一種基于風(fēng)力機(jī)機(jī)艙風(fēng)速的來流風(fēng)速計(jì)算方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的來流風(fēng)速的測量領(lǐng)域， 具體的講是一種基于風(fēng)力機(jī)的機(jī)艙風(fēng)速的來流風(fēng)速計(jì)算方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的日趨成熟，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的單機(jī)裝機(jī)容量和總裝機(jī) 容量都在飛速增長，然而整個(gè)風(fēng)電場或者單個(gè)風(fēng)電機(jī)組的系統(tǒng)性能卻一直停滯不前，運(yùn)主 要是由風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行特點(diǎn)的復(fù)雜性造成的。為了更好地制定相應(yīng)的控制策略，提高風(fēng) 力發(fā)電系統(tǒng)性能，對各個(gè)實(shí)時(shí)參量的準(zhǔn)確測量顯得至關(guān)重要。其中，風(fēng)速作為直接決定風(fēng)力 發(fā)電機(jī)組出力的參量，是相應(yīng)控制系統(tǒng)安全高效運(yùn)行的關(guān)鍵。但是，現(xiàn)今對于單機(jī)的風(fēng)速測 量是不準(zhǔn)確的。
[0003] 基于機(jī)艙風(fēng)速計(jì)得到的風(fēng)速由于受端流、塔架、風(fēng)切變、地表粗糖度等因素的影 響，測量值并不能如實(shí)反映來流風(fēng)速。而基于測風(fēng)塔得到的風(fēng)速由于風(fēng)力機(jī)與測風(fēng)塔所處 位置不同，風(fēng)速計(jì)高度和地形不同等原因，造成風(fēng)力機(jī)接受的來流風(fēng)速與測風(fēng)塔測得的風(fēng) 速同樣存在差異。由此可得，直接測量來流風(fēng)速難度較大。
[0004] 針對來流風(fēng)速不易直接測量的現(xiàn)狀，目前，風(fēng)電機(jī)組普遍將機(jī)艙風(fēng)速默認(rèn)為來流 風(fēng)速，對兩者不加W區(qū)分。然而機(jī)艙風(fēng)速是來流風(fēng)速受到機(jī)組葉輪、機(jī)艙、塔筒W及各種環(huán) 境因素影響之后由風(fēng)速計(jì)測量得到的，與來流風(fēng)速存在一定的偏差。在風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)之初， 所有與風(fēng)速有關(guān)的參數(shù)設(shè)置都是W來流風(fēng)速為基準(zhǔn)的，如果簡單地把機(jī)艙風(fēng)速作為來流風(fēng) 速，給機(jī)組的信息必然存在偏差，使得機(jī)組的控制能力下降，影響機(jī)組的系統(tǒng)性能。 陽〇化]目前，常用的來流風(fēng)速測量方法是通過支持向量機(jī)建模和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模，建立W風(fēng)力機(jī)旋轉(zhuǎn)角速度、輸出功率及獎(jiǎng)距角為二次變量，W來流風(fēng)速為主導(dǎo)變量的風(fēng)速測量模 型。然而支持向量機(jī)建模和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模存在一些本質(zhì)的缺陷：支持向量機(jī)對大規(guī)模訓(xùn)練 樣本難W實(shí)施，參數(shù)不容易調(diào)整，隨著相關(guān)參數(shù)的數(shù)量增加，計(jì)算量急劇增大；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)容 易陷入局部極小點(diǎn)、收斂速度慢、結(jié)構(gòu)難W確定。另一方面，兩種智能建模方法樣本的獲取 都是基于風(fēng)力發(fā)電仿真系統(tǒng)得到的，與真實(shí)的物理模型有一定差別，W致試實(shí)驗(yàn)條件缺乏 現(xiàn)場實(shí)際工況的支撐，使得模型的應(yīng)用受到一定限制。
[0006] 現(xiàn)有的另一種方法是基于數(shù)理機(jī)理建模，例如風(fēng)輪單元流管建模。模型的建立完 全基于風(fēng)速在葉輪前后變化的物理機(jī)理，模型的邏輯推理嚴(yán)密，表達(dá)式明確，可W直接對葉 輪后風(fēng)速進(jìn)行修正得到來流風(fēng)速。然而此方法缺少現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證，現(xiàn)場風(fēng)機(jī)運(yùn)行環(huán) 境復(fù)雜多變，各種因素對風(fēng)速交錯(cuò)影響，理論上的計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況并不一致。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明提出一種基于風(fēng)力機(jī)的機(jī)艙風(fēng)速的來流風(fēng)速計(jì)算方法及裝置，W解決現(xiàn)有 技術(shù)中的來流風(fēng)速計(jì)算難度大、精度不高的問題。
[000引為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明實(shí)施例提供一種基于風(fēng)力機(jī)機(jī)艙風(fēng)速的來流風(fēng)速計(jì)算 方法，包括：獲取實(shí)驗(yàn)風(fēng)機(jī)的來流風(fēng)速及機(jī)艙風(fēng)速；利用最小二乘線性擬合法，對所述機(jī)艙 風(fēng)速和來流風(fēng)速進(jìn)行擬合，生成所述機(jī)艙風(fēng)速和來流風(fēng)速的關(guān)系式；獲取待測風(fēng)機(jī)的機(jī)艙 風(fēng)速，并根據(jù)所述機(jī)艙風(fēng)速和來流風(fēng)速的關(guān)系式，生成所述待測風(fēng)機(jī)的來流風(fēng)速。
[0009] 進(jìn)一步地，在一實(shí)施例中，通過在所述實(shí)驗(yàn)風(fēng)機(jī)的主風(fēng)向處安裝激光測風(fēng)儀測量 得到所述實(shí)驗(yàn)風(fēng)機(jī)的來流風(fēng)速。
[0010] 進(jìn)一步地，在一實(shí)施例中，通過所述實(shí)驗(yàn)風(fēng)機(jī)自帶的風(fēng)速計(jì)測量得到所述實(shí)驗(yàn)風(fēng) 機(jī)的機(jī)艙風(fēng)速。
[0011] 進(jìn)一步地，在一實(shí)施例中，所述利用最小二乘線性擬合法，對所述機(jī)艙風(fēng)速和來流 風(fēng)速進(jìn)行擬合，包括：獲取所述實(shí)驗(yàn)風(fēng)機(jī)的一段時(shí)間的來流風(fēng)速數(shù)據(jù)及機(jī)艙風(fēng)速數(shù)據(jù)；對 所述來流風(fēng)速數(shù)據(jù)及機(jī)艙風(fēng)速數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配并篩選；對篩選后的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，W均方誤 差為擬合函數(shù)指標(biāo)，進(jìn)行直線擬合，得到機(jī)艙風(fēng)速和來流風(fēng)速的關(guān)系式。
[0012] 進(jìn)一步地，在一實(shí)施例中，所述利用最小二乘線性擬合法，對所述機(jī)艙風(fēng)速和來流 風(fēng)速進(jìn)行擬合，包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速由并網(wǎng)起始一直增加到轉(zhuǎn)速不變所對應(yīng)的機(jī)艙風(fēng) 速為第一節(jié)點(diǎn)，W及由獎(jiǎng)距角保持0度不變到開始增大所對應(yīng)的機(jī)艙風(fēng)速為第二節(jié)點(diǎn)，將 風(fēng)速區(qū)間劃分為Ξ段；對每段風(fēng)速區(qū)間的數(shù)據(jù)分別利用最小二乘線性擬合法進(jìn)行直線擬 合，生成所述機(jī)艙風(fēng)速和來流風(fēng)速的關(guān)系式。
[0013] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明實(shí)施例還提供一種基于風(fēng)力機(jī)機(jī)艙風(fēng)速的來流風(fēng)速計(jì) 算裝置，包括：獲取單元，用于獲取實(shí)驗(yàn)風(fēng)機(jī)的來流風(fēng)速及機(jī)艙風(fēng)速；擬合單元，用于利用 最小二乘線性擬合法，對所述機(jī)艙風(fēng)速和來流風(fēng)速進(jìn)行擬合，生成所述機(jī)艙風(fēng)速和來流風(fēng) 速的關(guān)系式；計(jì)算單元，用于獲取待測風(fēng)機(jī)的機(jī)艙風(fēng)速，并根據(jù)所述機(jī)艙風(fēng)速和來流風(fēng)速的 關(guān)系式，生成所述待測風(fēng)機(jī)的來流風(fēng)速。
[0014] 進(jìn)一步地，在一實(shí)施例中，所述獲取單元通過在所述實(shí)驗(yàn)風(fēng)機(jī)的主風(fēng)向處安裝激 光測風(fēng)儀測量得到所述實(shí)驗(yàn)風(fēng)機(jī)的來流風(fēng)速。
[0015] 進(jìn)一步地，在一實(shí)施例中，所述獲取單元通過所述實(shí)驗(yàn)風(fēng)機(jī)自帶的風(fēng)速計(jì)測量得 到所述實(shí)驗(yàn)風(fēng)機(jī)的機(jī)艙風(fēng)速。
[0016] 進(jìn)一步地，在一實(shí)施例中，所述擬合單元還包括：數(shù)據(jù)獲取單元，用于獲取所述實(shí) 驗(yàn)風(fēng)機(jī)的一段時(shí)間的來流風(fēng)速數(shù)據(jù)及機(jī)艙風(fēng)速數(shù)據(jù)；匹配篩選單元，用于對所述來流風(fēng)速 數(shù)據(jù)及機(jī)艙風(fēng)速數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配并篩選；直線擬合單元，用于對篩選后的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，W均 方誤差為擬合函數(shù)指標(biāo)，進(jìn)行直線擬合，得到機(jī)艙風(fēng)速和來流風(fēng)速的關(guān)系式。
[0017] 進(jìn)一步地，在一實(shí)施例中，所述擬合單元還包括：分段單元，用于W風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn) 速由并網(wǎng)起始一直增加到轉(zhuǎn)速不變所對應(yīng)的機(jī)艙風(fēng)速為第一節(jié)點(diǎn)，W及由獎(jiǎng)距角保持0度 不變到開始增大所對應(yīng)的機(jī)艙風(fēng)速為第二節(jié)點(diǎn)，將風(fēng)速區(qū)間劃分為Ξ段；分段擬合單元，用 于對每段風(fēng)速區(qū)間的數(shù)據(jù)分別利用最小二乘線性擬合法進(jìn)行直線擬合，生成所述機(jī)艙風(fēng)速 和來流風(fēng)速的關(guān)系式。
[0018] 本發(fā)明提出的基于風(fēng)力機(jī)機(jī)艙風(fēng)速的來流風(fēng)速計(jì)算方法及裝置，只需要對試驗(yàn)機(jī) 組安裝一定精度的設(shè)備（例如激光測風(fēng)儀），對來流風(fēng)速進(jìn)行一段時(shí)間的測量，即可根據(jù)相 應(yīng)時(shí)間段的機(jī)艙風(fēng)速，得到兩者的函數(shù)關(guān)系式。來流風(fēng)速的有效獲取，提高了機(jī)組的控制性 能，保證了機(jī)組安全高效地運(yùn)行，增加了機(jī)組的發(fā)電效益。
【附圖說明】
[0019] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可W根 據(jù)運(yùn)些附圖獲得其他的附圖。
[0020] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例的基于風(fēng)力機(jī)機(jī)艙風(fēng)速的來流風(fēng)速計(jì)算方法的流程圖；
[0021] 圖2為本發(fā)明一實(shí)施例中的機(jī)艙風(fēng)速與對應(yīng)來流風(fēng)速的散點(diǎn)圖；
[0022] 圖3為本發(fā)明一實(shí)施例中的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速與獎(jiǎng)距角隨風(fēng)速增大的變化曲線圖；
[0023] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例的基于風(fēng)力機(jī)機(jī)艙風(fēng)速的來流風(fēng)速計(jì)算裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024] 圖5為本發(fā)明具體實(shí)施例的對機(jī)組的整個(gè)運(yùn)行工況區(qū)間進(jìn)行整體線性擬合的擬 合直線示意圖；
[0025] 圖6為本發(fā)明具體實(shí)施例的整體擬合誤差示意圖；
[00%] 圖7為本發(fā)明具體實(shí)施例的對機(jī)組劃分的Ξ個(gè)運(yùn)行區(qū)間分別進(jìn)行線性擬合的擬 合直線示意圖；
[0027] 圖8為本發(fā)明具體實(shí)施例的分段擬合誤差示意圖；
[0028] 圖9為本發(fā)明具體實(shí)施例的分段擬合與整體擬合通過實(shí)測數(shù)據(jù)得到的驗(yàn)證曲線 圖；
[0029] 圖10為本發(fā)明具體實(shí)施例的誤差分布圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；?本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技