一種基于風(fēng)速和位置影響的角度測量誤差方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種風(fēng)速風(fēng)向儀，特別是一種風(fēng)速風(fēng)向儀的角度測量誤差補(bǔ)償方法。
【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)力發(fā)電機(jī)將風(fēng)動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，目標(biāo)是在保持風(fēng)機(jī)承受較低機(jī)械載荷的同時(shí)盡可能多的發(fā)電。要成功實(shí)現(xiàn)以上目標(biāo)，關(guān)鍵是要讓風(fēng)機(jī)葉輪精確的對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向。關(guān)于提高風(fēng)速風(fēng)向儀學(xué)習(xí)周期時(shí)的風(fēng)機(jī)發(fā)電效率的方法
[0003]如圖1-2所示，根據(jù)風(fēng)機(jī)動(dòng)力學(xué)理論，當(dāng)風(fēng)速恒定且發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速低于額定轉(zhuǎn)速時(shí)，風(fēng)機(jī)的發(fā)電功率與風(fēng)向偏差角度Θ的余弦的三次方成正比。設(shè)風(fēng)向無偏差時(shí)，風(fēng)機(jī)葉輪獲得的功率為Powerl;當(dāng)風(fēng)速不變而風(fēng)向偏差角度為Θ時(shí)，風(fēng)機(jī)葉輪獲得的功率為power2，則二者滿足如下公式:
[0004]Power2 = Powerl X cos30
[0005]因此，當(dāng)風(fēng)向偏差角度Θ為15度時(shí)，會(huì)帶來約10%的發(fā)電量損失。另外，葉輪的偏離會(huì)導(dǎo)致在葉輪乃至整個(gè)風(fēng)機(jī)的機(jī)械載荷不平衡。這類載荷相比其他載荷會(huì)大得多，如果能降低，就能延長風(fēng)機(jī)使用壽命，或者讓現(xiàn)有風(fēng)機(jī)帶動(dòng)更大的葉輪。
[0006]目前，在大多數(shù)風(fēng)機(jī)上，風(fēng)向偏差角度由安裝在機(jī)艙上方的風(fēng)速風(fēng)向儀決定。但在風(fēng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行過工程中，風(fēng)速風(fēng)向儀所測量的風(fēng)向偏差角度與葉輪處的實(shí)際風(fēng)向偏差角度之間存在誤差。
[0007]如圖3所示，因?yàn)轱L(fēng)速風(fēng)向儀測量的是風(fēng)機(jī)機(jī)艙尾部的風(fēng)向偏差角度02，而風(fēng)機(jī)主控系統(tǒng)需要的是風(fēng)機(jī)葉輪處的實(shí)際風(fēng)向偏差角度，即兩者間的角度測量誤差表示為:
[0008]δθ = θ2-θ!
[0009]大量實(shí)驗(yàn)表明，這個(gè)誤差不是固定的，而是與風(fēng)速相關(guān)的，這個(gè)隨風(fēng)速V變化的誤差符合如下的角度測量誤差曲線或角度測量誤差函數(shù):
[0010]5 = f(v) ? ao+aiv+a2V2+---+an vn
[0011]為獲取上述角度測量誤差函數(shù)，風(fēng)速風(fēng)向儀以風(fēng)速為條件，將數(shù)據(jù)按照風(fēng)速段分類，進(jìn)而統(tǒng)計(jì)分析出不同風(fēng)速段下該風(fēng)機(jī)的風(fēng)速風(fēng)向儀的角度測量誤差，進(jìn)而獲取的角度測量誤差函數(shù)3 = f(v)。
[0012]而實(shí)際中，風(fēng)速風(fēng)向儀的角度測量誤差不僅僅受風(fēng)速V影響，同時(shí)也受到風(fēng)機(jī)微觀選址P的影響。微觀選址主要表示風(fēng)機(jī)安裝處的地理位置和其它風(fēng)機(jī)間的位置關(guān)系，假設(shè)目標(biāo)風(fēng)機(jī)A處于圖4所示的微觀選址情況，即其西北、東北、西南、東南四個(gè)方向各有一臺(tái)其它風(fēng)機(jī)趴、82、83、84，且其正西方還有一座山丘(:。
[0013]對(duì)于普通的角度測量誤差函數(shù)δ= ?.(ν)而言，當(dāng)風(fēng)速恒定時(shí)，其角度測量誤差也是恒定的。而在圖4所示的情況中，假設(shè)環(huán)境風(fēng)速為6m/s恒定，則:
[0014](I)北風(fēng)可以直接到達(dá)目標(biāo)風(fēng)機(jī)A;
[0015](2)西北風(fēng)、東北風(fēng)和西南風(fēng)需要分別經(jīng)過風(fēng)機(jī)B1、B2與B3才能到達(dá)目標(biāo)風(fēng)機(jī)A;
[0016](3)西風(fēng)需要經(jīng)過山丘C才能到達(dá)目標(biāo)風(fēng)機(jī)A;
[0017](4)南風(fēng)需要經(jīng)過風(fēng)機(jī)B3與風(fēng)機(jī)B4的共同作用才能到達(dá)目標(biāo)風(fēng)機(jī)A。
[0018]因?yàn)椴煌娘L(fēng)向需要經(jīng)過不同的路徑才能到達(dá)目標(biāo)風(fēng)機(jī)A的位置，所以即便在相同風(fēng)速下，不同的微觀選址給風(fēng)機(jī)的風(fēng)速風(fēng)向儀的角度測量誤差帶來的影響也是不一樣的，即6m/s風(fēng)速下，北風(fēng)和西風(fēng)對(duì)目標(biāo)風(fēng)機(jī)A的角度測量誤差影響是不一樣的。
[0019]即普通的角度測量誤差函數(shù)δ= ?.(ν)僅依靠風(fēng)速對(duì)風(fēng)速風(fēng)向儀的角度測量誤差進(jìn)行補(bǔ)償，而不能補(bǔ)償微觀選址因素引起的風(fēng)速風(fēng)向儀的角度測量誤差。
[0020]關(guān)于微觀選址因素引起的風(fēng)速風(fēng)向儀的角度測量誤差的補(bǔ)償方法，目前還未見報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0021]為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明要設(shè)計(jì)一種既考慮風(fēng)速影響又考慮微觀選址影響的基于風(fēng)速和微觀選址的角度測量誤差方法。
[0022]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:一種基于風(fēng)速和位置影響的角度測量誤差方法，包括以下步驟:
[0023]Α、將目標(biāo)風(fēng)機(jī)機(jī)艙位置的朝向按照東南西北的旋轉(zhuǎn)方向均分為8個(gè)區(qū)域Ρ1、Ρ2、…、Ρ8，用來表不不同方向的微觀選址情況；
[0024]B、風(fēng)速風(fēng)向儀進(jìn)入學(xué)習(xí)周期之前，首先將采集到的數(shù)據(jù)按照機(jī)艙位置朝向進(jìn)行分類，即將數(shù)據(jù)共分為8類;所述的數(shù)據(jù)包括風(fēng)速、風(fēng)速風(fēng)向儀的實(shí)測風(fēng)向偏差角度和葉輪處功率；
[0025]C、進(jìn)入學(xué)習(xí)周期后，風(fēng)速風(fēng)向儀按照步驟B的分類對(duì)基于風(fēng)速變化的角度測量誤差曲線進(jìn)行學(xué)習(xí)，分別獲取機(jī)艙位置的8類朝向的角度測量誤差曲線δΡ1 = ?.Ρ1(ν)、δΡ2 = ?.Ρ2
(V)、…、3p8 = fp8(V)；
[0026]D、風(fēng)速風(fēng)向儀在運(yùn)行周期內(nèi)，按照此時(shí)的目標(biāo)風(fēng)機(jī)機(jī)艙位置朝向Pi選擇對(duì)應(yīng)的角度測量誤差曲線知izfpdv)，并根據(jù)此時(shí)的風(fēng)速V，應(yīng)用角度測量誤差曲線fe = fPl(v)計(jì)算出此時(shí)的角度測量誤差I(lǐng)式中，i = l、2、…、8分別代表不同的機(jī)艙位置朝向，僅選一個(gè)；
[0027]E、風(fēng)速風(fēng)向儀根據(jù)角度測量誤差δ對(duì)其實(shí)測風(fēng)向偏差角度02進(jìn)行補(bǔ)償后發(fā)送給主控系統(tǒng)，控制風(fēng)機(jī)葉輪對(duì)風(fēng)。
[0028]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0029]本發(fā)明通過對(duì)風(fēng)機(jī)機(jī)艙位置朝向的分類，獲得不同機(jī)艙位置朝向下的角度測量誤差曲線。在考慮風(fēng)速對(duì)角度測量誤差影響的基礎(chǔ)上，同時(shí)對(duì)微觀選址(機(jī)艙位置朝向)進(jìn)行了考慮。解決了傳統(tǒng)角度測量誤差函數(shù)S = f (V)僅依靠風(fēng)速對(duì)風(fēng)速風(fēng)向儀的角度測量誤差進(jìn)行補(bǔ)償，而不能補(bǔ)償微觀選址因素引起的風(fēng)速風(fēng)向儀的角度測量誤差的缺點(diǎn)，提高了風(fēng)機(jī)葉輪的對(duì)風(fēng)精度，進(jìn)而提高了風(fēng)機(jī)的發(fā)電效率。
【附圖說明】
[0030]本發(fā)明共有附圖7張，其中:
[0031]圖1是風(fēng)機(jī)機(jī)艙正對(duì)風(fēng)向示意圖。
[0032]圖2是風(fēng)機(jī)機(jī)艙偏航示意圖。
[0033]圖3是實(shí)際風(fēng)速和實(shí)測風(fēng)速示意圖。
[0034]圖4是微觀選址對(duì)風(fēng)機(jī)影響的示意圖。
[0035]圖5是機(jī)艙位置朝向分區(qū)示意圖。
[0036]圖6是本發(fā)明的實(shí)施流程圖。
[0037]圖7是6m/s風(fēng)速時(shí)，考慮微觀選址和不考慮微觀選址的角度測量誤差實(shí)例。
【具體實(shí)施方式】
[0038]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地說明。
[0039]如圖4所示，河北某風(fēng)場某風(fēng)機(jī)A處于圖4中的微觀選址情況，即其西北、東北、西南、東南四個(gè)方向各有一臺(tái)其它風(fēng)機(jī)B1、B2、B3、B4，且其正西方還有一座山丘C。
[0040]為表示風(fēng)機(jī)A在不同方向的微觀選址區(qū)別，如圖5所示，按照東南西北的旋轉(zhuǎn)方向?qū)L(fēng)機(jī)A的位置朝向均分為8個(gè)區(qū)域Pl、P2、…、P8。
[0041]進(jìn)入學(xué)習(xí)周期后，風(fēng)速風(fēng)向儀對(duì)采集到的數(shù)據(jù)按照機(jī)艙位置朝向分類，并依次獲得每個(gè)機(jī)艙位置朝向的角度測量誤差曲線，如圖6所示，最終獲得8條角度測量誤差曲線。
[0042]風(fēng)速風(fēng)向儀在運(yùn)行周期內(nèi)，按照此時(shí)的風(fēng)機(jī)位置朝向Pi選擇對(duì)應(yīng)的角度測量誤差曲線3pi = fpi( V)，并根據(jù)此時(shí)的風(fēng)速V，應(yīng)用補(bǔ)償曲線Spi = f Pi (V)計(jì)算出此時(shí)的角度測量誤差S。最終將此誤差補(bǔ)償后傳遞給主控系統(tǒng)，控制風(fēng)機(jī)葉輪對(duì)風(fēng)。
[0043]現(xiàn)已6m/s風(fēng)速為例具體分析，如圖7所示:
[0044]普通的角度測量誤差函數(shù)δ = ?.(ν)僅為風(fēng)速V的函數(shù)，當(dāng)風(fēng)速為6m/s恒定時(shí)，不論機(jī)艙位置朝向處于何處，其補(bǔ)償?shù)慕嵌葴y量誤差均為2.5°，圖7中的虛線。
[0045]采用本發(fā)明的方案后，風(fēng)速風(fēng)向儀會(huì)根據(jù)風(fēng)機(jī)的機(jī)艙位置朝向?qū)嵌葴y量誤差曲線進(jìn)行獲取，即在6m/s風(fēng)速時(shí)，不同的機(jī)艙位置朝向需要補(bǔ)償?shù)慕嵌葴y量誤差也不相同，如圖7中的柱狀圖所示。當(dāng)機(jī)艙位置為Pl時(shí)，需要補(bǔ)償?shù)慕嵌葴y量誤差為2.6°;當(dāng)機(jī)艙位置為P2時(shí)，需要補(bǔ)償?shù)慕嵌葴y量誤差為1.9° ;……
[0046]為此，6m/s風(fēng)速時(shí)，當(dāng)機(jī)艙位置為P2，普通的角度測量誤差函數(shù)所補(bǔ)償?shù)慕嵌葴y量誤差為2.5°，本發(fā)明補(bǔ)償?shù)慕嵌葴y量誤差為1.9°，減少發(fā)電量損失0.19%;當(dāng)機(jī)艙位置為P6時(shí)，可以最大程度減少發(fā)電量損失0.77%。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于風(fēng)速和位置影響的角度測量誤差方法，其特征在于:包括以下步驟: A、將目標(biāo)風(fēng)機(jī)機(jī)艙位置的朝向按照東南西北的旋轉(zhuǎn)方向均分為8個(gè)區(qū)域P1、P2、…、P8，用來表示不同方向的微觀選址情況； B、風(fēng)速風(fēng)向儀進(jìn)入學(xué)習(xí)周期之前，首先將采集到的數(shù)據(jù)按照機(jī)艙位置朝向進(jìn)行分類，即將數(shù)據(jù)共分為8類;所述的數(shù)據(jù)包括風(fēng)速、風(fēng)速風(fēng)向儀的實(shí)測風(fēng)向偏差角度和葉輪處功率； C、進(jìn)入學(xué)習(xí)周期后，風(fēng)速風(fēng)向儀按照步驟B的分類對(duì)基于風(fēng)速變化的角度測量誤差曲線進(jìn)行學(xué)習(xí)，分別獲取機(jī)艙位置的8類朝向的角度測量誤差曲線δΡ1 = ?.Ρ1(ν)、δΡ2 = ?.Ρ2(V)、…、3p8 = fp8(V)； D、風(fēng)速風(fēng)向儀在運(yùn)行周期內(nèi)，按照此時(shí)的目標(biāo)風(fēng)機(jī)機(jī)艙位置朝向Pi選擇對(duì)應(yīng)的角度測量誤差曲線fe = fPl(v)，并根據(jù)此時(shí)的風(fēng)速V，應(yīng)用角度測量誤差曲線fe = fPl(v)計(jì)算出此時(shí)的角度測量誤差I(lǐng)式中，i = l、2、…、8分別代表不同的機(jī)艙位置朝向，僅選一個(gè)； E、風(fēng)速風(fēng)向儀根據(jù)角度測量誤差δ對(duì)其實(shí)測風(fēng)向偏差角度02進(jìn)行補(bǔ)償后發(fā)送給主控系統(tǒng)，控制風(fēng)機(jī)葉輪對(duì)風(fēng)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于風(fēng)速和位置影響的角度測量誤差方法，包括以下步驟：將目標(biāo)風(fēng)機(jī)機(jī)艙位置的朝向分為8類區(qū)域；風(fēng)速風(fēng)向儀分別獲取機(jī)艙位置的8類朝向的角度測量誤差曲線，風(fēng)速風(fēng)向儀根據(jù)選取的朝向類別的角度測量誤差δ對(duì)實(shí)測風(fēng)向偏差角度θ2進(jìn)行補(bǔ)償后發(fā)送給主控系統(tǒng)。本發(fā)明通過對(duì)風(fēng)機(jī)機(jī)艙位置朝向的分類，獲得不同機(jī)艙位置朝向下的角度測量誤差曲線。在考慮風(fēng)速對(duì)角度測量誤差影響的基礎(chǔ)上，同時(shí)對(duì)微觀選址(機(jī)艙位置朝向)進(jìn)行考慮。解決了角度測量誤差函數(shù)δ＝f(v)僅依靠風(fēng)速對(duì)風(fēng)速風(fēng)向儀的角度測量誤差進(jìn)行補(bǔ)償，而不能補(bǔ)償微觀選址因素引起的風(fēng)速風(fēng)向儀的角度測量誤差的缺點(diǎn)，提高了風(fēng)機(jī)葉輪的對(duì)風(fēng)精度，進(jìn)而提高了風(fēng)機(jī)的發(fā)電效率。
【IPC分類】F03D7/04, F03D17/00
【公開號(hào)】CN105545596
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510946167
【發(fā)明人】馬丁·費(fèi)舍爾, 孟繁擘, 矯斌
【申請(qǐng)人】大連尚能科技發(fā)展有限公司
【公開日】2016年5月4日
【申請(qǐng)日】2015年12月16日