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 40
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 19
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 claims description 6
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims description 3
- 238000010408 sweeping Methods 0.000 claims description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 18
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 10
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 4
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 4
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 4
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P5/00—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
- G01P5/02—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring forces exerted by the fluid on solid bodies, e.g. anemometer
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Wind Motors (AREA)
Abstract
本发明公开了一种用于风电机组的风速间接测量方法；该方法通过不同的方法来获取用于计算风速的核心参数，通过有效的核心参数间接获取风速的具体数值，并可根据风速测量仪进行对比和校核；本发明的一种用于风电机组的风速测量方法解决了传统工艺采用风速测量仪单一测量的精确度不高的问题，尤其是在采用本方法的设计，有效的避免了风速测量仪在其所应用的环境中因环境而造成的影响，借助间接的方式，即利用其所受环境影响的情况不是较大的情况下，不经能够有效的提高测量数值的精确度，同时也进一步的保证风速测量仪的测量精度，能较为准确测量风速，能够在不同环境下使用，易于工程实现。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于风电机组的风速间接测量方法，属于风电机组间接测量风速方法的技术领域。
背景技术
基于目前的风电机组应用的领域当中，是将风力转化为电力的一个过程，但是在整个风电领域的应用中，基于风电机组的成本考虑，通常是将风电机组设置在风力情况较好的环境中，例如：高原，但是在其应用过程中，风电机组所处环境优势对于整个风力发电领域中要求较高，对于整个机组来说其受到的影响更大，尤其是基于风力较大的环境当中，
风力发电机组风速的测量通常采用安装于机舱尾部气象架上的风速仪来获得，但是由于风轮旋转扰流作用，对测量准确性有很大的影响。另外，风力发电机组位于野外，长期受到风沙、雨雪等天气的影响，测量精度也会逐渐降低。
针对传统的工艺，对于不同的环境尤其是更为恶劣的环境要求更高，在测量风量的过程中，对于整个装置的摆动以及整个环境的影响，采用风速测量仪将会产生更大的误差，但是，对于相关参数的设定，可利用间接的方式来实现整个风速的测量，不仅能够提高整个风速测量的精确度，同时还能够针对风速测量仪进行进一步的验证。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种用于风电机组的风速间接测量方法，该方法不仅有效的能够解决传统风速测量仪由于使用环境的影响而导致测量精度不高的问题，在风电机组的装配中，通常搭配了风速测量仪，但是结合该方法能够有效的提高风速测量的精确度，同时也有效的为设备维护和设备的监测提供有效的数据参考。
本发明采用的技术方案如下：
一种用于风电机组的风速间接测量方法，包括以下步骤：
a、建立塔筒顶部倾角与塔筒顶部推力之间的数学模型；
b、在塔筒顶部安装动态倾角传感器，实时监测塔筒顶部倾角α，并获得塔筒顶部推力Fya；
c、依据风力发电机组气动模型和机组运行状态，建立塔筒顶部推力数学模型，实时计算塔筒顶部的气动推力Fyb；
d、依据两个不同方法得到的塔筒顶部推力，建立风力发电机组风速计算非线性代数方程；
e、采用网格搜索数值计算法，间接获得风速测量值。
进一步的，在所述步骤a中，采用欧拉-伯努力梁模型作为倾角和塔筒顶部推力之间的关系，
进一步的，倾角和塔筒顶部推力之间的关系式为：
Fya＝αEI
其中，Fya是塔筒顶部推力，α为塔筒顶部倾角，EI是抗弯刚度。
进一步的，在步骤c中，依据气动模型，风力发电机组实时运行的桨角、功率、转速，推算出塔筒顶部的气动推力。
进一步的，气动推力的计算式为：
其中：Fyb是气动推力，β是叶片桨角，ρ是空气密度，A是风轮扫风面积，U是来流风速，Ct(λ，β)是风轮气动推力系数，分别是叶尖速比λ和叶片桨角β的函数。
进一步的，定义叶尖速比λ，并以来流风速U带入气动推力的计算式，定义叶尖速比λ即：
其中：Ω是风轮转速，R是风轮半径。
进一步的，令步骤a中的塔筒顶部推力Fya等于步骤c中的气动推力Fyb。
进一步的，获取到以下等式：
进一步的，采用网格搜索法，获得λ的值，包括以下步骤：
S1、设λ的运行范围为[λ1，λ2]，再设求解计算精度要求为Δλ，收敛误差要求为εtol；
S2、将[λ1，λ2]划分为：
[λ1 λ1+Δλ λ1+2×Δλ … λ1+(n-1)×Δλ λ2]；
S3、计算每个划分点λ1+i×Δλ，i＝0，1，...n-1和λ2的值，若：
则λ＝λ1+i×Δλ即为解。
进一步的，再利用叶尖速比的定义，可得到测量风速，即：
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明的一种用于风电机组的风速测量方法解决了传统工艺采用风速测量仪单一测量的精确度不高的问题，尤其是在采用本方法的设计，有效的避免了风速测量仪在其所应用的环境中因环境而造成的影响，借助间接的方式，即利用其所受环境影响的情况不是较大的情况下，不经能够有效的提高测量数值的精确度，同时也进一步的保证风速测量仪的测量精度，能较为准确测量风速，能够在不同环境下使用，易于工程实现。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明流程结构示意图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
实施例
一种用于风电机组的风速间接测量方法，如图1和图2所示，包括以下步骤：
a、建立塔筒顶部倾角与塔筒顶部推力之间的数学模型；
b、在塔筒顶部安装动态倾角传感器，实时监测塔筒顶部倾角α，并获得塔筒顶部推力Fya；
c、依据风力发电机组气动模型和机组运行状态，建立塔筒顶部推力数学模型，实时计算塔筒顶部的气动推力Fyb；
d、依据两个不同方法得到的塔筒顶部推力，建立风力发电机组风速计算非线性代数方程；
e、采用网格搜索数值计算法，间接获得风速测量值。
本实施例中，在风电机组的装配环境中，通常是设置在风力和风资源较好的地方，例如高原或者是空旷的地方，但是在这些环境的情况下，通常昼夜温差大，尤其是在夜晚，风速测量仪通常所处环境都是零下的温度，容易造成结冰等各种复杂恶劣的情况，基于环境的因素，风速测量仪会受到更多的影响，更是会导致整个设备的测量精度大量降低，但是在设备的维护以及设备的环境监测是十分重要的，尤其是设备的维护，风力过大会导致整个塔筒结构摆动幅度大，对人员的安全十分不利。因此，基于风速测量仪监测精度的考虑，需要针对整个机组的考虑，需要一种更加精准的测量方法，而此方法的设计结合风速测量仪的监测有效的对风速进行检测和监测，实现设备维护的安全系数提高。
基于上述具体设计的基础上，作为更加具体的设计，在所述步骤a中，采用欧拉-伯努力梁模型作为倾角和塔筒顶部推力之间的关系。
采用欧拉-伯努力梁模型后，作为更加具体的，倾角和塔筒顶部推力之间的关系式为：
Fya＝αEI (1)
其中，Fya是塔筒顶部推力，α为塔筒顶部倾角，EI是抗弯刚度。
作为更加具体的描述和设计，在步骤c中，依据气动模型，风力发电机组实时运行的桨角、功率、转速，推算出塔筒顶部的气动推力。在此当中，为了便于区分两种力的不同，此处的气动推力也是塔筒顶部推力，同时也是为了更好的进行计算。
更加具体的，气动推力的计算式为：
其中：Fyb是气动推力，β是叶片桨角，ρ是空气密度，A是风轮扫风面积，U是来流风速，Ct(λ，β)是风轮气动推力系数，分别是叶尖速比λ和叶片桨角β的函数。
在上述具体的设计中，更加具体的设计，定义叶尖速比λ即：
计算中，将计算式(3)带入到(2)中，即：
基于上述的描述，气动推力也是塔筒顶部推力。作为具体的描述，令步骤a中的塔筒顶部推力Fya等于步骤c中的气动推力Fyb，即可获取到新的等式，使得计算更加方便。
具体的，获取到以下等式：
至此，公式(5)中所有变桨，除叶尖速比λ外，均为模型参数或者可以通过传感器直接测量得到。
作为更加具体的设计，采用网格搜索法，获得(5)式中λ的值，包括以下步骤：
S1、设λ的运行范围为[λ1λ2]，再设求解计算精度要求为Δλ，收敛误差要求为εtol；
S2、将[λ1，λ2]划分为：
[λ1 λ1+Δλ λ1+2×Δλ … λ1+(n-1)×Δλ λ2]；
S3、计算每个划分点λ1+i×Δλ，i＝0，1，...n-1和λ2的值，若：
则λ＝λ1+i×Δλ即为解。
最后，作为具体的，再利用叶尖速比的定义，可得到测量风速，即：
在上述具体的实施方式中，采用网格搜索法的主要目的在于原计算式中虽然都是检测的参数，但是其计算式为一个风险性方程，要计算叶尖速比λ相对较为复杂和困难，从而采取网格搜索法实现在一定的误差内获取一个计算值，同时也有效的保证了在该数值范围内其取值是符合实际需要和要求的，有效的保证了其检测精度以及实际操作的精准度。
综上所述：本发明的一种用于风电机组的风速测量方法解决了传统工艺采用风速测量仪单一测量的精确度不高的问题，尤其是在采用本方法的设计，有效的避免了风速测量仪在其所应用的环境中因环境而造成的影响，借助间接的方式，即利用其所受环境影响的情况不是较大的情况下，不经能够有效的提高测量数值的精确度，同时也进一步的保证风速测量仪的测量精度，能较为准确测量风速，能够在不同环境下使用，易于工程实现。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (9)
1.一种用于风电机组的风速间接测量方法，其特征在于：包括以下步骤：
a、建立塔筒顶部倾角与塔筒顶部推力之间的数学模型；
b、在塔筒顶部安装动态倾角传感器，实时监测塔筒顶部倾角，并获得塔筒顶部推力；
c、依据风力发电机组气动模型和机组运行状态，建立塔筒顶部推力数学模型，实时计算塔筒顶部的气动推力；
d、依据两个不同方法得到的塔筒顶部推力，建立风力发电机组风速计算非线性代数方程；
e、采用网格搜索数值计算法，间接获得风速测量值。
2.如权利要求1所述的一种用于风电机组的风速间接测量方法，其特征在于：在所述步骤a中，采用欧拉-伯努力梁模型作为倾角和塔筒顶部推力之间的关系。
3.如权利要求2所述的一种用于风电机组的风速间接测量方法，其特征在于：倾角和塔筒顶部推力之间的关系式为：
其中，是塔筒顶部推力， />为塔筒顶部倾角， />是抗弯刚度。
4.如权利要求3所述的一种用于风电机组的风速间接测量方法，其特征在于：在步骤c中，气动推力的计算式为：
其中： 是气动推力，/>是叶片桨角，/>是空气密度，/>是风轮扫风面积， />是来流风速, />是风轮气动推力系数，分别是叶尖速比/>和叶片桨角 />的函数。
5.如权利要求4所述的一种用于风电机组的风速间接测量方法，其特征在于：定义叶尖速比，并以来流风速/>带入气动推力的计算式，定义叶尖速比/>即：
其中：是风轮转速，/>是风轮半径。
6.如权利要求5所述的一种用于风电机组的风速间接测量方法，其特征在于：令步骤a中的塔筒顶部推力等于步骤c中的气动推力/>。
7.如权利要求6所述的一种用于风电机组的风速间接测量方法，其特征在于：获取到以下等式：
。
8.如权利要求7所述的一种用于风电机组的风速间接测量方法，其特征在于：采用网格搜索法，获得的值，包括以下步骤：
S1、设的运行范围为/>，再设求解计算精度要求为/>,收敛误差要求为/>；
S2、将划分为:
；
S3、计算每个划分点和/>的值，若：
则即为解。
9.如权利要求8所述的一种用于风电机组的风速间接测量方法，其特征在于：再利用叶尖速比的定义，可得到测量风速，即：
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110996079.8A CN113933533B (zh) | 2021-08-27 | 2021-08-27 | 一种用于风电机组的风速间接测量方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110996079.8A CN113933533B (zh) | 2021-08-27 | 2021-08-27 | 一种用于风电机组的风速间接测量方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113933533A CN113933533A (zh) | 2022-01-14 |
| CN113933533B true CN113933533B (zh) | 2024-04-12 |
Family
ID=79274670
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110996079.8A Active CN113933533B (zh) | 2021-08-27 | 2021-08-27 | 一种用于风电机组的风速间接测量方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113933533B (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101833958B1 (ko) * | 2017-04-26 | 2018-03-02 | 군산대학교산학협력단 | 풍력 발전 제어를 위한 칼만 필터 기반 풍속 추정기 및 방법 |
| CN108334672A (zh) * | 2018-01-14 | 2018-07-27 | 浙江大学 | 基于有效风速估计的变速风力发电机组最大风能捕获方法 |
| CN111505332A (zh) * | 2020-04-21 | 2020-08-07 | 明阳智慧能源集团股份公司 | 一种漂浮式风力发电机组的风速测量修正方法 |
| CN112145373A (zh) * | 2020-09-15 | 2020-12-29 | 东北大学 | 一种风力发电机测风仪风速的校正方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090148290A1 (en) * | 2007-06-06 | 2009-06-11 | Garver Theodore M | Wind turbine and method of operating same |
-
2021
- 2021-08-27 CN CN202110996079.8A patent/CN113933533B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101833958B1 (ko) * | 2017-04-26 | 2018-03-02 | 군산대학교산학협력단 | 풍력 발전 제어를 위한 칼만 필터 기반 풍속 추정기 및 방법 |
| CN108334672A (zh) * | 2018-01-14 | 2018-07-27 | 浙江大学 | 基于有效风速估计的变速风力发电机组最大风能捕获方法 |
| CN111505332A (zh) * | 2020-04-21 | 2020-08-07 | 明阳智慧能源集团股份公司 | 一种漂浮式风力发电机组的风速测量修正方法 |
| CN112145373A (zh) * | 2020-09-15 | 2020-12-29 | 东北大学 | 一种风力发电机测风仪风速的校正方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 基于机组来流等效风速计算的风电机组功率曲线修正;胡静 等;《能源研究与利用》;20201231(第1期);第32-35页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113933533A (zh) | 2022-01-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Maeda et al. | Effect of solidity on aerodynamic forces around straight-bladed vertical axis wind turbine by wind tunnel experiments (depending on number of blades) | |
| KR101706508B1 (ko) | 풍력 발전기의 피로 해석 및 등가하중 해석 시스템 | |
| CN201326511Y (zh) | 风力发电机组独立变桨系统的信号采集装置 | |
| CN102182633B (zh) | 一种大型风电机组独立变桨控制方法及装置 | |
| CN103063425A (zh) | 风力机叶片疲劳寿命实时监测方法 | |
| CN202117846U (zh) | 一种大型风电机组独立变桨控制装置 | |
| CN110849575A (zh) | 一种风力机整机空气动力测定系统及方法 | |
| CN112784509B (zh) | 基于改进高斯分布尾流模型的风力发电机功率计算方法 | |
| CN112504610A (zh) | 高空螺旋桨低密度风洞试验测试系统及方法 | |
| CN105138845B (zh) | 获得风力发电机风速值的方法 | |
| CN106768917A (zh) | 一种风力机叶片现场载荷测试与评估方法 | |
| CN112610412B (zh) | 一种基于载荷检测的风电机组叶片净空控制方法 | |
| WO2019150805A1 (ja) | 風力発電装置及び風力発電システム | |
| CN113933533B (zh) | 一种用于风电机组的风速间接测量方法 | |
| CN113323816A (zh) | 一种基于叶片载荷分析的叶片检测方法 | |
| Bedon et al. | Experimental tests of a vertical-axis wind turbine with twisted blades | |
| CN109753759B (zh) | 一种基于等效功率的风轮等效风速计算方法 | |
| CN108691727B (zh) | 一种风力机导流罩 | |
| CN106560685A (zh) | 一种针对于垂直轴风力发电机的翼型动态气动特性试验台 | |
| Whale et al. | Correcting inflow measurements from Hawts using a lifting-surface code | |
| Butterfield | Three-dimensional airfoil performance measurements on a rotating wing | |
| CN112283051B (zh) | 一种基于升力线模型的振动信号特征优化方法及系统 | |
| Aagaard Madsen et al. | The DAN-AERO MW experiments. Final report | |
| CN107036692B (zh) | 一种风力发电机组叶片覆冰量测量方法 | |
| CN113494429A (zh) | 一种风机叶片气动不平衡监测方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |