CN118112284A - 一种风力发电设备风速检测校准方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种风力发电设备风速检测校准方法及系统，涉及风力发电技术领域，包括：数据采集模块，所述数据采集模块用于采集风力发电设备的运行信息和环境信息；维护监控模块，所述维护监控模块用于实时对环境风速进行监控，辅助维持风力发电设备的稳定运行；反馈控制模块，所述反馈控制模块用于根据所述数据校准单元校准后的风速信息来调整所述风力发电设备的叶片角度和转速；通过设置有维护监控模块，不仅可以实时监控环境风速来判断运行是否存在异常需要进行参数调节，而且可以根据环境和设备进行微调，增加获取信息的准确性；通过设置有反馈控制模块，可以根据校准后的风速来改变风力发电设备的参数。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，更具体地说，涉及一种风力发电设备风速检测校准方法及系统。
背景技术
风力发电设备是利用风能转换为电能的重要设施，其效率和稳定性在很大程度上取决于对风速的准确检测和控制，风速检测校准系统作为风力发电机组中的关键组成部分，用于维持风电设备风速的稳定；
申请号为2018104543359的发明专利提出了一种气象用现场启动风速校准系统及校准方法，本发明所述的气象用现场启动风速校准系统形成一个封闭的风洞系统，内部形成循环风，不受外界风影响，通过标准的风杯风速计校准后，然后对比校准待测风杯风速计，可以方便地检测对照风杯风速计是否合格，由于结构简单、体积小、携带方便，可以由检测人员带着设备去自动气象站进行监测风杯风速计；
但是在检测过程中，现场校准可能受到温度变化大、跨度高等挑战的影响，这些环境因素可能影响校准的准确性和设备的稳定性；不同的风电机组的机械额定功率可能会存在误差，可能导致功率曲线不达标，影响风电机组的性能和发电效率。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种风力发电设备风速检测校准方法及系统。
为了实现上述目的，一方面，本发明采用了如下技术方案：
一种风力发电设备风速检测校准系统，包括：
数据采集模块，所述数据采集模块用于采集风力发电设备的运行信息和环境信息；
维护监控模块，所述维护监控模块用于实时对环境风速进行监控，辅助维持风力发电设备的稳定运行，具体为：
所述维护监控模块包括数据校准单元，所述数据校准单元用于对所述数据采集模块获取的风速信息进行校准调整，用于提高风速信息的准确性；
获取得到所述数据采集模块采集到的当前时间点环境风速，并标记为F；
根据公式计算得到校准后的风速Q，其中K为校准系数，用于调整风速的幅度，B为偏移量，用于调整风速的基线；
事先设定一个风速的阈值，并判断风速Q是否大于阈值，如果是，则判断风力发电设备需要进行参数调节，如果否，则判断风力发电设备运行正常；
反馈控制模块，所述反馈控制模块用于根据所述数据校准单元校准后的风速信息来调整所述风力发电设备的叶片角度和转速，来优化发电效率。
优选的，所述校准系数K和偏移量B的具体取值方式如下：
获取得到当前时间段前三年同月份的风速数据，并计算获取得到风速的同期参考值，标记为E；
计算得到当前时间点环境风速F和风速的同期参考值E的偏差值，并标记为D；
根据；获取得到每一个观测数据点偏差值/>平方和的函数，其中，/>是每一个观测数据点的参考值，/>是每一个观测数据点的实际风速，/>是每一个观测数据点的偏差值；
对S进行偏导，并将导数设置为0，然后获取得到方程组：
和
求解获取得到K和B。
需要说明的是，校准系数K和偏移量B用于辅助计算得到校准后的风速Q；
优选的，所述维护监控模块还包括环境校准单元，所述环境校准单元还用于对所述数据校准单元调整后的数据进行进一步的调整，具体为：
获取得到所述风力发电设备的环境温度值，并标记为T；
获取得到所述风力发电设备的环境湿度值，并标记为H；
获取得到所述风力发电设备的环境气压值，并标记为P；
根据公式，计算获取得到所述风速的环境影响值Y，其中/>为误差值，其中/>、/>和/>为预设的比例系数；
将校准后的风速Q加上环境影响值Y获取得到进一步校准后的风速，并标记为。
优选的，所述误差值ϵ的获取方式如下，具体为：
获取得到所述数据采集模块当前时间段前的总工作时间值，并标记为；
获取得到所述数据采集模块当前时间段前的总维护值，并标记为；
根据公式，获取得到所述误差值/> ，其中/>和/>为预设的比例系数。
优选的，所述反馈控制模块的具体工作方式如下，具体为：
获取得到进一步校准后的风速和事先设定风速的阈值进行差值计算，获取得到风速的偏差值，并标记为Z；
根据公式，计算获取得到需要调整的叶片角度/>，其中γ为叶片调整系数，M为叶片的额度角度；
将计算后的叶片角度传输至风力发电设备进行参数调节。
优选的，所述叶片调整系数γ的获取方式如下，具体为：
获取得到所述叶片的气动性能值，并标记为；
获取得到所述风力发电设备机组的机械结构值，并标记为；
根据公式，计算得到所述叶片的调整系数γ，其中/>和/>为预设的比例系数。
优选的，所述反馈控制模块对转速的调节方式如下：
根据公式，计算获取得到需要调整的转速/> ，其中μ为转速调整系数，N为额定转速；
将计算后的转速传输至风力发电设备进行参数调节。
优选的，所述转速调整系数μ的获取方式如下，具体为：
获取得到所述风力发电设备机组的额定功率，并标记为；
获取得到叶片的扫风面积，并标记为；
获取得到环境的空气密度，并标记为；
获取得到叶片的迎风面积，并标记为；
根据公式计算获取得到所述转速调整系数μ。
优选的，所述反馈控制模块还包括维护单元，事先设定一个偏移量B的阈值，所述维护单元用于对偏移量B大于阈值的所述风力发电设备的数据采集模块进行维护。
另一方面，本发明还提出了一种风力发电设备风速检测校准方法，包括：
步骤一：采集风力发电设备的运行信息和环境信息，环境信息包括风力发电设备所处环境的风速信息；
步骤二：实时对环境风速进行监控，辅助维持风力发电设备的稳定运行；
步骤三：根据风速信息调整所述风力发电设备的叶片角度和转速，来优化发电效率；
其中对环境风速进行监控的具体步骤为：获取得到当前时间点环境风速，并标记为F；
根据公式计算得到校准后的风速Q，其中K为校准系数，用于调整风速的幅度，B为偏移量，用于调整风速的基线；
事先设定一个风速的阈值，并判断风速Q是否大于阈值，如果是，则判断风力发电设备需要进行参数调节，如果否，则判断风力发电设备运行正常。
有益效果：通过设置有维护监控模块，不仅可以实时监控环境风速来判断运行是否存在异常需要进行参数调节，而且可以根据环境和设备进行微调，增加获取信息的准确性；
通过设置有反馈控制模块，可以根据校准后的风速来改变风力发电设备的参数，并且根据每个发电设备的叶片尺寸适应改变参数的调整值，减少了误差的产生。
附图说明
图1为本发明的方法流程图。
图2为本发明的系统框图。
具体实施方式
风力发电设备是利用风能转换为电能的设施，它通过风力发电机组来实现能量的转换，风力发电机组主要由叶片组成的风轮、发电机、塔架和调节风轮和发电机参数的控制设备组成；
风力发电设备的发电功率跟环境的风速息息相关，在环境风速不足时，需要改变风轮和发电机的参数来维持发电功率，但是风速是实时变化的，测量获取的数据也会存在偏差，如果不能实时根据风速调节参数，也会影响发电功率的稳定，本实施例可以解决上述问题，具体方式如下：
参照图2：一种风力发电设备风速检测校准系统，包括：
数据采集模块，所述数据采集模块用于采集风力发电设备的运行信息和环境信息；需要说明的是，所述运行信息包括风力发电机组的运行参数信息，如电流信息和电压信息，所述环境信息包括风速、温度、湿度和气压，还需要说明的是，信息通过各类传感器获取得到，还需要说明的是，风速包括历史风速和当前时间点风速；
维护监控模块，所述维护监控模块用于实时对环境风速进行监控，辅助维持风力发电设备的稳定运行，具体为：
所述维护监控模块包括数据校准单元，所述数据校准单元用于对所述数据采集模块获取的风速信息进行校准调整，用于提高风速信息的准确性；需要说明的是，风力发电设备叶片的风速改变时，对应的发电效率也会改变，所以需要稳定叶片的转速；
获取得到所述数据采集模块采集到的当前时间点环境风速，并标记为F；
根据公式计算得到校准后的风速Q，其中K为校准系数，用于调整风速的幅度，B为偏移量，用于调整风速的基线；
事先设定一个风速的阈值，并判断风速Q是否大于阈值，如果是，则判断风力发电设备需要进行参数调节，如果否，则判断风力发电设备运行正常；
反馈控制模块，所述反馈控制模块用于根据所述数据校准单元校准后的风速信息来调整所述风力发电设备的叶片角度和转速，来优化发电效率。
需要说明的是，测量获取得到的环境风速会因为硬件的问题存在一些误差，例如传感器老化，数据传输误差等，通过数据校准单元可以对获取的风速信息进行校准，减少测量风速和实际风速的误差，进而增加后续参数调节精确度；
作为可选的实施例，所述校准系数K和偏移量B的具体取值方式如下：
获取得到当前时间段前三年同月份的风速数据，并计算获取得到风速的同期参考值，标记为E；需要说明的是，同期参考值的具体取值为当前时间段前三年同月份的风速数据的平均值；
计算得到当前时间点环境风速F和风速的同期参考值E的偏差值，并标记为D；
根据；获取得到每一个观测数据点偏差值/>平方和的函数，其中，/>是每一个观测数据点的参考值，/>是每一个观测数据点的实际风速，/>是每一个观测数据点的偏差值；
对S进行偏导，即对S关于K和B进行偏导，并将导数设置为0，然后获取得到：
和
求解获取得到K和B。
需要说明的是，由于 ，将/>代入上述公式来进行求解；
需要说明的是，具体求偏导过程如下：
对K求偏导：
对S关于K的偏导数涉及对每个偏差值的平方求和中K的系数求导，由于/>是K的线性函数，求导后会得到一个与K直接成比例的表达式，具体为：
展开平方项并求导，得到：
将表达式设为零，求解K的值；
对B求偏导，具体操作如下：
展开平方项并求导，得到：
将表达式设为零，求解B的值；
需要说明的是，校准系数K和偏移量B用于辅助计算得到校准后的风速Q；
作为可选的实施例，所述维护监控模块还包括环境校准单元，所述环境校准单元还用于对所述数据校准单元调整后的数据进行进一步的调整，具体为：
获取得到所述风力发电设备的环境温度值，并标记为T；需要说明的是，环境温度值为1至10的任意整数，由工作人员根据温度值评估获得；
获取得到所述风力发电设备的环境湿度值，并标记为H；需要说明的是，环境湿度值为1至10的任意整数，由工作人员根据湿度值评估获得；
获取得到所述风力发电设备的环境气压值，并标记为P；需要说明的是，环境气压值为1至10的任意整数，由工作人员根据气压值评估获得；
根据公式，计算获取得到所述风速的环境影响值Y，其中/>为误差值，其中/>、/>和/>为预设的比例系数，在本实施例中，、/>和/>的取值可以为0.287、0.521和0.192；
将校准后的风速Q加上环境影响值Y获取得到进一步校准后的风速，并标记为。
需要说明的是，测量获取的环境风速除了会收到硬件的误差，在遇到环境变化时也会影响对风速的监测，继而导致信息误差的产生，例如环境的温度、湿度和气压，不仅会减少传感器的精度，也会对风速的测量产生影响，通过在校准后的风速进一步加上环境的影响进行校准，可以进一步地获得贴近真实的测量数据，有利于后续参数的调节；
作为可选的实施例，所述误差值的获取方式如下，具体为：
获取得到所述数据采集模块当前时间段前的总工作时间值，并标记为；
获取得到所述数据采集模块当前时间段前的总维护值，并标记为；需要说明的是，总维护值/>为1至10的任意整数，由工作人员根据风力发电机组的维护次数和维护时间评估获得；
根据公式，获取得到所述误差值/>，其中/>和/>为预设的比例系数，在本实施例中，/>和/>的取值可以为0.386和0.614。
作为可选的实施例，所述反馈控制模块的具体工作方式如下，具体为：
获取得到进一步校准后的风速和事先设定风速的阈值进行差值计算，获取得到风速的偏差值，并标记为Z；
根据公式，计算获取得到需要调整的叶片角度/>，其中γ为叶片调整系数，M为叶片的额度角度；
将计算后的叶片角度传输至风力发电设备进行参数调节。
需要说明的是，在获取得到实时的风速后，还要根据风速来进行参数调节，使得发电效率保持稳定；
作为可选的实施例，所述叶片调整系数γ的获取方式如下，具体为：
获取得到所述叶片的气动性能值，并标记为；需要说明的是，在本实施例中，气动性能值为1至10的任意整数，通过工作人员对叶片的气动设计、发电机的额定转速进行评估获得；
获取得到所述风力发电设备机组的机械结构值，并标记为；需要说明的是，在本实施例中，机械结构值为1至10的任意整数，通过工作人员对风力发电机组的转动惯量、发电机和传动系统的机械特性进行评估获得；
根据公式，计算得到所述叶片的调整系数γ，其中和/>为预设的比例系数，在本实施例中，/>和/>可以为0.479和0.521；
需要说明的是，由于每个风力发电设备的发电机组条件不同，在机械机构尺寸存在偏差的情况下，要根据每个风力发电设备来单独获取调节参数，才能减少硬件带来的误差，所以对叶片角度的调节需要根据叶片的气动性能值等数据进行实时调节。
作为可选的实施例，所述反馈控制模块对转速的调节方式如下：
根据公式，计算获取得到需要调整的转速/>，其中μ为转速调整系数，N为额定转速；
将计算后的转速传输至风力发电设备进行参数调节。
作为可选的实施例，所述转速调整系数μ的获取方式如下，具体为：
获取得到所述风力发电设备机组的额定功率，并标记为；
获取得到叶片的扫风面积，并标记为；
获取得到环境的空气密度，并标记为；
获取得到叶片的迎风面积，并标记为；
根据公式计算获取得到所述转速调整系数μ，其中N为上述的额定转速，需要说明的是，风力发电设备机组通过多个叶片组成的风轮捕获风能，并将其转换为机械能，进而驱动发电机产生电能，风轮的扫风，面积/>与叶片的半径和数量相关，风力发电设备机组捕获到的风能可以通过
获得，其中F为当前的环境风速；
风能转换为机械功率的效率由功率系数获得，功率系数取决于风力发电设备机组的物理性能和风速，在额定风速下，风力发电设备机组的功率系数接近最大值；公式中的转速调整系数μ可以看作是在额定条件下，额度功率与叶片的扫风面积/>、环境的空气密度/>和叶片的迎风面积/>的比例关系；
假设在额度功率下，风力发电设备机组的功率系数接近最大值，并且由于风力发电设备机组风能转换为机械能的效率是已知的，因此转速调整系数μ可以近似为额度功率/>除以风力发电设备机组在额度转速下的动能，即/>。
作为可选的实施例，所述反馈控制模块还包括维护单元，事先设定一个偏移量B的阈值，所述维护单元用于对偏移量B大于阈值的所述风力发电设备的数据采集模块进行维护。
需要说明的是，跟上述的叶片角度调节一样，风力发电机组的转速调节也需要根据硬件条件和环境进行实时调节，保证发电功率的稳定；
参照图1：一种风力发电设备风速检测校准方法，包括：
步骤一：采集风力发电设备的运行信息和环境信息，环境信息包括风力发电设备所处环境的风速信息；
步骤二：实时对环境风速进行监控，辅助维持风力发电设备的稳定运行；
步骤三：根据风速信息调整所述风力发电设备的叶片角度和转速，来优化发电效率；
其中对环境风速进行监控的具体步骤为：获取得到当前时间点环境风速，并标记为F；
根据公式计算得到校准后的风速Q，其中K为校准系数，用于调整风速的幅度，B为偏移量，用于调整风速的基线；
事先设定一个风速的阈值，并判断风速Q是否大于阈值，如果是，则判断风力发电设备需要进行参数调节，如果否，则判断风力发电设备运行正常。
工作原理：通过设置有维护监控模块，不仅可以实时监控环境风速来判断运行是否存在异常需要进行参数调节，而且可以根据环境和设备进行微调，增加获取信息的准确性；
通过设置有反馈控制模块，可以根据校准后的风速来改变风力发电设备的参数，并且根据每个发电设备的叶片尺寸适应改变参数的调整值，减少了误差的产生。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术员工来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本模板的保护范围。
Claims (10)
1.一种风力发电设备风速检测校准系统，其特征在于，包括：
数据采集模块，所述数据采集模块用于采集风力发电设备的运行信息和环境信息，所述环境信息包括风力发电设备所处环境的风速信息；
维护监控模块，所述维护监控模块用于实时对环境风速进行监控，辅助维持风力发电设备的稳定运行，具体为：
所述维护监控模块包括数据校准单元，所述数据校准单元用于对所述数据采集模块获取的风速信息进行校准调整；
获取得到所述数据采集模块采集到的当前时间点环境风速，并标记为F；
根据公式计算得到校准后的风速Q，其中K为校准系数，用于调整风速的幅度，B为偏移量，用于调整风速的基线；
事先设定一个风速的阈值，并判断风速Q是否大于阈值，如果是，则判断风力发电设备需要进行参数调节，如果否，则判断风力发电设备运行正常；
反馈控制模块，所述反馈控制模块用于根据所述数据校准单元校准后的风速信息来调整所述风力发电设备的叶片角度和转速。
2.根据权利要求1所述的一种风力发电设备风速检测校准系统，其特征在于，所述校准系数K和偏移量B的具体取值方式如下：
获取得到当前时间段前三年同月份的风速数据，并计算获取得到风速的同期参考值，标记为E；
计算得到当前时间点环境风速F和风速的同期参考值E的偏差值，并标记为D；
根据；获取得到每一个观测数据点偏差值平方和的函数，其中，/>是每一个观测数据点的参考值，/>是每一个观测数据点的实际风速，/>是每一个观测数据点的偏差值；
对S进行偏导，并将导数设置为0，然后获取得到方程组：
和/>，
求解获取得到和/>。
3.根据权利要求1所述的一种风力发电设备风速检测校准系统，其特征在于，所述维护监控模块还包括环境校准单元，所述环境校准单元还用于对所述数据校准单元调整后的数据进行进一步的调整，具体为：
获取得到所述风力发电设备的环境温度值，并标记为T；
获取得到所述风力发电设备的环境湿度值，并标记为H；
获取得到所述风力发电设备的环境气压值，并标记为P；
根据公式，计算获取得到所述风速的环境影响值/>，其中/>为误差值，其中/>、/>和/>为预设的比例系数；
将校准后的风速Q加上环境影响值获取得到进一步校准后的风速，并标记为/>。
4.根据权利要求1所述的一种风力发电设备风速检测校准系统，其特征在于，所述误差值的获取方式如下，具体为：
获取得到所述数据采集模块当前时间段前的总工作时间值，并标记为U；
获取得到所述数据采集模块当前时间段前的总维护值，并标记为；
根据公式，获取得到所述误差值/>，其中/>和/>为预设的比例系数。
5.根据权利要求1所述的一种风力发电设备风速检测校准系统，其特征在于，所述反馈控制模块的具体工作方式如下，具体为：
获取得到进一步校准后的风速和事先设定风速的阈值进行差值计算，获取得到风速的偏差值，并标记为Z；
根据公式，计算获取得到需要调整的叶片角度/>，其中/>叶片调整系数，/>为叶片的额度角度；
将计算后的叶片角度传输至风力发电设备进行参数调节。
6.根据权利要求5所述的一种风力发电设备风速检测校准系统，其特征在于，所述叶片调整系数的获取方式如下，具体为：
获取得到所述叶片的气动性能值，并标记为；
获取得到所述风力发电设备机组的机械结构值，并标记为；
根据公式，计算得到所述叶片的调整系数/>，其中/>和为预设的比例系数。
7.根据权利要求5所述的一种风力发电设备风速检测校准系统，其特征在于，所述反馈控制模块对转速的调节方式如下：
根据公式，计算获取得到需要调整的转速/>，其中/>为转速调整系数，/>为额定转速；
将计算后的转速传输至风力发电设备进行参数调节。
8.根据权利要求7所述的一种风力发电设备风速检测校准系统，其特征在于，所述转速调整系数的获取方式如下，具体为：
获取得到所述风力发电设备机组的额定功率，并标记为；
获取得到叶片的扫风面积，并标记为；
获取得到环境的空气密度，并标记为；
获取得到叶片的迎风面积，并标记为；
根据公式计算获取得到所述转速调整系数/>。
9.根据权利要求1所述的一种风力发电设备风速检测校准系统，其特征在于，所述反馈控制模块还包括维护单元，事先设定一个偏移量B的阈值，所述维护单元用于对偏移量B大于阈值的所述风力发电设备的数据采集模块进行维护。
10.一种风力发电设备风速检测校准方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：采集风力发电设备的运行信息和环境信息，环境信息包括风力发电设备所处环境的风速信息；
步骤二：实时对环境风速进行监控，辅助维持风力发电设备的稳定运行；
步骤三：根据风速信息调整所述风力发电设备的叶片角度和转速，来优化发电效率；
其中对环境风速进行监控的具体步骤为：获取得到当前时间点环境风速，并标记为F；
根据公式计算得到校准后的风速Q，其中K为校准系数，用于调整风速的幅度，B为偏移量，用于调整风速的基线；
事先设定一个风速的阈值，并判断风速Q是否大于阈值，如果是，则判断风力发电设备需要进行参数调节，如果否，则判断风力发电设备运行正常。
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