CN114065514A - 一种串列式双风轮风电机组仿真的bem数据映射方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种串列式双风轮风电机组仿真的BEM数据映射方法及系统，该BEM数据映射方法，包括：获取前、后风轮叶型数据，获取入流风速；以所述入流风速及实时风轮转速为索引，以前、后风轮叶型数据基础查找预先生成的双风轮BEM风速‑转矩映射表；输出前、后风轮原动机机械转矩。该方法用于模拟不同入流风速下，串列式双风轮风电机组运行过程中前、后风轮原动机的输出机械转矩，是串列式双风轮风电机组精确仿真的重要技术环节。

Description

一种串列式双风轮风电机组仿真的BEM数据映射方法及系统

技术领域

本发明涉及风力机叶片设计领域，特别涉及一种串列式双风轮风电机组仿真的BEM数据映射方法及系统。

背景技术

基于叶素动量理论的计算模型由一组代数方程组成，在风力机叶片设计中得到广泛应用。叶素理论的基本出发点是将风轮叶片沿展向分成许多微段，称这些微段为叶素。假设在每个叶素上的流动相互之间没有干扰，即叶素可以看成是二维翼型，这时，将作用在每个叶素上的力和力矩沿展向积分，就可以求得作用在风轮上的力和力矩。

在一般风电机组的仿真过程中，为了根据入流风速数据计算得到前后风轮的原动机机械转矩，目前通常采用基于常规风力机数学模型的公式计算方法。目前尚无采用基于BEM方法的转矩映射方式得到风轮转矩的相关专利。

对于串列式双风轮风电机组，更加没有基于BEM方法的转矩映射方式得到风轮转矩的成熟方案，串列式双风轮风电机组仿真的BEM数据映射方法目前属于空白领域。

现有技术方案的缺点：

1、基于常规风力机数学模型的公式计算方法，属于理论计算，仿真与实际相差较大，且无法适配不同机组叶型的实际数据。

2、由于串列式双风轮风电机组尚无普遍通用的转矩输出数学模型，现有技术方案无法适用于串列式双风轮风电机组。

发明内容

本发明针对串列式双风轮风电机组仿真等值，提供了一种串列式双风轮风电机组仿真的BEM数据映射方法及系统，用于模拟不同入流风速下，串列式双风轮风电机组运行过程中前、后风轮原动机的输出机械转矩，是串列式双风轮风电机组精确仿真的重要技术环节。

为了实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案。

一种串列式双风轮风电机组仿真的BEM数据映射方法，包括以下步骤：

获取前、后风轮叶型数据，获取入流风速；

以所述入流风速及实时风轮转速为索引，以前、后风轮叶型数据基础查找预先生成的双风轮BEM风速-转矩映射表；

输出前、后风轮原动机机械转矩。

作为本发明的进一步改进，所述预先生成的双风轮BEM风速-转矩映射表的生产方法包括以下步骤：

基于前风轮叶型数据，采用BEM方法计算前风轮不同风速下的最优风能利用系数Cpf值；基于后风轮叶型数据，采用BEM方法计算后风轮不同风速下的最优风能利用系数Cpb值；

在每一个入流风速下，根据前风轮最优转速wf，以及前风轮最优风能利用系数Cpf值，计算得到前风轮输出机械功率Pmf，以及前风轮输出机械转矩Tmf；根据后风轮最优转速wb，以及后风轮最优风能利用系数Cpb值，计算得到后风轮输出机械功率Pmb，以及后风轮输出机械转矩Tmb；

合并每一个入流风速计算得到的前、后风轮输出机械转矩，生成双风轮BEM风速-转矩映射表。

作为本发明的进一步改进，所述前风轮输出机械功率Pmf＝Pvind×前风轮最优风能利用系数Cpf；前风轮输出机械转矩Tmf＝Pmf/前风轮最优转速wf。

作为本发明的进一步改进，所述后风轮输出机械功率Pmb＝Pvind×后风轮最优风能利用系数Cpb；后风轮输出机械转矩Tmb＝Pmb/后风轮最优转速wb。

作为本发明的进一步改进，如所述入流风速不在双风轮BEM风速-转矩映射表的横坐标中，则由双风轮BEM风速-转矩映射表中相邻最近的两个风速索引，根据线性插值算法，输出前、后风轮原动机机械转矩。

一种串列式双风轮风电机组仿真的BEM数据映射系统，包括：

获取模块，用于获取前、后风轮叶型数据，获取入流风速；

计算模块，用于以所述入流风速及实时风轮转速为索引，以前、后风轮叶型数据基础查找预先生成的双风轮BEM风速-转矩映射表；

输出模块，用于输出前、后风轮原动机机械转矩。

优选地，所述计算模块中预先生成的双风轮BEM风速-转矩映射表的生产方法包括：

基于前风轮叶型数据，采用BEM方法计算前风轮不同风速下的最优风能利用系数Cpf值；基于后风轮叶型数据，采用BEM方法计算后风轮不同风速下的最优风能利用系数Cpb值；

在每一个入流风速下，根据前风轮最优转速wf，以及前风轮最优风能利用系数Cpf值，计算得到前风轮输出机械功率Pmf，以及前风轮输出机械转矩Tmf；根据后风轮最优转速wb，以及后风轮最优风能利用系数Cpb值，计算得到后风轮输出机械功率Pmb，以及后风轮输出机械转矩Tmb；

合并每一个入流风速计算得到的前、后风轮输出机械转矩，生成双风轮BEM风速-转矩映射表。

优选地，所述计算模块，还用于如所述入流风速不在双风轮BEM风速-转矩映射表的横坐标中，则由双风轮BEM风速-转矩映射表中相邻最近的两个风速索引，根据线性插值算法，输出前、后风轮原动机机械转矩。

一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述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所述串列式双风轮风电机组仿真的BEM数据映射方法的步骤。

一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述串列式双风轮风电机组仿真的BEM数据映射方法的步骤。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明针对串列式双风轮风电机组仿真等值，通过预先生成的双风轮BEM风速-转矩映射表，仅需要获取前、后风轮叶型数据，获取入流风速；即可以进行模拟不同入流风速下，串列式双风轮风电机组运行过程中前、后风轮原动机的输出机械转矩，可以快速真实的进行模拟，提高仿真的真实性。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。在附图中：

图1为本发明优选实施例串列式双风轮风电机组仿真的BEM数据映射方法流程示意图；

图2串列式双风轮风电机组仿真的BEM数据映射方法流程示意图；

图3为本发明优选实施例串列式双风轮风电机组仿真的BEM数据映射系统结构示意图；

图4串列式双风轮风电机组仿真的BEM数据映射系统输入输出连接示意图；

图5为本发明优选实施例电子设备结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施例。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

串列式双风轮风电机组：在传统风力发电机的基础上，在风电机组的背面对侧增加一旋转风轮，用于吸收风力通过前风轮后，剩余的风能。

BEM方法：叶素(BEM)理论是在科学与工业领域常用的一种数学模型，不仅适用于风电机组叶片的设计，也可以对风电机组的表现进行评价(在设计中和设计后)。BEM方法是指，利用完善的理论模型，进行叶片设计，确定风轮的几何参数(风轮直径，气动翼型，弦长，变浆角和扭转角)，估算叶片受力，确定风轮主轴的转矩和输出功率，也可以在宽风速范围内对风轮表现进行评价。

如图1所示，本发明一种串列式双风轮风电机组仿真的BEM数据映射方法，包括以下步骤：

获取前、后风轮叶型数据，获取入流风速；

以所述入流风速及实时风轮转速为索引，以前、后风轮叶型数据基础查找预先生成的双风轮BEM风速-转矩映射表；

输出前、后风轮原动机机械转矩。

其中，所述预先生成的双风轮BEM风速-转矩映射表的生产方法包括以下步骤：

基于前风轮叶型数据，采用BEM方法计算前风轮不同风速下的最优风能利用系数Cpf值；基于后风轮叶型数据，采用BEM方法计算前风轮不同风速下的最优风能利用系数Cpb值；

在每一个入流风速下，根据前风轮最优转速wf，以及前风轮最优风能利用系数Cpf值，计算得到前风轮输出机械功率Pmf，以及前风轮输出机械转矩Tmf；根据后风轮最优转速wb，以及后风轮最优风能利用系数Cpb值，计算得到后风轮输出机械功率Pmb，以及后风轮输出机械转矩Tmb；

合并每一个入流风速计算得到的前、后风轮输出机械转矩，生成双风轮BEM风速-转矩映射表。

本发明针对串列式双风轮风电机组仿真等值，通过预先生成的双风轮BEM风速-转矩映射表，进行模拟不同入流风速下，串列式双风轮风电机组运行过程中前、后风轮原动机的输出机械转矩，可以快速真实的进行模拟，提高仿真的真实性。

如图2所示。串列式双风轮风电机组仿真的BEM数据映射方法流程包含以下环节：

1、基于前风轮叶型数据，采用BEM方法计算前风轮不同风速下的最优风能利用系数Cpf值，其中具体BEM计算方法不属于本专利范畴，不进行详细介绍；

2、基于后风轮叶型数据，采用BEM方法计算前风轮不同风速下的最优风能利用系数Cpb值，其中具体BEM计算方法不属于本专利范畴，不进行详细介绍；

3、在每一个入流风速下，根据前风轮最优转速wf，以及Cpf值，计算得到前风轮输出机械功率Pmf，以及前风轮输出机械转矩Tmf；

4、在每一个入流风速下，根据后风轮最优转速wb，以及Cpb值，计算得到后风轮输出机械功率Pmb，以及后风轮输出机械转矩Tmb；

5、合并每一个入流风速计算得到的前、后风轮输出机械转矩，生成双风轮BEM风速-转矩映射表；

6、在双风轮仿真整体系统中，以仿真系统入流风速vwind为索引，查找双风轮BEM风速-转矩映射表，输出前、后风轮原动机机械转矩；

7、如vwind不在映射表的横坐标中，则由映射表中相邻最近的两个风速索引，根据线性插值算法，输出前、后风轮原动机机械转矩。

其中，所述前风轮输出机械功率Pmf＝Pvind×前风轮最优风能利用系数Cpf；前风轮输出机械转矩Tmf＝Pmf/前风轮最优转速wf。

所述后风轮输出机械功率Pmb＝Pvind×后风轮最优风能利用系数Cpb；后风轮输出机械转矩Tmb＝Pmb/后风轮最优转速wb。

如图3所示，本发明的另一目的在于提出一种串列式双风轮风电机组仿真的BEM数据映射系统，包括：

获取模块，用于获取前、后风轮叶型数据，获取入流风速；

计算模块，用于以所述入流风速及实时风轮转速为索引，以前、后风轮叶型数据基础查找预先生成的双风轮BEM风速-转矩映射表；

输出模块，用于输出前、后风轮原动机机械转矩。

如图4所示。串列式双风轮风电机组仿真的BEM数据映射系统包含两个输入，一个输出。输入1位仿真系统入流风速vwind。输入2位前、后风轮叶型数据。输出为前、后风轮原动机机械转矩Tmf，Tmb。串列式双风轮风电机组仿真的BEM数据映射系统即为图1映射方法流程的实际实现系统。

所述计算模块中预先生成的双风轮BEM风速-转矩映射表的生产方法包括：

基于前风轮叶型数据，采用BEM方法计算前风轮不同风速下的最优风能利用系数Cpf值；基于后风轮叶型数据，采用BEM方法计算前风轮不同风速下的最优风能利用系数Cpb值；

在每一个入流风速下，根据前风轮最优转速wf，以及前风轮最优风能利用系数Cpf值，计算得到前风轮输出机械功率Pmf，以及前风轮输出机械转矩Tmf；根据后风轮最优转速wb，以及后风轮最优风能利用系数Cpb值，计算得到后风轮输出机械功率Pmb，以及后风轮输出机械转矩Tmb；

合并每一个入流风速计算得到的前、后风轮输出机械转矩，生成双风轮BEM风速-转矩映射表。

所述计算模块，还用于如所述入流风速不在双风轮BEM风速-转矩映射表的横坐标中，则由双风轮BEM风速-转矩映射表中相邻最近的两个风速索引，根据线性插值算法，输出前、后风轮原动机机械转矩。

如图5所示，本发明第三个目的是提供一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述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所述串列式双风轮风电机组仿真的BEM数据映射方法的步骤。

所述串列式双风轮风电机组仿真的BEM数据映射方法包括以下步骤：

获取前、后风轮叶型数据，获取入流风速；

以所述入流风速及实时风轮转速为索引，以前、后风轮叶型数据基础查找预先生成的双风轮BEM风速-转矩映射表；

输出前、后风轮原动机机械转矩。

本发明第四个目的是提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述串列式双风轮风电机组仿真的BEM数据映射方法的步骤。

所述串列式双风轮风电机组仿真的BEM数据映射方法包括以下步骤：

获取前、后风轮叶型数据，获取入流风速；

以所述入流风速及实时风轮转速为索引，以前、后风轮叶型数据基础查找预先生成的双风轮BEM风速-转矩映射表；

输出前、后风轮原动机机械转矩。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种串列式双风轮风电机组仿真的BEM数据映射方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取前、后风轮叶型数据，获取入流风速；

以所述入流风速及实时风轮转速为索引，以前、后风轮叶型数据基础查找预先生成的双风轮BEM风速-转矩映射表；

输出前、后风轮原动机机械转矩。

2.根据权利要求1所述的一种串列式双风轮风电机组仿真的BEM数据映射方法，其特征在于，所述预先生成的双风轮BEM风速-转矩映射表的生产方法包括以下步骤：

基于前风轮叶型数据，采用BEM方法计算前风轮不同风速下的最优风能利用系数Cpf值；基于后风轮叶型数据，采用BEM方法计算后风轮不同风速下的最优风能利用系数Cpb值；

在每一个入流风速下，根据前风轮最优转速wf，以及前风轮最优风能利用系数Cpf值，计算得到前风轮输出机械功率Pmf，以及前风轮输出机械转矩Tmf；根据后风轮最优转速wb，以及后风轮最优风能利用系数Cpb值，计算得到后风轮输出机械功率Pmb，以及后风轮输出机械转矩Tmb；

合并每一个入流风速计算得到的前、后风轮输出机械转矩，生成双风轮BEM风速-转矩映射表。

3.根据权利要求2所述的一种串列式双风轮风电机组仿真的BEM数据映射方法，其特征在于，所述前风轮输出机械功率Pmf＝Pvind×前风轮最优风能利用系数Cpf；前风轮输出机械转矩Tmf＝Pmf/前风轮最优转速wf。

4.根据权利要求2所述的一种串列式双风轮风电机组仿真的BEM数据映射方法，其特征在于，所述后风轮输出机械功率Pmb＝Pvind×后风轮最优风能利用系数Cpb；后风轮输出机械转矩Tmb＝Pmb/后风轮最优转速wb。

5.根据权利要求1所述的一种串列式双风轮风电机组仿真的BEM数据映射方法，其特征在于，

如所述入流风速不在双风轮BEM风速-转矩映射表的横坐标中，则由双风轮BEM风速-转矩映射表中相邻最近的两个风速索引，根据线性插值算法，输出前、后风轮原动机机械转矩。

6.一种串列式双风轮风电机组仿真的BEM数据映射系统，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取前、后风轮叶型数据，获取入流风速；

计算模块，用于以所述入流风速及实时风轮转速为索引，以前、后风轮叶型数据基础查找预先生成的双风轮BEM风速-转矩映射表；

输出模块，用于输出前、后风轮原动机机械转矩。

7.根据权利要求6所述的一种串列式双风轮风电机组仿真的BEM数据映射系统，其特征在于，所述计算模块中预先生成的双风轮BEM风速-转矩映射表的生产方法包括：

基于前风轮叶型数据，采用BEM方法计算前风轮不同风速下的最优风能利用系数Cpf值；基于后风轮叶型数据，采用BEM方法计算后风轮不同风速下的最优风能利用系数Cpb值；

在每一个入流风速下，根据前风轮最优转速wf，以及前风轮最优风能利用系数Cpf值，计算得到前风轮输出机械功率Pmf，以及前风轮输出机械转矩Tmf；根据后风轮最优转速wb，以及后风轮最优风能利用系数Cpb值，计算得到后风轮输出机械功率Pmb，以及后风轮输出机械转矩Tmb；

合并每一个入流风速计算得到的前、后风轮输出机械转矩，生成双风轮BEM风速-转矩映射表。

8.根据权利要求6所述的一种串列式双风轮风电机组仿真的BEM数据映射方法，其特征在于，所述计算模块，还用于如所述入流风速不在双风轮BEM风速-转矩映射表的横坐标中，则由双风轮BEM风速-转矩映射表中相邻最近的两个风速索引，根据线性插值算法，输出前、后风轮原动机机械转矩。

9.一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述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权利要求1-5任一项所述串列式双风轮风电机组仿真的BEM数据映射方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-5任一项所述串列式双风轮风电机组仿真的BEM数据映射方法的步骤。

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