[發明專利]基于葉輪等效風速修正的激光雷達輔助控制方法

有效

• 申請號: 201911183034.8
• 申請日: 2019-11-27
• 公開（公告）號: CN111396246B
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發明（設計）人: 孫勇;楊翀;應有;陳棋;李照霞
• 申請（專利權）人: 浙江運達風電股份有限公司
• 主分類號: F03D7/00
• 分類號: F03D7/00;F03D17/00;G06F17/10
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏

1.一種基于葉輪等效風速修正的激光雷達輔助控制方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1-1)基于龍伯格觀測器重構風力發電機組風輪面氣動轉矩；

(1-2)基于牛頓法計算風力發電機組當前風輪面等效風速；

(1-3)基于機載式激光雷達計算前饋等效風速；

(1-4)對激光雷達前饋等效風速時滯序列進行修正；

(1-5)對激光雷達前饋等效風速數值序列進行修正；

(1-6)利用激光雷達輔助控制器基于前饋等效風速進行激光雷達輔助控制；

步驟(1-1)的具體步驟如下：

(2-1)以雙質量塊模型為基礎，視氣動轉矩為等效擾動量，選取風力發電機組設計參數和運行參數，以風輪轉速ω_r，發電機轉速ω_g，低速軸轉矩T_ls為觀測器狀態變量，以發電機電磁轉矩T_e作為輸入量，建立風力發電機組狀態空間模型；

(2-2)根據風力發電機組控制器步長，對得到的風力發電機組狀態空間模型進行離散化處理；

(2-3)合理配置觀測器狀態反饋矩陣，構造龍伯格觀測器，確保觀測器系統不會出現發散和噪聲過大的現象；

(2-4)將龍伯格觀測器集成到風力發電機組控制器；

(2-5)在風力發電機組運行過程中，根據龍伯格觀測器的估計值和發電機電磁轉矩測量值，利用公式T_a(z+1)＝T_ls(z)+J_r[ω_r(z)-ω_r(z-1)]/T_s重構氣動轉矩值，作為氣動轉矩確定值，其中，式中T_s為風力發電機組控制器步長，T_a為重構的氣動轉矩確定值，J_r為風輪轉動慣量；

步驟(1-2)的具體步驟如下：

(3-1)根據靜態功率曲線和機組當前功率，查詢出當前機組功率對應的靜態風速值，作為初始的預設的等效風速ν₁；

(3-2)根據氣動轉矩確定值T_a和有效風速ν的關系式求解氣動轉矩對有效風速ν的偏導數，計算初始的預設的等效風速ν₁處的氣動轉矩值和氣動轉矩對等效風速偏導值其中，氣動轉矩值為氣動轉矩對等效風速偏導值為

式中T_a為氣動轉矩，ρ為空氣密度，S為風輪掃風面積，C_p為風能利用系數，R為風輪半徑，λ為葉尖速比，其中ω_{r_e}為龍伯格觀測器對風輪轉速的觀測值，ν為等效風速，β為槳距角；由風能利用系數與葉尖速比和槳距角之間的關系曲線經線性插值得出；

(3-3)根據等效風速預設值ν₁處的氣動轉矩值與氣動轉矩確定值的差值T_a，以及等效風速預設值ν₁處氣動轉矩對等效風速偏導值，獲得等效風速變化值Δv，獲得等效風速更新值；其中，ν₂＝ν₁+Δv

式中，ν₁為等效風速預設值，ν₂為等效風速更新值，T_a為步驟S105中重構的氣動轉矩確定值，等效風速初值ν₁處的氣動轉矩值，為等效風速初值ν₁處氣動轉矩對等效風速偏導值；

(3-4)比較等效風速更新值ν₂與等效風速預設值ν₁之間的百分比差值；當等效風速更新值ν₂與確定等效風速預設值ν₁之間的百分比差值小于百分比差值預定閾值時，將等效風速更新值ν₂作為迭代求解得到的等效風速，并結束所述迭代求解；

當等效風速更新值ν₂與確定等效風速預設值ν₁之間的百分比差值不小于百分比差值預定閾值時，將等效風速更新值ν₂更新成預設的等效風速ν₁，繼續進行迭代計算；

(3-5)對迭代求解得出的等效風速進行低通濾波處理，作為機組風輪面的當前有效風速V_eff,Turbine；

步驟(1-3)的具體步驟如下：

(4-1)獲取機載式激光雷達一個或多個測量距離上各光束的原始視向風速V_los,i，式中i代表激光雷達光束編號；

(4-2)設置平滑周期，對因氣象原因或者葉片遮擋造成的低信噪比數據，進行保持上一次有效值處理；

(4-3)計算第j個測量距離的前饋等效風速：對于任意單個測量距離，考慮各光束與機載式激光雷達中軸線的夾角，將各光束所測的視向風速還原到機載式激光雷達中軸線，重構縱向風速，視為該測量距離的前饋等效風速，第j個測量距離的前饋等效風速為

式中，i代表激光雷達光束編號，j代表測量距離編號，α為雷達光束與中心軸線的夾角；

(4-4)融合多個測量距離的前饋等效風速到基準測量距離，選定測量距離x₁為基準測量距離，測量距離x₁的前饋等效風速為

式中，x_j表示第j個測量距離，(x_j-x₁)/μ_j為風速從第j個距離門移動到第1個距離門所需的時間，μ_j為測量距離x_j處的前饋等效風速的10分鐘均值；

(4-5)對于基準測量距離x₁，按前饋等效風速為雷達初始等效風速V_Lidar,j或者V_{Lidar_combine}，進行低通濾波處理，作為最終的未修正的雷達前饋等效風速值V_eff,Lida，并根據未修正的雷達前饋等效風速值V_eff,Lidar，根據泰勒凍結理論和感應區理論計算因感應區和風速平移造成的抵達風力發電機組風輪面的所需時間，作為初設的雷達前饋風速抵達時間T_Lidar。