一种漂浮式风力发电机组的风速测量修正方法与流程

本发明涉及漂浮式风力发电机组的技术领域，尤其是指一种漂浮式风力发电机组的风速测量修正方法。

背景技术：

漂浮式风力发电机组用漂浮式基础作为浮力，将整个风力发电机组漂浮在海面上，漂浮式基础通过锚链连接到海床，因此，漂浮式风力发电机组在并网发电运行过程中，受到波浪海流和风力的作用，会产生前后左右上下等多自由度的倾斜和摆动。

漂浮式风力发电机组跟陆地型风力发电机组一样，需要实时测量水平风速，以进行风机自身的控制。

业内习知，水平风速的测量，无论是采用机械式风速仪，还是超声波风速仪，或者激光雷达，都要求将这些传感器安装到固定的位置，不能摇摆或晃动，否则测量不到准确的水平风速。

另外，风力发电机组机舱上面安装的风速仪，由于受到叶片旋转的影响，其测量的风速并不能代表真实的风速，根据风力发电机组功率特性测试标准，风力发电机组前方若干距离处的风速才能准确代表风力发电机组处的真实风速。总之，漂浮式风力发电机组的机舱上面安装的风速仪，存在以下测量误差：

1、机舱上面的风速不能代表风轮吸收到的真实的风速，需要用到机舱式激光雷达，成本高。

2、由于漂浮式风力发电机组存在多自由度摆动的特点，测量不准确。

综上，漂浮式风力发电机组如果需要测量到准确的风速，单纯在机舱上面安装风速仪，是测量不到准确的风速的，必须进行一系列转化和修正。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种准确可靠的漂浮式风力发电机组的风速测量修正方法，可以对实测风速数值实时修正，解决漂浮式风力发电机组风速测量的难题。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种漂浮式风力发电机组的风速测量修正方法，基于以下原理：

相同型号的风力发电机组，不管其是陆地型风力发电机组，还是漂浮式风力发电机组，只要叶片型号一致，那么机组的风轮前端某个距离处的风速，跟机组的机舱上风速的线性关系就是一致的；

基于上述原理，该方法是首先在陆地上选择一台相同型号并且周围地形平坦的风力发电机组，在其主风向方向距离2d-4d范围处安装一座测风塔，d为风轮旋转面的直径，在测风塔上安装风速仪和风向仪，同时在该风力发电机组的机舱上面安装一个风速仪，通过一段时间的数据采集和分析，得到测风塔风速和机舱风速的对应关系，该对应关系能够用一次线性方程y1＝ax1+b表示，称为风轮影响风速修正方程式，式中，y1为机舱风速，x1为测风塔风速，a为斜率，b为偏移值；

然后，将上述相同型号的风速仪放到风洞中去校准，同时在风速仪的支架上安装一个单轴倾角传感器，该单轴倾角传感器的安装方向为沿着风洞的轴向，同时记录风洞风速源、风速仪数值和倾角数值，将风速仪的支架沿风洞的轴向分别倾斜不同的角度，风速仪的支架往来流方向倾斜时定义角度为负值，风速仪的支架往尾流方向倾斜时定义角度为正值，先从某一负值角度开始，风洞施加风速，持续一段时间，然后再施加更高的风速，以此类推，直到施加完规定风速后，倾斜到规定角度，再按上述风速顺序重新做一遍，以此类推，直至调整到与上述一开始的负值角度数值相同的正值角度，按上述数据，能够计算拟合出风速仪在某个倾角时，其风速显示值与风洞风速源的对应关系，该对应关系能够用方程y2＝cx2表示，称为风速仪倾角修正方程式，式中，y2为风洞风速源风速，x2为风速显示值，c为比例值；

最后，将上述相同型号的风速仪安装到漂浮式风力发电机组的机舱上，同时在风速仪的支架上安装一个双轴倾角传感器，该双轴倾角传感器的安装方向为：x方向朝向机舱的左右方向，y方向朝向机舱的前后方向；采集风速仪和双轴倾角传感器的数据；当双轴倾角传感器的x和y方向的倾角数值都为0时，此时，风速仪的支架完全垂直，无需进行风速仪倾角修正，只需进行风轮影响风速修正，通过上述风轮影响风速修正方程式即可将风速数值修正到风轮前端的真实风速，即风轮前端虚拟测风塔处的真实风速；当x或y方向的倾角数值不为0时，表明风速仪的支架有倾斜，支架的倾斜角度能够等效为x和y方向的倾角数值的平方根，此时，需要先通过风速仪倾角修正方程式对风速数据进行风速仪倾角修正，再通过风轮影响风速修正方程式进行风轮影响风速修正，才能将风速数值修正到风轮前端的真实风速，即风轮前端虚拟测风塔处的真实风速。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

本发明结合漂浮式风力发电机组处于不停地倾斜和晃动的特点，将其倾角应用到原始风速的修正过程中，对不准确的原始风速数值实时修正为准确可信的风速，并考虑风轮旋转对机舱风速仪的影响，进行第二次修正到风轮前端真实的风速，整个方法实现成本低，准确度高，具有实际应用价值，值得推广。

附图说明

图1为机舱风速与测风塔风速的对比图。

图2为风速仪在风洞内不同倾角下的校准示意图。

图3为风速仪在风洞内不同倾角下的示值图。

图4为双轴倾角传感器的x和y方向的倾角数值都为0时的漂浮式风力发电机组侧视图。

图5为双轴倾角传感器的x或y方向的倾角数值不为0时的漂浮式风力发电机组侧视图。

图6为漂浮式风力发电机组俯视图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

参见图1至图6所示，陆地型风力发电机组主要由叶片1、轮毂2、机舱3、塔筒4和风速仪31组成，叶片1在风力作用下旋转。漂浮式风力发电机组主要由叶片1、轮毂2、机舱3、塔筒4、风速仪31、漂浮式基础33和锚链34组成，漂浮式基础33与海床35之间通过锚链34连接，叶片1在风力作用下旋转，机舱3和塔筒4在波浪和风力作用下发生前后左右上下摆动。本实施例所提供的漂浮式风力发电机组的风速测量修正方法，基于以下原理：

相同型号的风力发电机组，不管其是陆地型风力发电机组，还是漂浮式风力发电机组，只要叶片型号一致，那么风轮前端某个距离处的风速，跟机舱上的风速的线性关系就是一致的。

根据以上原理，该方法是首先在陆地上，选择一台相同型号并且周围地形平坦的风力发电机组，根据风力发电机组功率特性测试标准，在其主风向方向距离2d-4d范围(d为风轮旋转面的直径)处安装一座测风塔12，而在本实施例优选2.5d距离，在测风塔12上安装风速仪11，同时在该风力发电机组的机舱3上面安装一个风速仪31。通过一段时间的数据采集和分析，得到测风塔风速和机舱风速的对应关系，该对应关系可用一次线性方程式y1＝ax1+b表示，称为风轮影响风速修正方程式，式中，y1为机舱风速，x1为测风塔风速，a为斜率，b为偏移值。

将上述相同型号的风速仪31放到风洞8中去校准，同时在风速仪31的支架上安装一个单轴倾角传感器9，单轴倾角传感器9的安装方向为沿着风洞8的轴向。同时记录风洞风速源、风速仪数值和倾角数值，将风速仪31的支架沿风洞8的轴向分别倾斜不同的角度(从-15度开始间隔1度到15度)，风速仪31的支架往来流方向倾斜(即向前倾斜)时定义角度为负值，风速仪31的支架往尾流方向倾斜(即向后倾斜)时定义角度为正值，先从-15度开始，风洞8施加4m/s的风速，持续10分钟，然后施加5m/s的风速，以此类推，直到施加完16m/s风速后，倾斜到-14度，按上述风速顺序重新做一遍，以此类推，直到调整到15度。按上述数据，可计算拟合出风速仪31在某个倾角时，其风速显示值与风洞风速源的对应关系，该对应关系可用方程y2＝cx2表示，称为风速仪倾角修正方程式，式中，y2为风洞风速源风速，x2为风速显示值，c为比例值。

将上述相同型号的风速仪31安装到漂浮式风力发电机组的机舱3上，同时在风速仪31的支架上安装一个双轴倾角传感器32，双轴倾角传感器32的安装方向为：x方向朝向机舱3的左右方向，y方向朝向机舱3的前后方向。同时采集风速仪31和双轴倾角传感器32的数据。当双轴倾角传感器32的x和y方向的倾角数值都为0时，如图5所示，此时风速仪31的支架完全垂直，无需进行风速仪倾角修正，只需进行风轮影响风速修正，通过上述风轮影响风速修正方程式即可将风速数值修正到风轮前端的真实风速(即风轮前端虚拟测风塔处的真实风速)；当x或y方向的倾角数值不为0时，如图6所示，表明风速仪31的支架有倾斜，支架倾斜角度d可等效为x和y方向的倾角数值的平方和的平方根，此时，需要先通过风速仪倾角修正方程式对风速数据进行风速仪倾角修正，再通过风轮影响风速修正方程式进行风轮影响风速修正，才能将风速数值修正到风轮前端的真实风速(即风轮前端虚拟测风塔处的真实风速)。

以上所述实施例只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。