[發明專利]一種基于風速影響的風速風向儀的角度測量誤差補償方法

在審

• 申請號: 201510945720.X
• 申請日: 2015-12-16
• 公開（公告）號: CN105569922A
• 公開（公告）日: 2016-05-11
• 發明（設計）人: 馬丁·費舍爾;孟繁擘;矯斌
• 申請（專利權）人: 大連尚能科技發展有限公司
• 主分類號: F03D7/04
• 分類號: F03D7/04
• 代理公司: 大連智高專利事務所(特殊普通合伙) 21235
• 代理人: 胡景波

技術領域

本發明涉及一種風速風向儀，特別是一種風速風向儀的角度測量誤差補償 方法。

背景技術

風力發電機將風動能轉化為電能，目標是在保持風機承受較低機械載荷的 同時盡可能多的發電。要成功實現以上目標，關鍵是要讓風機葉輪精確的對準 風向。

如圖1-2所示，根據風機動力學理論，當風速恒定且發電機轉速低于額定轉 速時,風機的發電功率與風向偏差角度θ的余弦的三次方成正比。設風向無偏差 時，風機葉輪獲得的功率為Power1；當風速不變而風向偏差角度為θ時，風機 葉輪獲得的功率為Power2，則二者滿足如下公式：

Power2＝Power1×cos³θ

因此，當風向偏差角度θ為15度時，會帶來約10％的發電量損失。另外， 葉輪的偏離會導致在葉輪乃至整個風機的機械載荷不平衡。這類載荷相比其他 載荷會大得多，如果能降低，就能延長風機使用壽命，或者讓現有風機帶動更 大的葉輪。

目前，在大多數風機上，風向偏差角度由安裝在機艙上方的風速風向儀決 定。但在風機的實際運行過工程中，風速風向儀所測量的風向偏差角度與葉輪 處的實際風向偏差角度之間存在誤差。

如圖3所示，因為風速風向儀測量的是風機機艙尾部的風向偏差角度θ₂， 而風機主控系統需要的是風機葉輪處的實際風向偏差角度θ₁，即兩者間的角度 測量誤差表示為：

δ_θ＝θ₂-θ₁

導致風向偏差的因素有很多，其中，不同的風速就是影響風速風向儀的角 度測量誤差的主要因素之一。

目前，主控系統根據風向風速儀測量的風向偏差角度θ₂控制風機機艙對風 (偏航控制)，而實際需要被修正的風向偏差角度是θ₁。即對角度測量誤差δ_θ的 測量與補償可以提高風機葉輪對準風向的精度(如圖4所示)。

關于不同的風速對風速風向儀的角度測量誤差的影響研究，目前還未見相 關報道。

發明內容

為解決現有技術存在的上述問題，本發明要設計一種能夠考慮不同風速影 響，并能提高風機葉輪對準風向精度的風速風向儀的角度測量誤差補償方法。

為了實現上述目的，本發明的技術方案如下：一種基于風速影響的風速風 向儀的角度測量誤差補償方法，包括學習周期和運行周期兩部分，具體包括以 下步驟：

A、通過學習周期獲得角度測量誤差函數

A1、數據預處理

在學習周期內，對風速風向儀所采集到的數據按照風速段進行分類，在不 同的風速段V_i統計風速風向儀的實測風向偏差角度與葉輪處獲得的功率之間的 分布曲線，并在曲線最高點處獲得風速段V_i對應的角度測量誤差δ_i，式中，i表 示風速段的序號，i＝1、2、3、…，m，m代表所分風速段總數；所述的數據包 括風速、風速風向儀的實測風向偏差角度和葉輪處功率；

A2、形成角度測量誤差函數

A21、設n＝1

A22、采用最小二乘擬合法，對步驟A1中的各風速段V_i下的風速風向儀的 角度測量誤差δ_i進行最小二乘擬合，形成風速風向儀的角度測量誤差函數：

δ＝f(v)≈a₀+a₁·v+a₂·v²+…+a_n·vⁿ

式中，ɑ₀、ɑ₁、…、ɑ_n為常數，v為實時風速；

A23、如果擬合后的總體相對誤差優于0.01％，則轉步驟B；否則令n＝n+1， 轉步驟A22；

B、在運行周期將角度測量誤差函數用于風速風向儀的角度測量誤差補償

B1、風速風向儀即根據角度測量誤差函數δ＝f(v)和此時的風速v對風速風向 儀實測的風向偏差角度θ₂進行誤差補償，公式如下：

θ₁＝θ₂-δ＝θ₂-f(v)