[發明專利]風力發電系統風速風向測量方法

有效

• 申請號: 201010119057.5
• 申請日: 2010-03-08
• 公開（公告）號: CN101776695A
• 公開（公告）日: 2010-07-14
• 發明（設計）人: 蒯狄正;李群;徐洪;江林;殷明慧
• 申請（專利權）人: 江蘇省電力試驗研究院有限公司
• 主分類號: G01P5/00
• 分類號: G01P5/00;G01P13/00
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林;許婉靜

技術領域

本發明涉及一種風力發電系統，尤其是涉及一種低額定轉速風力發電系統風 速風向測量方法，屬于風力發電技術領域。

背景技術

陸地風能資源區域，以年平均風功率密度為指標，可劃分為4個區，即風能 資源豐富區、風能資源較豐富區、風能資源可利用區、風能資源貧乏區。以中 國為例，陸地風能資源分區及占全國國土面積的百分比見表1。中國陸地風能資 源可利用的區域占國土面積約76％。表1為中國陸地風能資源分區及占全國國土 面積的百分比。

表1

目前規模化的風能開發利用主要在風能資源豐富的高風速區，即集中在三 北地區和東南沿海，這部分地區僅占國土面積的8％；而風能資源較豐富區和風 能資源可利用區，屬年均風速≥3.5m/s小時數為2000～5000小時的低風速區， 風能資源沒有得到有效開發利用。

為實現低風速地區風能資源的有效利用，必須有適用的低額定風速風力發 電機。現有風力發電技術在低風速地區的應用存在如下局限：

(1)額定風速高，一般在8～12m/s間。低風速地區，尤其是風能資源可利 用區，年平均風速一般處于蒲氏3級(3.4m/s～5.4m/s)或略高，高額定風速風 力發電機不適用。

(2)中、小功率(50kW及以下功率)風力發電機，一般都采用直驅方式。 低風速地區使用，因風機轉速較低(80rpm以下)，采用常規高額定轉速(150rpm 及以上)發電機難以滿足匹配要求，而配置低額定轉速發電機，又存在體積、 重量大，費用高的問題。

(3)直驅型風電機，當葉輪直徑過大，如超過10米時，偶發性大風下轉 速大，葉輪的安全隱患過大。

(4)現有風力發電機葉片翼型，最佳風能利用系數的風速區段一般為 8～12m/s間，低風速條件下，尤其是低于6m/s風速區段時，風能利用系數較差， 難以滿足低風速條件下俘獲風能最大化。

(5)常規中、小功率風電機一般采用永磁同步發電機，因齒槽效應的作用， 發電機在起動或運轉時，會產生較大的起動轉矩，且電磁轉矩產生脈動。同時 鐵芯的應用使得發電機重量增大、鐵芯損耗的存在又使損耗增大。

(6)常規風力發電系統將風速儀、風向儀安裝于機艙尾部，因測量裝置不 斷轉動、低風速條件下葉片尾部紊流造成風速、風向測量不準。

綜上所述，常規高額定風速風力發電機不適用于風能資源較豐富區和風能 資源可利用區，針對低風速地區，需研制開發適用的低額定轉速、高效、經濟 可靠的風力發電系統，以實現低風速環境下的高效、可靠風電功率轉換。

發明內容

發明所要解決技術問題是提供一種適用于低風速地區的可降低測量誤差的 風力發電系統風速風向測量方法。

為解決上述技術問題，本發明提供一種風力發電系統風速風向測量方法， 其特征在于，包括以下步驟：

1)利用風速儀和風向儀在風輪掃略面的下方桿塔上進行風速、風向測量，風 速儀、風向儀距風輪掃略面垂直距離最少1.5米，距桿塔外邊緣為2倍的桿塔 直徑；

2)控制系統基于測量的風速利用下式進行風速修正，得到輪轂高度處的風速， u₂＝u₁(z₂/z₁)^p

式中：u₁為風速儀安裝處z₁高度測得的風速；u₂為z₂高度，即輪轂高度處 的風速；p為風速高度指數，即風切變指數，依賴于大氣穩定度和地面粗糙度。 可視具體安裝位置進行實測計算得到，風切變指數p的獲取方法為：在安裝風 力發電機前，分別在z₁、z₂高度安裝風速儀進行24小時風速測量記錄，根據記 錄數據，采用最小二乘法，對逐次測試得出的風速按不同時次分類擬合，求出 不同時次風速變化的p指數值。

采用本發明測得的風向為絕對風向(風向基準為正北)，不同于常規風力發電 系統將風向儀安裝于機艙尾部而測得的相對風向(風向基準為旋轉機艙的某一 參考點)，其特征在于，測量點位置固定，沒有因測量裝置不斷轉動、葉片尾部 紊流造成測量不準的問題，且測量風向與地面測量風向、公共天氣預報風向有 一定的一致性。