CN116576072A - 一种风电机组测风塔上风向仪横杆精确定位的方法 - Google Patents

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傅晓君
魏煜锋
刘坤
周洋森
余高阳
邓顺城
石宇峰
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Abstract

本发明公开了一种风电机组测风塔上风向仪横杆精确定位的方法，在测风塔上配置三个北斗天线A、B、C，北斗天线A设置在塔基中心点处，北斗天线B设置在主风向仪横杆外端点处，北斗天线C设置在参考风向仪横杆外端点处，北斗天线B、C的水平投影与塔基中心点连线方向与横杆方向一致；然后，根据三个北斗天线A、B、C的经纬度坐标计算出两个北斗天线B、C水平投影和北斗天线A之间的连线与正北方向之间的夹角。本发明具有测量时间快、精度高、操作方便等特点。

Description

一种风电机组测风塔上风向仪横杆精确定位的方法
技术领域
本发明涉及风电机组测风塔的技术领域，尤其是指一种风电机组测风塔上风向仪横杆精确定位的方法。
背景技术
测风塔是风电机组型式认证中载荷和功率特性测试的重要组成部分，为样机设立测风塔的目的是为了能够准确反映该样机范围内的风资源情况，为样机的型式测试和认证提供强有力的数据支持。据统计分析，测风数据10％的误差可能导致风电机组年产能30％左右的误差，而因为风资源数据不够准确，导致湍流、极大风速、风向等判断失误，甚至会从根本上影响机组的载荷计算与判定，为后续机组的认证事宜和安全运行埋下了极大的隐患。
目前，风电机组测风塔都安装在距机组2D～4D(D为风电机组风轮直径)范围内的测量扇区的主风向上，测风塔高度一般与机组轮毂中心高度一致(大多100米以上)。样机型式测试的测风塔通常采用拉线式测风塔，其受力较为合理，可靠性高，塔体截面小，塔架材料用量小，一般为三角形桁架结构，其形态较为稳定，塔架受风荷载作用较小，抗风能力强，最为经济。
在塔体不同高度处安装有风速计、风向标以及温湿度、气压等监测设备。其中主风向仪安装在主风速仪下3m处，位于参考风速仪的对面，参考风向仪位于主风向仪下3m处，与主风向仪同侧，两个风向仪的横杆安装方向应与主风向垂直，风向仪在紧固到横杆时，其N点应对准横杆的内测。测风塔安装朝向如图1所示，风向仪安装完成后，需要测量其横杆与正北方向的夹角。
目前，测量风向标横杆与正北方向夹角的方法是：观测人绕着测风塔风向仪横杆的方向走动，一般距离塔基中心200m左右，观测人用望远镜观察横杆是否与自己在同一直线上，若不在则继续绕塔观察，直到确定自身与横杆在同一直线时，记录下观测人此时的位置点，由于已知塔基中心点，两点连线即测量出风向仪横杆与正北方向的夹角，观测法示意图如图2所示。
人工观测法对测风塔上的横杆定位有诸多限制。例如，观测位置附近需要地形平坦，适于行走，无恶劣的地面环境等，此方法主观性较强，主要依赖于人眼观察方位，不同人员的观测点可能存在较大误差，导致计算结果不准确，误差线较大，最终影响风向区间的正确测量，对型式测试的结果和认证也不够严谨，后期存在一定的风险。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种合理可靠的风电机组测风塔上风向仪横杆精确定位的方法。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种风电机组测风塔上风向仪横杆精确定位的方法，首先，在测风塔上配置三个北斗天线A、B、C，北斗天线A设置在测风塔的塔基中心点处，北斗天线B设置在测风塔的主风向仪横杆外端点处，北斗天线C设置在测风塔的参考风向仪横杆外端点处，北斗天线B、C的水平投影与塔基中心点连线方向与横杆方向一致；然后，根据三个北斗天线A、B、C的经纬度坐标计算出两个北斗天线B、C水平投影和北斗天线A之间的连线与正北方向之间的夹角，具体如下：
在计算时，假设正北方向为0°；
设：北斗天线A的经、纬度坐标为：α1、β1；
北斗天线B的经、纬度坐标为：α2、β2；
北斗天线C的经、纬度坐标为：α3、β3；
在测风塔上，横杆外端点的水平投影点距塔基中心点的距离仅仅几米，完全能够将横杆外端点经纬度坐标水平投影后视为与塔基中心点在同一水平面上，因此，利用两点的经、纬度坐标值，能够计算出两点连线即横杆与正北方向的夹角，计算公式为：
式中，a为主风向仪横杆与正北方向的夹角，b为参考风向仪横杆与正北方向的夹角；
由于北斗定位测得的经、纬度是度、分、秒的形式出现，而计算需要的是度数，因此需要对测得的经、纬度进行转换，即需要将测得的α1、β1、α2、β2、α3、β3转换成度数后再代入上述公式(1)、(2)，即可计算出主风向仪横杆和参考风向仪横杆与正北方向的夹角，从而实现风向仪横杆的精确定位。
进一步，三个北斗天线A、B、C分别接收北斗卫星的定位信号，得到各自所处的经纬度坐标。
进一步，所述主风向仪横杆和参考风向仪横杆的长度为2～4m。
本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
1、本发明方法可以根据北斗天线的经纬度坐标计算出两个横杆(主风向仪横杆和参考风向仪横杆)与正北方向之间的夹角，该方法具有测量时间快、精度高、操作方便等特点。
2、本发明可以在风电机组安装测风塔施工过程中，在不停工的情况下，能够快速、准确检测出塔上安装风向仪横杆的真实方向，为技术人员测量风向和型式测试提供准确的数据依据，从而使风电机组测得的数据更准确，避免人为误差，使风电机组的型式测试认证更加严谨。
附图说明
图1为测风塔朝向的俯视图。
图2为观察法测量横杆与正北方向夹角的正视图。
图3为测风塔上安装北斗天线的示意图。
图4为测风塔的水平投影示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
如图3和图4所示，本实施例公开了一种风电机组测风塔上风向仪横杆精确定位的方法，测风塔3一般为三角形桁架结构，首先，在测风塔3上配置三个北斗天线A、B、C，北斗天线A设置在测风塔3的塔基中心点处，北斗天线B设置在测风塔3的主风向仪横杆1外端点处，北斗天线C设置在测风塔3的参考风向仪横杆2外端点处，北斗天线B、C的水平投影与塔基中心点连线方向与横杆方向一致，三个北斗天线A、B、C分别接收北斗卫星的定位信号，得到各自所处的经纬度坐标；然后，根据三个北斗天线A、B、C的经纬度坐标计算出两个北斗天线B、C水平投影和北斗天线A之间的连线与正北方向之间的夹角，具体如下：
在计算时，假设正北方向为0°；
设：北斗天线A的经、纬度坐标为：α1、β1；
北斗天线B的经、纬度坐标为：α2、β2；
北斗天线C的经、纬度坐标为：α3、β3；
在测风塔上，横杆外端点的水平投影点距塔基中心点的距离仅仅几米(一般为2～4m)，完全可以将横杆外端点经纬度坐标水平投影后视为与塔基中心点在同一水平面上，因此，利用两点的经、纬度坐标值，能够计算出两点连线(即横杆)与正北方向(0度)的夹角，计算公式为：
式中，a为主风向仪横杆与正北方向的夹角，b为参考风向仪横杆与正北方向的夹角；
由于北斗定位测得的经、纬度是度、分、秒的形式出现，而计算需要的是度数，因此需要对测得的经、纬度进行转换，即需要将测得的α1、β1、α2、β2、α3、β3转换成度数后再代入上述公式(1)、(2)，即可计算出主风向仪横杆和参考风向仪横杆与正北方向的夹角，从而实现风向仪横杆的精确定位。
例如：北斗天线A的经、纬度坐标α1、β1为：87°57'2.81882"E、43°27'58.91048"N，转化成度数格式为87.9507830056°E、43.4663640222°N；
北斗天线B的经、纬度坐标为：α2、β2为：87°57'2.86564"E、43°27'58.99685"N，转化成度数格式为87.9507960111°E、43.4663880139°N；
北斗天线C的经、纬度坐标为：α3、β3为：87°57'2.85941"E、43°27'58.97863"N，转化成度数格式为87.9507942806°E、43.4663829528°N；
根据上述公式可计算出，主风向仪横杆与正北方向的夹角为：
参考风向仪横杆与正北方向的夹角为：
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种风电机组测风塔上风向仪横杆精确定位的方法，其特征在于，首先，在测风塔上配置三个北斗天线A、B、C，北斗天线A设置在测风塔的塔基中心点处，北斗天线B设置在测风塔的主风向仪横杆外端点处，北斗天线C设置在测风塔的参考风向仪横杆外端点处，北斗天线B、C的水平投影与塔基中心点连线方向与横杆方向一致；然后，根据三个北斗天线A、B、C的经纬度坐标计算出两个北斗天线B、C水平投影和北斗天线A之间的连线与正北方向之间的夹角，具体如下：
在计算时，假设正北方向为0°；
设：北斗天线A的经、纬度坐标为：α1、β1；
北斗天线B的经、纬度坐标为：α2、β2；
北斗天线C的经、纬度坐标为：α3、β3；
在测风塔上，横杆外端点的水平投影点距塔基中心点的距离仅仅几米，完全能够将横杆外端点经纬度坐标水平投影后视为与塔基中心点在同一水平面上，因此，利用两点的经、纬度坐标值，能够计算出两点连线即横杆与正北方向的夹角，计算公式为：
式中，a为主风向仪横杆与正北方向的夹角，b为参考风向仪横杆与正北方向的夹角；
由于北斗定位测得的经、纬度是度、分、秒的形式出现，而计算需要的是度数，因此需要对测得的经、纬度进行转换，即需要将测得的α1、β1、α2、β2、α3、β3转换成度数后再代入上述公式(1)、(2)，即可计算出主风向仪横杆和参考风向仪横杆与正北方向的夹角，从而实现风向仪横杆的精确定位。
2.根据权利要求1所述的一种风电机组测风塔上风向仪横杆精确定位的方法，其特征在于：三个北斗天线A、B、C分别接收北斗卫星的定位信号，得到各自所处的经纬度坐标。
3.根据权利要求1所述的一种风电机组测风塔上风向仪横杆精确定位的方法，其特征在于：所述主风向仪横杆和参考风向仪横杆的长度为2～4m。
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