CN114021488A - 风轮前风能估算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种风轮前风能估算方法，包括：建立风轮坐标系；依据精度需求和控制系统算力，设置网格参数n；在z轴风轮范围内平均划分2n‑1个区间，其中最下面的区间编号为‑n，最上面的区间编号为n，z轴原点位于编号为0的区间；计算z轴上2n‑1个区间上，编号为i的区间的区间中点处的风速值Vi；对y轴平均划分2n‑1个区间；在风轮范围内用水平风切公式推算z轴方向编号为i，y轴方向编号为j的区间的区间中心位置处风速Vj|i；对符合上式的全部i，j计算累加的风轮范围内风能值；根据下式计算风轮范围内等效风能。本发明对风电场尾流控制，风机协同控制提供了重要参考，且极大的改进了现有基于模型控制系统中无法实时测量控制结果的局面。

Description

风轮前风能估算方法
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种风轮前风能估算方法。
背景技术
现有基于模型控制系统中无法实时测量控制结果，对风电场尾流控制，风机协同控制缺少重要的参考依据。
发明内容
本发明的目的是提供一种风轮前风能估算方法，通过风轮前风能实时估算对风电场尾流控制，风机协同控制提供重要参考，改进现有基于模型控制系统中无法实时测量控制结果的局面。
本发明提供了一种风轮前风能估算方法，包括如下步骤：
步骤1，选取风轮中心作为坐标原点，沿主轴指向风轮方向为x轴正向，依据右手规则通过建立坐标系的y轴和z轴，建立风轮坐标系；
步骤2，依据精度需求和控制系统算力，设置网格参数n；
步骤3，在z轴风轮范围内平均划分2n-1个区间，其中最下面的区间编号为-n，最上面的区间编号为n，z轴原点位于编号为0的区间；
步骤4，用下式计算z轴上2n-1个区间上，编号为i的区间的区间中点处的风速值Vi；
Figure BDA0003311949830000011
式中，V0为轮毂中心风速；H为风机轮毂中心高度；Cz为垂直风切；R为风轮半径，i为z轴区间编号；
步骤5，依步骤3的方法对y轴平均划分2n-1个区间；
步骤6，在风轮范围内用水平风切公式推算z轴方向编号为i，y轴方向编号为j的区间的区间中心位置处风速Vj|i，即
若
Figure BDA0003311949830000021
则有
Figure BDA0003311949830000022
式中，R为风轮半径；Cy为水平风切；i为z轴区间编号；j为y轴区间编号；
步骤7，令P＝0，在风轮范围内遍历符合条件
Figure BDA0003311949830000023
的全部i，j，对符合上式的全部i，j计算累加的风轮范围内风能值
Figure BDA0003311949830000024
Figure BDA0003311949830000025
式中，ρ为轮毂中心空气密度；
步骤8，根据下式计算风轮范围内等效风能PE；
PE＝P*cosγ；
式中，γ为偏航误差。
借由上述方案，通过风轮前风能估算方法，对风电场尾流控制，风机协同控制提供了重要参考，且极大的改进了现有基于模型控制系统中无法实时测量控制结果的局面。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是本发明一实施例中风轮范围区间划分示意图；
图2是本发明一实施例中垂直风切示意图；
图3是本发明一实施例中水平风切示意图；
图4是本发明一实施例中实际运行中尾流影响情况下的示意图；
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
参图1至图3所示，本实施例提供了一种风轮前风能估算方法，可通过风机安装的载荷传感器和风轮前风速超声测量系统(专利号202110979899.6)获得水平风切Cy、垂直风切Cz、轮毂中心风速V0、偏航误差γ、轮毂中心空气密度ρ和风机的基本参数风机轮毂中心高度H、风轮半径R。
该风轮前风能估算方法包括如下步骤：
步骤1，按照如下方法建立风轮坐标系(如图1所示)。选取风轮中心作为坐标原点，沿主轴指向风轮方向为x轴正向，依据右手规则通过建立坐标系的y轴和z轴，建立风轮坐标系；
步骤2，依据精度需求和控制系统算力，设置网格参数n；
步骤3，在z轴风轮范围内平均划分2n-1个区间，其中最下面的区间编号为-n，最上面的区间编号为n，z轴原点位于编号为0的区间；
步骤4，用下式计算z轴上2n-1个区间上，编号为i的区间的区间中点处的风速值Vi；
Figure BDA0003311949830000031
式中，V0为轮毂中心风速；H为风机轮毂中心高度；Cz为垂直风切；R为风轮半径，i为z轴区间编号；
步骤5，依步骤3的方法对y轴平均划分2n-1个区间；
步骤6，在风轮范围内用水平风切公式推算z轴方向编号为i，y轴方向编号为j的区间的区间中心位置处风速Vj|i，即
若
Figure BDA0003311949830000032
则有
Figure BDA0003311949830000033
式中，R为风轮半径；Cy为水平风切；i为z轴区间编号；j为y轴区间编号；
步骤7，令P＝0，在风轮范围内遍历符合条件
Figure BDA0003311949830000034
的全部i，j，对符合上式的全部i，j计算累加的风轮范围内风能值
Figure BDA0003311949830000035
Figure BDA0003311949830000041
式中，ρ为轮毂中心空气密度，等号右边的P为遍历(i，j)区间前的风能值，等号左边的P为遍历(i，j)区间后更新的风能值；
步骤8，根据下式计算风轮范围内等效风能PE；
PE＝P*cosγ；
式中，γ为偏航误差。
通过该风轮前风能估算方法，能够实时估算风轮前风能，对风电场尾流控制，风机协同控制提供了重要参考，且极大的改进了现有基于模型控制系统中无法实时测量控制结果的局面。
参图4所示，图4给出了一种实际运行中尾流影响情况下的示意图。这种情况下需要WT2进行偏航以降低其对WT1的影响，但目前通常采用理论模型，计算WT2的偏航角度。由于理论模型不是一种实时测量的结果，且通常同实际运行工况存在模型失配的问题，故设置的值通常不是最优的偏航角度值。这种情况下本发明的一个显著优势就是可以实时测量WT2偏航后WT1风轮处的等效风能值，这样控制系统可以采用极值搜索控制等快速优化算法便能快速确定WT2合适的偏航角度。
需要说明的是，为了实际应用中的实时性，本发明采用了实测风轮前风速、实测空气密度等实测数据，采用平均化的数据或者推算数据的方式，进行风轮前风能估算的方法应视为本方案的替代方案。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种风轮前风能估算方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，选取风轮中心作为坐标原点，沿主轴指向风轮方向为x轴正向，依据右手规则通过建立坐标系的y轴和z轴，建立风轮坐标系；
步骤2，依据精度需求和控制系统算力，设置网格参数n；
步骤3，在z轴风轮范围内平均划分2n-1个区间，其中最下面的区间编号为-n，最上面的区间编号为n，z轴原点位于编号为0的区间；
步骤4，用下式计算z轴上2n-1个区间上，编号为i的区间的区间中点处的风速值Vi；
Figure FDA0003311949820000011
式中，V0为轮毂中心风速；H为风机轮毂中心高度；Cz为垂直风切；R为风轮半径，i为z轴区间编号；
步骤5，依步骤3的方法对y轴平均划分2n-1个区间；
步骤6，在风轮范围内用水平风切公式推算z轴方向编号为i，y轴方向编号为j的区间的区间中心位置处风速Vj|i，即
若
Figure FDA0003311949820000012
则有
Figure FDA0003311949820000013
式中，R为风轮半径；Cy为水平风切；i为z轴区间编号；j为y轴区间编号；
步骤7，令P＝0，在风轮范围内遍历符合条件
Figure FDA0003311949820000014
的全部i,j，对符合上式的全部i，j计算累加的风轮范围内风能值
Figure FDA0003311949820000015
Figure FDA0003311949820000016
式中，ρ为轮毂中心空气密度；
步骤8，根据下式计算风轮范围内等效风能PE；
PE＝P*cosγ；
式中，γ为偏航误差。
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