专利名称：风力发电机可避开紊流的测风向方法
技术领域：
本发明涉及风力发电机，具体说是一种风力发电机可避开紊流的测风向方法。
背景技术：
偏航系统确保风力机舱始终正面对风，是风力发电机组的特有控制系统。其设计 理念的提出解决了由于风作为随机矢量，不宜捕获的特性，在提高风能利用效率的同时延 长了风机使用寿命。现有技术，偏航有两种模式，被动迎风与主动迎风。其中被动迎风方式又包括尾舵 偏航、下风向偏航及侧风轮偏航三种。其中下尾舵偏航由于结构简单，可靠度高，被广泛运 用于中小型，小型，微型风向发电机组，但不适用于大型风力发电机；下风向偏航由于叶片 需要经过塔架下风向紊流区，导致叶片振动以至于叶片梁与轮毂的连结处产生疲劳断裂； 侧风轮偏航是早期大型风机唯一的偏航方式，但随着主动迎风的兴起，逐渐被淘汰。主动迎 风基于控制器控制偏航电机实现偏航功能，由风向标、伺服电机、减速器、回转齿轮共同构 成，通过风向传感器来测量当前风向，与机舱位置进行比较，通过计算机舱与风向位置差， 实现电机控制，调整机舱位置，最终达到主动迎风的目的。为了提高主动迎风的性能，工程 师在控制器中添加了一系列复杂的控制算法，例如采用PID、模糊算法、最优控制等等。但只 是起到改善的作用，根本问题无法解决。其根本原因是风向传感器安置在下风向，会受到紊 流影响，导致无法准确测量当前风向。另一方面，伴随着装机容量的增加，风力机的叶片长度逐渐增加，对风不准导致主 轴累积性疲劳损伤成为风机大型化的障碍。为此，有必要对此进行研究，提出一个新的方法 来解决风向测量不准确的问题。
发明内容
针对目前风力机偏航装置无法准确对风的现状，尤其是针对于大型并网风力发电 机组，本发明提出了一种风力发电机可避开紊流的测风向方法。所述风力发电机可避开紊流的测风向方法，其特征是发电机使用两个超声波测 风仪分别安装在机舱两侧，连接每个超声波测风仪的输出信号线到控制器的输入接口，取 两个超声波测风仪所测风力风向信号的水平面投影确定风向取较大一组信号的水平面投 影值，控制器通过如下算式确定当前风向与机舱轴向的相对位置θ = arctan (b/a),此处θ为风向偏移角，b为机舱向外延展方向所测得的风力，a为机舱轴向方向所 测得的风力。本发明的有益效果是，由于消除了紊流的影响，提高了对风精度和风力机使用寿 命，简化了数据处理，为大型化风机偏航对风困难提出了解决办法。
图1是带传统测风向装置的风力发电机，图2是本发明结构示意图，图3是本发明测风向示意图。图中1_风向传感器，2-机舱左侧风向传感器，3-机舱右侧风向传感器，4-机舱正 面，5-风向偏移角。
具体实施例方式下面结合附图对本发明进一步说明如图2中所示风力发电机可避开紊流的测风 向方法，其特征是发电机使用两个超声波测风仪分别安装在机舱两侧，连接每个超声波测 风仪的输出信号线到控制器的输入接口，取两个超声波测风仪所测风力风向信号的水平面 投影确定风向取较大一组信号的水平面投影值，控制器通过如下算式确定当前风向与机 舱轴向的相对位置θ = arctan (b/a)，此处θ为风向偏移角，b为机舱向外延展方向所测得的风力，a为机舱轴向方向所 测得的风力。传统偏航测风向方法将测风仪分别安装在机舱顶部(见图1)。为了提高主动迎风 的性能，控制器中添加了一系列复杂的控制算法，例如采用PID、模糊算法、最优控制等等。 但只是起到改善的作用，根本问题无法解决。其根本原因是风向传感器1安置在下风向，会 受到紊流影响，导致无法准确测量当前风向。如图3所示，利用超声波测风仪可以测三位风向的特点，通过安装在机舱左右两 侧的超声波测风仪器，可以获得机舱两侧的两组三维风向图。即机舱左侧超声波测风仪1 与机舱右侧超声波测风仪2分别提供了机舱左侧x-y-z坐标风向及右侧x-y-z坐标风向。其中X为机舱轴向，y为机舱相外延展方向，ζ为竖直向上方向。每当其中一个风向传感器3朝向当前风向时，另一个风向传感器2由于机舱的原 因，在背风处。取正风向的风向传感器3所发送的风向信号为准，即水平平面风向较大的一 组风向信号为准。具体说就是y向数值较大的风向标信号为有效信号。风向测量时，由于风向标处于下风向，因而会受到紊流影响。由于紊流是由风轮漩 涡中心涡导致，紊流方向与机舱外壳相切。当风向标安装在机舱两侧时，其受到的紊流方向 作用在竖直平面，与偏航所需的水平面风向互不影响，因而取水平面风向能够有效的避免 紊流对偏航对风的影响。由此，所获取的水平面风向是当前真实风向，于是可以取较大一组的风向标信号 的水平面投影为有效值，风向偏移角5的获得是控制器通过如下算式确定当前风向与机舱 的相对位置θ = arctan (b/a),此处b为机舱向外延展方向所测得的风力，a为机舱轴向方向所测得的风力。如此可以满足机舱准确对风需要，同时减少叶片及轮毂所受疲劳，最终提高风力 机的使用寿命。
权利要求
一种风力发电机可避开紊流的测风向方法，其特征是发电机使用两个超声波测风仪分别安装在机舱两侧，连接每个超声波测风仪的输出信号线到控制器的输入接口，取两个超声波测风仪所测风力风向信号的水平面投影确定风向取较大一组信号的水平面投影值，控制器通过如下算式确定当前风向与机舱轴向的相对位置θ＝arctan(b/a)，此处θ为风向偏移角，b为机舱向外延展方向所测得的风力，a为机舱轴向方向所测得的风力。
全文摘要
一种风力发电机可避开紊流的测风向方法，其特征是所述测风仪为超声波测风仪，且发电机使用两个超声波测风仪分别安装在机舱两侧，每个超声波测风仪的输出信号线与控制器的输入接口连接。本发明利用了超声波测风仪可以测三维风向的特点，有效排除了紊流的影响，提高风机偏航准确度，由于消除了紊流的影响，提高了对风精度和风力机使用寿命，简化了数据处理，为大型化风机偏航对风困难提出了解决办法。
文档编号G01P13/02GK101995488SQ200910063689
公开日2011年3月30日 申请日期2009年8月21日 优先权日2009年8月21日
发明者戴曦 申请人:长江三峡能事达电气股份有限公司