风力发电机组机舱风向校正方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及风电场监控技术领域，特别涉及一种风力发电机组机舱风向校正方 法。
【背景技术】
[0002] 风力发电机组机舱风向数据是进行机组对风性能评价、风电场发电量优化控制的 基础，获得正确的风向数据对于上述分析工作至关重要。机舱风向等于机组偏航角度与对 风角度（实际风向与机组叶轮迎风面法线方向角度偏差）之和，其中对风角度与机组的控 制策略密切相关，其数据精度较高，偏差很小；但偏航角度由于机组栽种时未准确"对北"， "对北"是默认的安装要求，"对北"用于保证所有机组在偏航角度为0时，机舱朝向完全一 致。但实际中，偏航角由于往往偏差较大，这直接导致合成后的计算风向出现偏差。
【发明内容】
[0003] 有鉴于此，本发明的主要目的在于，提供一种风力发电机组机舱风向校正方法，包 括步骤：
[0004] A、选定基准风向；
[0005] B、计算机组机舱风向；
[0006] C、依据所述基准风向对机组机舱风向进行校正。
[0007] 由上，待校正的风向与选定的基准风向对齐，实现了风电场内各机组机舱风向的 自动校正。
[0008] 可选的，步骤A中，所述基准风向至少包括以下之一：由测风塔所采集的风向、由 风向标所采集的风向和由激光雷达所采集的基准风向。
[0009] 可选的，所述由测风塔所采集的风向包括：由与机组临近的测风塔上的，与机组轮 毂高度最接近的风向测点所采集的风向。
[0010] 由上，针对山地等特殊地形，采用与机组距离接近，高度接近的采集点，可以更准 确的获取基准风向。
[0011] 可选的，所述步骤A后还包括：将所选定的基准风向进行归一化处理的步骤；
[0012] 所述步骤B还包括：将所计算的机组机舱风向进行归一化处理的步骤。
[0013] 由上，由于不同采集装置，以及不同风向的呈现角度不同，例如组成机组机舱风向 的偏航角度通常范围在-1080°~1080°之间，对风角度通常在-180°~180°之间，而基 准风向一般在0°~360°之间，因此，需将各风向进行归一化处理，便于在统一标准下进 行校正。
[0014] 可选的，步骤C采用以下公式进行校正：
[0016] 式中x表示待求的校正量；
[0017] db表示所述基准风向；
[0018] di表示所述机组机舱风向；
[0021] mean为平均值函数，表示所计算出的机组机舱风向di与基准风向db的偏差平均 值函数。
[0022] 由上，旋转变换函数rotate的目的在于将参与计算的机组机舱风向di以及偏差 量x的和进行归一化计算，使其在0°~360°范围内；
[0023] 旋转偏差函数e的目的在于修正实质角度接近但象限跨度较大的情况，例如1° 与359°，横跨不同象限，但实质仅相差2°，若直接修正则产生较大误差，通过旋转偏差函 数e可有效消除上述误差。
[0024] 可选的，还包括步骤：将所述校正量x进行归一化处理的步骤。
[0025] 可选的，间隔一定时间执行所述步骤C。
[0026] 由上，设定修正时间间隔的目的在于避免实时修正风向，从而影响偏航机构的寿 命。
[0027] 可选的，步骤C后还包括步骤：依据风向偏差以及修正后的风向对风力发电机组 进行监控。
【附图说明】
[0028] 图1为本发明流程图；
[0029] 图2为对风角度的原理示意图。
【具体实施方式】
[0030] 为克服现有技术存在的缺陷，本发明提供一种风力发电机组机舱风向校正方法， 将待校正的风向与选定的基准风向对齐，实现了风电场内各机组机舱风向的自动校正。
[0031] 如图1所示，本发明包括以下步骤：
[0032] 步骤S10 :选定基准风向db。
[0033] 基准风向选取是校正方法成败的基础。对于已投产风电场，选择测风塔风向为基 准风向db。
[0034] 对于平坦地形风场，风电场内的所有机组都可认为与测风塔风向相同。
[0035] 对于山地地形，选择与机组临近的测风塔风向作为基准风向db。其中，由于测风塔 通常具有多层风向测点，选择与机组轮毂高度接近的风向测点所检测的风向作为基准风向 db〇
[0036]对于未投产的风电场，由于其无测风塔数据，可以采用如风向标、激光雷达等，记 录一段时间的风向作为基准风向。
[0037] 测风塔风向的范围在0°~360°之间，当采用风向标或激光雷达所采集到的基 准风向范围在0°~360°以外时，需以0° -360°范围进行归一化计算，折算至0-360°之 间。
[0038] 步骤S20 :计算机组机舱风向屯。
[0039] 机舱风向等于机组偏航角度与对风角度之和。如图2所示，所述对风角度0指，实 际风向与机组叶轮迎风面法线方向角度偏差。由于偏航角度通常范围在-1080°~1080° 之间，对风角度通常在-180°~180°之间。两者相加后若取值范围在0°~360°范围以 外，则需进行归一化计算，以0°~360°范围进行求余计算，以折算至0°~360°之间。
[0040]步骤S30 :基于所述基准风向db对机组机舱风向di进行校正。
[0041] 由于机舱风向屯中的对风角度与机组的控制策略密切相关，其数据精度较高，偏 差很小，因此本步骤的实质便是对机组偏航角度的校正。
[0042] 具体的，采用以下公式：
[0044] 式中mean函数为平均值函数；e为旋转偏差函数，
rotate为旋转变换函数：
x为待求的校正量。
[0045] 公式
能够自动将待校准的机组机舱风向屯 向基准风向db靠近，即寻找x使得mean值达到最小，以进行角度校正。
[0046] 旋转变换函数rotate的目的在于将参与计算的机组机舱风向屯以及偏差量x的 和进行归一化计算，使其在0°~360°范围内。
[0047]需要说明的是，由于风向校正的难点在于基准风向db与机组机舱风向屯在 一些极限角度很接近，但横跨不同象限的情况，若直接修正，则可能造成误差。举例 来说，1°与359°风向差实质上很接近，只差2°，但如果直接相减进行修正，那么结 论是359°-1°=358 °，两者差距很大。因此采用旋转偏差函数e计算偏差，即，
此时358°>180°，须用360° -358 °= 2°，由此便计算出正确的角度偏差。
[0048] mean函数表示步骤S20所计算出的机组机舱风向屯与步骤S10中设定的基准风 向db的偏差的平均值。
[0049] 求出使mean函数取值最小的x后，再采用求余函数mod(屯+x，360°)对x进行求 余运算，以使其在0~360°范围内。例如：mod(36r ,360° )=1° ;mod(r ,360°) =1°。因此，361°与1°是同一个角度，这符合物理意义。
[0050] 最终，依据求得的x值，即偏差值对机组机舱风向屯进行校正，实质即是对偏航角 度进行校正。
[0051] 进一步的，为了避免频繁对风向的调整，可以设置一调整时间间隔，例如以月为单 位或者以季度为单位进行调整。
[0052] 步骤S40(未图示）：依据风向偏差以及修正后的风向对风力发电机组进行监控。
[0053] 具体来说，包括以下两类：
[0054] 1)、机组对风监测：在SCADA系统中，将全场机组的偏航位置进行比较，找出偏航 控制较差（对风不准）的机组，以进行修护。
[0055] 2)、风电场优化控制：在风电场能量管理平台中，根据各风机的风向数据，从风机 寿命或整场发电量的角度出发，对机组控制策略进行调整。如北风时机组湍流较大，风电场 部分风机停止发电，以保证机组的使用寿命。
[0056] 另外，还可应用于风资源后评估。具体来说，机组真实的风向，表示风电场内各个 机位的实际风资源情况。风电场投运后，在风资源分析系统中，将风资源数据与前期选址的 模拟数据进行对比，评价风电场风资源模拟算法的优劣。
[0057] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。总之，凡在本发明 的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之 内。
【主权项】
1. 一种风力发电机组机舱风向校正方法，其特征在于，包括步骤： A、 选定基准风向； B、 计算机组机舱风向； C、 依据所述基准风向对机组机舱风向进行校正。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A中，所述基准风向至少包括以下之 一：由测风塔所采集的风向、由风向标所采集的风向和由激光雷达所采集的基准风向。3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述由测风塔所采集的风向包括：由与机 组临近的测风塔上的，与机组轮毂高度最接近的风向测点所采集的风向。4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A后还包括：将所选定的基准风 向进行归一化处理的步骤； 所述步骤B还包括：将所计算的机组机舱风向进行归一化处理的步骤。5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤C采用以下公式进行校正：式中x表示待求的校正量；db表示所述基准风向； 屯表示所述机组机舱风向； rotate为旋转变换函数，e为旋转偏差函数，mean为平均值函数，表示所计算出的机组机舱风向屯与基准风向db的偏差平均值函 数。6. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括步骤：将所述校正量x进行归一化 处理的步骤。7. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，间隔一定时间执行所述步骤C。8. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤C后还包括步骤：依据风向偏差以及 修正后的风向对风力发电机组进行监控。
【专利摘要】本发明所提供的一种风力发电机组机舱风向校正方法，包括步骤：A、选定基准风向；B、计算机组机舱风向；C、依据所述基准风向对机组机舱风向进行校正。由上，待校正的风向与选定的基准风向对齐，实现了风电场内各机组机舱风向的自动校正。
【IPC分类】F03D7/00
【公开号】CN104989592
【申请号】CN201510394373
【发明人】李闯, 韩明, 朱志成, 孟凯锋, 许正, 余忠源, 孙翰墨, 尹诗, 张涵, 王其乐
【申请人】中能电力科技开发有限公司
【公开日】2015年10月21日
【申请日】2015年7月7日