CN114219299B - 考虑区间不确定性的多风轮风电机组传动效率评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种考虑区间不确定性的多风轮风电机组传动效率评估方法，通过对不同转速下多风轮机组中各单个风轮传动链的输出功率离散点测试数据进行曲线拟合，得出某时间段输入功率之和区间；再采用k阶多维Chebyshev函数对风电机组各风轮输出的功率之和区间拟合：根据计算结果评估不同输入功率下多风轮机组的传动效率；解决现有风电机组传动效率计算方法不适合多风轮风电机组传动效率计算，且没有充分考虑风电机组发电过程中风速波动等不确定因素，影响多风轮风电机组传动效率评估效果的问题。
Description
技术领域
本发明涉及风电机组传动效率评估技术领域，具体公开了一种考虑区间不确定性的多风轮风电机组传动效率评估方法。
背景技术
目前风力发电机组传动链包括主轴、主轴承、轴承安装座、主机架、齿轮箱和高速联轴器六大部件，高速联轴器设置在主轴与齿轮箱之间，主轴承套设在主轴上，并且主轴承位于轴承安装座内部，主轴、主轴承、轴承安装座、齿轮箱和高速联轴器均设置在主机架上。
风力发电机组传动链在将机械能从叶片传递到发电机的过程中，因部件内部或相互间的摩擦、发热、电耗等因素带来不可避免的效率损失，随着风电机组单机发电功率的不断增大，以及度电成本要求不断降低的大环境下，降低该效率损失成为每个风力发电机组制造厂家必须面对并解决的技术难题。
在风电机组中，由风轮驱动传动链，进而带动发电机转子转动发电。风电机组传动效率直接影响整机发电量。在风电机组发电过程中，增速箱、发电机在运行过程中会产生大量的热量，影响机组传动效率，同时风电机组在运行过程中风速具有一定的波动性，从而导致风电机组传动效率具有一定的不确定性，所以需要在计风电机组传递效率时考虑此类不确定性特征。在现有的风电机组传动效率计算方法中，常以单风轮机组为对象进行传动效率计算，鲜有多风轮风电机组传动效率计算方法。目前风电机组发展方向除了海上以及大功率以外，多风轮风电机组已成为未来风电机组的发展方向之一，因此对于多风轮风电机组效率评估具有重要意义。
发明内容
有鉴于此，本发明为了解决上述现有风电机组传动效率计算方法不适合多风轮风电机组传动效率计算，且没有充分考虑风电机组发电过程中风速波动等不确定因素，影响多风轮风电机组传动效率评估效果的问题，提供一种考虑区间不确定性的多风轮风电机组传动效率评估方法，对于国内外目前还未有对多风轮风电机组传动效率计算方法提供一种方案。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种考虑区间不确定性的多风轮风电机组传动效率评估方法，包括以下步骤：
S1、测试得出在不同转速下多风轮机组中各单个风轮传动链的输出功率；
S2、对步骤S1中测试得出的各单个风轮传动链的输出功率离散点数据进行曲线拟合，然后运用多维插值法对各离散点区间数据估值；
S3、根据步骤S1、步骤S2，选取风电机组某状态下(即此时各风轮的转速以及输入功率)来计算风电机组所有各风轮某时间段的输入功率之和Pin，由于在测试时为一时间段，输入功率和转速会产生一定变化，因此在这个时间段设定各风轮转速波动范围以及输入功率波动范围为/>i＝1，2，...，n为各风轮型号，得出某时间段输入功率之和区间[Pin]公式为：
式中，[Pi]为风电机组风轮此时间段的额定输入功率范围值ai(i＝1，2，...，n)＝0，1；当t号风轮正常运转时at＝1，当t号风轮停机时at＝0，t∈[1，n]；
S4、根据步骤S3中的[Pin]不确定区间并根据步骤S1以及步骤S2得出的相应的输出功率，利用k阶多维Chebyshev函数对此时风电机组各风轮输出的功率之和区间[Pout]进行拟合：
式中，表示为Chebyshev系数，为一阶张量，l为等于多维Chebyshev级数的下标中包含0的个数，j表示为维数(自变量数)。
S5、由步骤S3、步骤S4得出传动效率评估区间[μ]为：
式中， P out分别为输出功率区间[Pout]的最大、最小值，/> P in分别为输入功率区间[Pin]的最大、最小值。
进一步，步骤S1中多风轮机组选取6个以上风轮进行测试对应单个风轮传动链在不同转速的输出功率。
进一步，步骤S1中每个单风轮选取4个以上不同转速进行测试对应单个风轮传动链的输出功率。
进一步，步骤S2中多维插值法为三次样条插值法。
本发明所公开的考虑区间不确定性的多风轮风电机组传动效率评估方法，对不同转速下多风轮机组中各单个风轮传动链的输出功率离散点测试数据进行曲线拟合，得出某时间段输入功率之和区间；再采用k阶多维Chebyshev函数对风电机组各风轮输出的功率之和区间拟合：根据计算结果评估不同输入功率下多风轮机组的传动效率。通过与实际计算值比对，验证其计算方法的可靠性，解决现有风电机组传动效率计算方法不适合多风轮风电机组传动效率计算，且没有充分考虑风电机组发电过程中风速波动等不确定因素，影响多风轮风电机组传动效率评估效果的问题，对于国内外目前还未有对多风轮风电机组传动效率计算方法提供一种方案。
附图说明
图1为本发明考虑区间不确定性的多风轮风电机组传动效率评估方法的流程图；
图2为本发明实施例中不同状态下风电机组传动效率计算评估结果图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
因为在多风轮发电机机组中，各个风轮的运行状态会随着不同风速以及长时间的运行，存在着系统控制某个风轮是否运行或者某个风轮损坏问题；在测试机组中某个风轮运行时的传动效率，测试值往往取为在一段时间的平均值，然而风机运行时风速和风轮的输入功率是会实时变化的，那么对于传动效率也是会变化的，所以对于传动效率的评估需要考虑这两种不确定性。
如图1所示一种考虑区间不确定性的多风轮风电机组传动效率评估方法，包括以下步骤：
S1、测试得出在不同转速下多风轮机组中各单个风轮传动链的输出功率；如下表：
S2、对步骤S1中测试得出的各单个风轮传动链的输出功率离散点数据进行曲线拟合，然后运用多维插值法(如三次样条插值法)对各离散点区间数据估值；
S3、根据步骤S1、步骤S2，选取风电机组某状态下(即此时各风轮的转速以及输入功率)来计算风电机组所有各风轮某时间段的输入功率之和Pin，由于在测试时为一时间段，输入功率和转速会产生一定变化，因此在这个时间段设定各风轮转速波动范围以及输入功率波动范围为/>i＝1，2，...，n为各风轮型号，得出某时间段输入功率之和区间[Pin]公式为：
式中，[Pi]为风电机组风轮此时间段的额定输入功率范围值ai(i＝1，2，...，n)＝0，1；当t号风轮正常运转时at＝1，当t号风轮停机时at＝0，t∈[1，n]；
S4、根据步骤S3中的[Pin]不确定区间并根据步骤S1以及步骤S2得出的相应的输出功率，利用k阶多维Chebyshev函数对此时风电机组各风轮输出的功率之和区间[Pout]进行拟合：
式中，表示为Chebyshev系数，为一阶张量，l为等于多维Chebyshev级数的下标中包含0的个数，j表示为维数(自变量数)。
S5、由步骤S3、步骤S4得出传动效率评估区间[μ]为：
式中， P out分别为输出功率区间[Pout]的最大、最小值，/> P in分别为输入功率区间[Pin]的最大、最小值。
实施例
分别选取风轮1、风轮2和风轮3在不同的转速下测试其传动链的输出功率；分别选择最大输出功率、采用k阶多维Chebyshev函数拟合计算后的输出功率、最小输出功率计算对应输入功率下的传动效率，如图2所示，结果发现采用上述评估方法评估后的传动效率介于采用最大输出功率、最小输出功率计算后的传动效率，说明采用上述评估方法预测后的传动效率符合实际情况，具有很高的参考价值。
Claims (4)
1.一种考虑区间不确定性的多风轮风电机组传动效率评估方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、测试得出在不同转速下多风轮机组中各单个风轮传动链的输出功率；
S2、对步骤S1中测试得出的各单个风轮传动链的输出功率离散点数据进行曲线拟合，然后运用多维插值法对各离散点区间数据估值；
S3、根据步骤S1、步骤S2，选取风电机组对应状态下各风轮的转速以及输入功率来计算风电机组所有各风轮指定时间段内的输入功率之和Pin，在该指定时间段设定各风轮转速波动范围以及输入功率波动范围为/>i＝1,2,…,n为各风轮型号，得出该指定时间段输入功率之和区间[Pin]公式为：
式中，[Pi]为风电机组风轮该指定时间段的额定输入功率范围值ai中i＝1,2,…,n；当i号风轮正常运转时ai＝1，当i号风轮停机时ai＝0，i∈[1,n]；
S4、根据步骤S3中的[Pin]，并根据步骤S1以及步骤S2得出的相应的输出功率，利用k阶多维Chebyshev函数对此时风电机组各风轮输出的功率之和区间[Pout]进行拟合：
式中，表示为Chebyshev系数，为一阶张量，l为等于多维Chebyshev级数的下标中包含0的个数，j表示为维数；
S5、由步骤S3、步骤S4得出传动效率评估区间[μ]为：
式中， P out分别为输出功率区间[Pout]的最大、最小值，/> P in分别为输入功率区间[Pin]的最大、最小值。
2.根据权利要求1所述的多风轮风电机组传动效率评估方法，其特征在于：步骤S1中多风轮机组选取6个以上风轮进行测试对应单个风轮传动链在不同转速的输出功率。
3.根据权利要求2所述的多风轮风电机组传动效率评估方法，其特征在于：步骤S1中每个单风轮选取4个以上不同转速进行测试对应单个风轮传动链的输出功率。
4.根据权利要求1所述的多风轮风电机组传动效率评估方法，其特征在于：步骤S2中多维插值法为三次样条插值法。
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