[發明專利]測風系統、測風方法、偏航控制方法和主控系統

有效

• 申請號: 201611178792.7
• 申請日: 2016-12-19
• 公開（公告）號: CN106593764B
• 公開（公告）日: 2021-08-06
• 發明（設計）人: 韓世輝
• 申請（專利權）人: 北京金風科創風電設備有限公司
• 主分類號: F03D7/00
• 分類號: F03D7/00;G01P5/24;G01P13/02
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 王寶筠

1.一種測風系統，其特征在于，包括超聲波測風傳感器、位置傳感器和數據處理器，其中：

所述超聲波測風傳感器安裝在葉輪的導流罩上；

所述位置傳感器安裝在任一與葉輪同步旋轉的位置上；

所述超聲波測風傳感器包括兩對超聲波探頭，每一對超聲波探頭都包括一個超聲波發射器和一個超聲波接收器，定義從第一對超聲波探頭中的發射點到接收點所引的線段為第一線段，從第二對超聲波探頭中的發射點到接收點所引的線段為第二線段，則所述第一線段所在直線與所述第二線段所在直線相交構成二維坐標系，為便于描述，定義所述二維坐標系的兩坐標軸分別為m軸和n軸；

超聲波測風傳感器的測量數據包括V_m和V_n的大小，其中，V_m和V_n是V₀在超聲波測風傳感器所建立的二維坐標系的兩坐標軸上的分量，V₀是超聲波測風傳感器的實時位置上的風速與自身實時線速度的矢量和；風速是矢量，其模值是風速大小，其方向是風向；

當風力發電機組的葉輪靜止時，V_m是指超聲波測風傳感器根據第一對超聲波探頭之間的超聲波傳播速度與超聲波在靜止空氣中的傳播速度相減，得到的葉輪所在位置的風速在m軸上的分量；V_n是指超聲波測風傳感器根據第二對超聲波探頭之間的超聲波傳播速度與超聲波在靜止空氣中的傳播速度相減，得到的葉輪所在位置的風速在n軸上的分量；而當葉輪旋轉起來時，超聲波測風傳感器的測量數據還與超聲波測風傳感器的實時線速度有關，所以V_m是指超聲波測風傳感器實時位置上的風速與超聲波測風傳感器實時線速度的矢量和V₀在m軸上的分量，V_n是指所述矢量和V₀在n軸上的分量；

可見，當葉輪旋轉起來時，V_m、V_n的大小均是與超聲波測風傳感器的實時位置、實時線速度以及所述實時位置上的風向和風速大小有關的量，在V_m和V_n的大小、超聲波測風傳感器的實時位置和實時線速度均已知的情況下，根據葉輪旋轉起來時對應的上述邏輯關系，即可確定出超聲波測風傳感器實時位置上的風向和風速大小；

基于此，所述數據處理器分別與所述超聲波測風傳感器和所述位置傳感器相連，用于獲取所述位置傳感器的實時位置、所述V_m和V_n的大小；根據所述位置傳感器的實時位置與所述超聲波測風傳感器的實時位置之間的對應關系，確定所述超聲波測風傳感器的實時位置；根據所述超聲波測風傳感器實時位置的變化，計算得到所述超聲波測風傳感器的實時線速度；將所述V_m和V_n的大小、所述超聲波測風傳感器的實時位置以及實時線速度代入以所述超聲波測風傳感器實時位置上的風向和風速大小作為自變量的二元一次方程組，求解得到所述超聲波測風傳感器實時位置上的風向和風速大小。

2.根據權利要求1所述的測風系統，其特征在于，所述超聲波測風傳感器包括兩對超聲波探頭；從每一對超聲波探頭中的發射點到接收點所引的線段共同構成直角三角形的兩直角邊；其中一條線段平行于葉輪旋轉軸線，兩條線段所在直線相交構成所述二維坐標系。

3.根據權利要求2所述的測風系統，其特征在于，定義所述二維坐標系的兩坐標軸分別為m、n軸，n軸平行于葉輪旋轉軸線，則所述二元一次方程組為

式中，V₁為所述超聲波測風傳感器實時位置上的風速大小；θ是所述超聲波測風傳感器實時位置上的風向偏離所述n軸的實時方向的角度；α為所述n軸的實時方向偏離所述n軸的初始方向的角度，用以判斷所述超聲波測風傳感器的實時位置；ω×r為所述超聲波測風傳感器的實時線速度。

4.根據權利要求1所述的測風系統，其特征在于，所述超聲波測風傳感器包括兩對超聲波探頭；從每一對超聲波探頭中的發射點到接收點所引的線段共同構成等邊三角形的兩邊；其中一條線段的中垂線平行于葉輪旋轉軸線，且本條線段所在直線與所述中垂線相交構成所述二維坐標系。