[發(fā)明專利]一種基于風(fēng)速和位置影響的角度測量誤差方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510946167.1
• 申請日: 2015-12-16
• 公開（公告）號: CN105545596A
• 公開（公告）日: 2016-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馬丁·費(fèi)舍爾;孟繁擘;矯斌
• 申請（專利權(quán)）人: 大連尚能科技發(fā)展有限公司
• 主分類號: F03D7/04
• 分類號: F03D7/04;F03D17/00
• 代理公司: 大連智高專利事務(wù)所(特殊普通合伙) 21235
• 代理人: 胡景波

技術(shù)領(lǐng)域

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)

風(fēng)力發(fā)電機(jī)將風(fēng)動能轉(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)葉輪精確的對準(zhǔn)風(fēng)向。關(guān)于提高風(fēng)速風(fēng)向儀學(xué)習(xí)周期時的風(fēng)機(jī)發(fā)電效率的方法

如圖1-2所示，根據(jù)風(fēng)機(jī)動力學(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,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，風(fēng)機(jī)葉輪獲得的功率為Power1；當(dāng)風(fēng)速不變而風(fēng)向偏差角度為θ時，風(fēng)機(jī)葉輪獲得的功率為Power2，則二者滿足如下公式：

Power2＝Power1×cos³θ

因此，當(dāng)風(fēng)向偏差角度θ為15度時，會帶來約10％的發(fā)電量損失。另外，葉輪的偏離會導(dǎo)致在葉輪乃至整個風(fēng)機(jī)的機(jī)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(fēng)機(jī)使用壽命，或者讓現(xiàn)有風(fēng)機(jī)帶動更大的葉輪。

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。

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θ₂，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θ₁，即兩者間的角度測量誤差表示為：

δ_θ＝θ₂-θ₁

大量實(shí)驗(yàn)表明，這個誤差不是固定的，而是與風(fēng)速相關(guān)的，這個隨風(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)：

δ＝f(v)≈a₀+a₁v+a₂v²+…+a_nvⁿ

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)δ＝f(v)。

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、東南四個方向各有一臺其它風(fēng)機(jī)B1、B2、B3、B4，且其正西方還有一座山丘C。

對于普通的角度測量誤差函數(shù)δ＝f(v)而言，當(dāng)風(fēng)速恒定時，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：

(1)北風(fēng)可以直接到達(dá)目標(biāo)風(fēng)機(jī)A；

(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；

(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；

(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。

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)對目標(biāo)風(fēng)機(jī)A的角度測量誤差影響是不一樣的。

即普通的角度測量誤差函數(shù)δ＝f(v)僅依靠風(fēng)速對風(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。

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，目前還未見報道。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明要設(shè)計一種既考慮風(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。

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：

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；