CN214273866U - 基于海拔高度的风力发电机组功率特性检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于海拔高度的风力发电机组功率特性检测装置，包括传感器层、控制器层及监控层；所述控制器层包括PLC控制器，PLC控制器用于设置风力发电机组的海拔高度数据，并对采集的风速风向数据、温湿度数据、电压、电流数据进行处理；监控层用于根据通过PLC控制器设置的海拔高度数据，结合采集的温湿度数据，直接计算机组轮毂中心位置处的空气密度，并生成机组的标准功率曲线。本实用新型在不需要安装空气密度传感器的情况下，通过在检测仪上位机软件设置参数海拔高度，结合温度和湿度数据直接计算机组轮毂中心位置处的空气密度，最终生成机组的功率曲线，用于评估机组的真实发电效率，进而直观评估整个风力发电机组的运行性能。

Description

基于海拔高度的风力发电机组功率特性检测装置

技术领域

本实用新型属于风力发电技术领域，尤其涉及一种基于海拔高度的风力发电机组功率特性检测装置。

背景技术

功率特性是评价风力发电机组性能的一个重要指标，可以衡量机组的整体经济技术水平，随着我国风力发电的迅猛发展和机组装机量的快速增长，功率特性测试越来越被重视。

目前，风电场常采用树立测风塔或移动测风仪对机组功率特性曲线进行评估和校验。在实际应用中，配置测风塔或移动测风仪对场地要求较高，测试周期较长、成本较高，而且测风塔或移动测风仪很难覆盖全部机组，在风向多变的环境中适应性较差。由于各机组生产厂商设计的软件，在数据采集和数据处理上不尽相同，生成的机组功率曲线无法客观、公允地评估机组的实际发电效率。虽然，国际电工委员会也颁布了相应的标准，即IEC61400-12-1，它能提供统一的方法，保证测试结果的一致性和准确性。但是由于实际环境及机组运行条件的差异，导致各机型实际发电量和发电效率参差不齐，而如今又没有一套独立的方法来检测和评估各机型的实际发电效率，导致风电运营商无法准确地判断、了解整机性能，也不利于业主进行准确的投资收益分析。

空气密度集中了气压、气温和相对湿度对风电机组的影响，生成准确的机组功率曲线，需要考虑现场空气密度对风能的影响。由于机组安装在不同的地域，各地海拔高度的差异导致叶轮吸收风能的空气密度相差较大。通常情况下，受自身成本和外部环境的影响，使得机组功率特性测试周期延长、成本增高。因此，如何有效且高效地进行机组功率特性测试，是一项亟需解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于海拔高度的风力发电机组功率特性检测装置，可以直接计算实际功率，从而直观评估整个风力发电机组的运行性能。

本实用新型提供了一种基于海拔高度的风力发电机组功率特性检测装置，包括传感器层、控制器层及监控层；

所述传感器层布置有风速风向仪、温湿度传感器及电能质量检测元件；所述风速风向仪用于采集风力发电机组机舱外风速风向数据；所述温湿度传感器用于采集风力发电机组机舱外温湿度数据；所述电能质量检测元件用于采集风电机组的电压、电流数据；

所述控制器层包括PLC控制器，所述PLC控制器用于设置风力发电机组的海拔高度数据，并对采集的风速风向数据、温湿度数据、电压、电流数据进行处理，并将其转换成需要的格式；

所述监控层包括风电场远程监控系统，所述风电场远程监控系统用于根据通过所述PLC控制器设置的海拔高度数据，结合采集的温湿度数据，直接计算机组轮毂中心位置处的空气密度，并生成机组的标准功率曲线，用于评估机组的真实发电效率。

进一步地，所述风速风向仪为超声波风速风向仪。

进一步地，所述监控层还包括本地监控系统，所述本地监控系统通过所述PLC控制器设置的海拔高度数据，结合采集的温湿度数据，直接计算机组轮毂中心位置处的空气密度，并生成机组的标准功率曲线，用于评估机组的真实发电效率。

所述监控层包括远程监控电脑、环网交换机、以及本地监控电脑，风电场远程监控系统，远程监控电脑与环网交换机通过光纤连接，环网交换机与所述PLC控制器和本地监控电脑通过无线网连接。

借由上述方案，通过基于海拔高度的风力发电机组功率特性检测装置，在不需要安装空气密度传感器的情况下，通过在检测仪上位机软件设置参数海拔高度，结合温度和湿度数据直接计算机组轮毂中心位置处的空气密度，最终生成机组的功率曲线，用于评估机组的真实发电效率，进而直观评估整个风力发电机组的运行性能。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例详细说明如后。

附图说明

图1是本实用新型基于海拔高度的风力发电机组功率特性检测装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型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实用新型，但是不用来限制本实用新型的范围。

参图1所示，本实施例提供了一种基于海拔高度的风力发电机组功率特性检测装置，包括传感器层、控制器层及监控层；

传感器层布置有风速风向仪、温湿度传感器及电能质量检测元件；风速风向仪用于采集风力发电机组机舱外风速风向数据；温湿度传感器用于采集风力发电机组机舱外温湿度数据；电能质量检测元件用于采集风电机组的电压、电流数据；

控制器层包括PLC控制器，PLC控制器用于设置风力发电机组的海拔高度数据，并对采集的风速风向数据、温湿度数据、电压、电流数据进行处理，并将其转换成需要的格式；

所述监控层包括远程监控电脑、环网交换机、以及本地监控电脑，风电场远程监控系统，远程监控电脑与环网交换机通过光纤连接，环网交换机与所述PLC控制器和本地监控电脑通过无线网连接。

监控层包括风电场远程监控系统，风电场远程监控系统(储存相关数据至远程监控电脑的数据库中)用于根据通过PLC控制器设置的海拔高度数据，结合采集的温湿度数据，直接计算机组轮毂中心位置处的空气密度，并生成机组的标准功率曲线，用于评估机组的真实发电效率。

在本实施例中，风速风向仪为超声波风速风向仪。

在本实施例中，监控层还包括本地监控系统，本地监控系统也可通过PLC控制器设置的海拔高度数据，结合采集的温湿度数据，直接计算机组轮毂中心位置处的空气密度，并生成机组的标准功率曲线，用于评估机组的真实发电效率。

该风力发电机组功率特性检测系统的计算过程如下：

大气压强B的计算公式：

式中，H为机组海拔高度，该参数已经设置在控制器(PLC)内；P₀大气压(0℃，760mmHg)。

影响空气密度的环境因素有海拔高度、气压、温度和湿度。当不考虑湿度时(干燥空气，即相对湿度为0％)，10分钟(现代风场通常以10分钟的频率采集风电机组大量的运行时数据。)平均干空气密度ρ′_10min的计算公式为：

式中：B_10min为10分钟平均大气压强(0℃，760mmHg)；T_10min为10分钟平均机舱外环境温度(K，0℃＝273.16K)；R₀为干燥空气的气体常数，R₀＝287.05J/(kg·K)。

实际情况下，需要考虑相对湿度(RH，％)对空气密度的影响。根据温、湿度传感器所测的机舱外环境温度和相对湿度数据(分别取它们的10分钟平均值)，查表可读取该温度(T_10min)和湿度(RH_10min)时的湿空气密度校准系数

因此实际湿空气密度ρ_10min可表示为：

通过式(3)计算得到当前机组轮毂中心位置处10分钟平均空气密度，则相同条件下10分钟平均风速可以通过式(4)得到：

式中：V_n为经修正后的实际10分钟平均风速；V_10min为风速计实测的10分钟平均风速。

在获得数据库后，对数值进行处理。根据远程监控上位机数据库中存储的10分钟平均风速(V_n)和10分钟平均有功功率(P_10min)，根据IEC标准bin法，以风速0.5m/s为bin间隔，按风速间隔的归属划区，落到哪一区间，哪一区间的累加值加1，风速范围为0m/s至该机型机组的最大停机风速，则风电机组功率曲线所需的风速和有功功率分别为：

式中，V_i为标准化的平均风速-比恩值(Bins)；V_n,i,j为数据集j的标准化风速-比恩值(Bins)；P_i为标准化的平均功率-比恩值(Bins)；P_n,i,j为数据集j的标准化风速-比恩值(Bins)；N_i为10分钟平均数据集的数量-比恩值(Bins)。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，并不用于限制本实用新型，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (2)

1.一种基于海拔高度的风力发电机组功率特性检测装置，其特征在于，包括传感器层、控制器层及监控层；

所述传感器层布置有风速风向仪、温湿度传感器及电能质量检测元件；所述风速风向仪用于采集风力发电机组机舱外风速风向数据；所述温湿度传感器用于采集风力发电机组机舱外温湿度数据；所述电能质量检测元件用于采集风电机组的电压、电流数据；

所述控制器层包括PLC控制器，所述PLC控制器用于设置风力发电机组的海拔高度数据，并对采集的风速风向数据、温湿度数据、电压、电流数据进行处理，并将其转换成需要的格式；

所述监控层包括远程监控电脑、环网交换机、以及本地监控电脑，风电场远程监控系统，远程监控电脑与环网交换机通过光纤连接，环网交换机与所述PLC控制器和本地监控电脑通过无线网连接。

2.根据权利要求1所述的基于海拔高度的风力发电机组功率特性检测装置，其特征在于，所述风速风向仪为超声波风速风向仪。

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