一种基于偏航性能指标的风向测量结果修正方法及系统

本发明涉及偏航控制，更具体的说是涉及一种基于偏航性能指标的风向测量结果修正方法及系统。

背景技术：

1、风能是无污染的清洁能源。其中风力发电机偏航对风的精准性对最终输送电能的影响较大，国内外也提出了很多偏航对风的方法，如偏航重启对风策略、偏航执行对风策略等，但不论哪种策略，均需要求风向测量结果的精准性。

2、由于机械变形、自然风的湍流、风电场的尾流、测风装置及传感器精度等等因素的影响，风轮往往不能准确对风，即偏航系统存在对风误差。风力发电机的偏航误差不仅降低捕获风能的能力、减少有功功率的输出，而且增加风力发电机组不对称载荷、引起叶片气动弹性波动，减少风机偏航部件使用寿命。因此，采取措施来降低风机误差是有意义的。

3、偏航误差主要有零点偏移误差和动态误差。通常，风向传感器的零点应与转子轴对齐，以确保正确测量偏航角。然而，一些风力发电机组由于安装不良或者单独使用后，零点未与转子轴对齐，我们将其定义为零点偏移误差。当零点偏移误差发生时，测得的偏航角θ＝θs+θerror，其中θs是测量风向，θerror是零点偏移误差。零点偏移误差不能直接被检测到，即便风机偏航之后，因为偏航控制器接收不到正确的偏航角，转子轴与风向之间仍然存在误差。

4、通常，由于湍流和偏航控制策略的影响，会产生偏航动态误差，偏航动态误差可以近似为观测期间偏航角的平均值，一般与风速有关。

5、目前风向的测量，往往使用风向仪测量环境风向，测量结果往往存在误差，因此亟须一种新型风向测量结果修正方法，以修正不同风机面对不同的内部因素和外部因素所造成的误差。对风向仪测量结果进行修正，进而得到更加精准的风向，从而更好地对风机进行偏航，使得偏航更加精准，提高风力发电机的发电效率。

6、因此，提出一种基于偏航性能指标的风向测量结果修正方法及系统，来解决现有技术存在的困难，是本领域技术人员亟须解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种基于偏航性能指标的风向测量结果修正方法及系统，使用偏航性能指标对偏航结果进行评价，不再以风向仪和偏航编码器等装置进行输入风能的评价，也不再以风机的直接输出有功功率进行评价，不需要考虑电网工况，从而对偏航过程进行了解耦，使用遗传算法得到了更好的修正结果。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种基于偏航性能指标的寻优算法风向测量结果修正方法，包括以下步骤：

4、s1、获取偏航性能指标；

5、s2、根据s1中的偏航性能指标获取风机偏航的数据并对数据进行处理，得到处理后的风机偏航的数据；

6、s3、根据s2处理后的风机偏航的数据采用遗传算法计算最佳动态偏航修正系数k、零点偏移修正参数b；

7、s4、以最佳动态偏航修正系数k、零点偏移修正参数b对应的修正风向角公式对风机偏航进行修正。

8、可选的，s1中获取偏航性能指标具体为：

9、实际捕获风能计算公式为：

10、

11、

12、其中，i为风轮转动惯量，ζ为风轮传动链阻尼系数，k为风力发电机齿轮箱增速比，t为采样周期，为发电机转速，为发电机转速变化率，为发电机转矩，为风轮转矩，为实际捕获风能；

13、理想捕获风能计算公式为：

14、

15、其中，cp为风能利用系数，ρ为空气密度，s为扫风面积，为风速，p'为理想捕获风能；

16、偏航性能评价指标为：

17、其中，η为偏航性能评价指标，为实际捕获风能，p'为理想捕获风能。

18、可选的，η的取值范围为0～1。

19、可选的，s3中的遗传算法具体为：

20、s31、初始化种群，随机生成最佳动态偏航修正系数k、零点偏移修正参数b；

21、s32、对种群进行交叉和变异，生成新的种群；

22、s33、计算个体适应度值，使用轮盘赌算法选择生成新的种群；

23、s34、判断是否达到预设适应度值，若达到预设适应度值就停止偏航，输出风向修正系数；若没有达到预设适应度值，继续迭代，直到达到为止。

24、可选的，s34中的预设适应度值设置为0.8。

25、可选的，s4中的修正风向角公式为：

26、θ＝θs+kω+b

27、其中，θs为风机测量风向，ω为风轮转速，k为最佳动态偏航修正系数，b为零点偏移修正参数。

28、一种基于偏航性能指标的风向测量结果修正系统，应用上述任一项的一种基于偏航性能指标的风向测量结果修正方法，包括依次连接的获取指标模块、数据处理模块、遗传算法寻优模块、修正风向角模块；其中，

29、获取指标模块：获取偏航性能指标；

30、数据处理模块：根据获取指标模块中的偏航性能指标获取风机偏航的数据并对数据进行处理，得到处理后的风机偏航的数据；

31、遗传算法寻优模块：根据数据处理模块处理后的风机偏航的数据采用遗传算法计算最佳动态偏航修正系数k、零点偏移修正参数b；

32、修正风向角模块：以最佳动态偏航修正系数k、零点偏移修正参数b对应的修正风向角公式对风机偏航进行修正。

33、可选的，还包括，修正风向角传输模块，与修正风向角模块的输出端连接，用于将修正结果传输给风机。

34、可选的，包括存储器和处理器，存储器用于存储执行上述任一项所述方法的风机偏航数据，处理器被配置为执行上述任一项所述方法的程序。

35、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种基于偏航性能指标的寻优算法风向测量结果修正方法及系统，其有益效果为：用于修正风向测量结果，从而将修正的风向测量结果传输给风机，指导风机偏航，降低偏航误差，减少不对称载荷，减少叶片气动弹性波动，增加风机偏航部件使用寿命。

技术特征：

1.一种基于偏航性能指标的风向测量结果修正方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于偏航性能指标的风向测量结果修正方法，其特征在于，s1中获取偏航性能指标具体为：

3.根据权利要求2所述的一种基于偏航性能指标的风向测量结果修正方法，其特征在于，η的取值范围为0～1。

4.根据权利要求1所述的一种基于偏航性能指标的风向测量结果修正方法，其特征在于，s3中的遗传算法具体为：

5.根据权利要求4所述的一种基于偏航性能指标的风向测量结果修正方法，其特征在于，

6.根据权利要求1所述的一种基于偏航性能指标的风向测量结果修正方法，其特征在于，s4中的修正风向角公式为：

7.一种基于偏航性能指标的风向测量结果修正系统，其特征在于，应用权利要求1-6任一项所述的一种基于偏航性能指标的风向测量结果修正方法，包括依次连接的获取指标模块、数据处理模块、遗传算法寻优模块、修正风向角模块；其中，

8.根据权利要求7所述的一种基于偏航性能指标的风向测量结果修正系统，其特征在于，还包括，修正风向角传输模块，与修正风向角模块的输出端连接，用于将修正结果传输给风机。

9.一种基于偏航性能指标的风向测量结果修正系统，其特征在于，包括：存储器和处理器，存储器用于存储执行权利要求1-6任一项所述方法的风机偏航数据，处理器被配置为执行权利要求1-6任一项所述方法的程序。

技术总结
本发明公开了一种基于偏航性能指标的风向测量结果修正方法及系统，应用于偏航控制技术领域。包括：S1、获取偏航性能指标；S2、根据S1中的偏航性能指标获取风机偏航的数据并对数据进行处理，得到处理后的风机偏航的数据；S3、根据S2处理后的风机偏航的数据采用遗传算法计算最佳动态偏航修正系数k、零点偏移修正参数b；S4、以最佳动态偏航修正系数k、零点偏移修正参数b对应的修正风向角公式对风机偏航进行修正。本发明用于修正风向测量结果，从而将修正的风向测量结果传输给风机，指导风机偏航，降低偏航误差，减少不对称载荷，减少叶片气动弹性波动，增加风机偏航部件使用寿命。

技术研发人员：万安平,彭帅,张银龙,纪云松,马士东,刘海南,张运宁,敖立争,陈希,彭晨
受保护的技术使用者：浙大城市学院
技术研发日：
技术公布日：2024/2/6