[發明專利]確定裝備LIDAR傳感器的風力渦輪機上游的風速垂直廓線的方法

在審

• 申請號: 202010559123.4
• 申請日: 2020-06-18
• 公開（公告）號: CN112114332A
• 公開（公告）日: 2020-12-22
• 發明（設計）人: H-N·恩古延;F·吉耶曼
• 申請（專利權）人: IFP新能源公司
• 主分類號: G01S17/95
• 分類號: G01S17/95;G01S7/48;F03D7/00
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 錢盛赟;陳斌

1.一種確定風力渦輪機(1)上游的風速的垂直廓線的方法，所述風力渦輪機(1)裝備有面向所述風力渦輪機(1)上游的LiDAR傳感器(2)，其中執行以下步驟：

a)通過所述LiDAR傳感器(2)來測量(MES)在所述風力渦輪機上游的至少一個測量平面(PM)中至少在位于不同高度的兩個測量點(PT1、PT2、PT3、PT4)處的風速，

b)通過以下形式的冪律來構建所述垂直風速廓線的模型(MOD)：

v_z是在高度z處的縱向風速，z₀是參考高度，Vz₀是在參考高度z₀處的縱向風速，并且α是所述冪律的指數，

c)使用所述兩個測量點(PT1、PT2、PT3、PT4)處的所述風速測量來通過無跡卡爾曼濾波器確定所述冪律的所述指數α，以及

d)通過將所確定的指數α應用于所述垂直風速廓線模型來確定所述垂直風速廓線(PRO)。

2.如權利要求1所述的確定風速的垂直廓線的方法，其特征在于，所述無跡卡爾曼濾波器被應用于包括加性噪聲和乘性噪聲的狀態模型。

3.如權利要求2所述的確定風速的垂直廓線的方法，其特征在于，所述狀態模型被寫為：

x(k)＝α(k)是在時間k的狀態變量，y(k)＝v₁(k)是所述狀態模型的與在測量點1在時間k處測量的縱向風速相對應的輸出，η(k-1)是在時間k-1處的指數α的方差，v₂(k)是在測量點2在時間k處測量的縱向風速，z₁是測量點1的高度，z₂是測量點2的高度，ε₁(k)是速度v₁在時間k的噪聲，ε₂(k)是速度v₂在時間k的噪聲。

4.如權利要求2或3中的任一項所述的確定風速的垂直廓線的方法，其特征在于，為了應用所述卡爾曼濾波器，考慮遞增的隨機變量x_a：

x(k)＝α(k)是在時間k的狀態變量，ε₂(k)是速度v₂在時間k的噪聲。

5.如前述權利要求中的任一項所述的確定風速的垂直廓線的方法，其特征在于，所述冪律的所述指數α通過執行以下步驟來確定：

i)初始化k＝0、狀態向量以及協方差矩陣的狀態P(0|0)＝P₀，

ii)在任何時間k，在測量點1和2獲取所述風速測量v₁(k)和v₂(k)，且y(k)＝v₁(k)，以及

iii)在任何時間k，通過下式來確定所述冪律的所述指數α：

K是卡爾曼濾波器增益，P_xy是狀態測量互協方差，P_yy是所預測的測量協方差，m_y是所預測的輸出均值，v₁(k)是在測量點1處在時間k測得的縱向風速，P(k|k-1)是來自時間k-1的測量的誤差方差，并且P(k|k)是來自時間k的測量的誤差方差。

6.一種控制裝備有LiDAR傳感器(2)的風力渦輪機(1)的方法，其中執行以下步驟：

a)通過如前述權利要求中的任一項所述的方法來確定風力渦輪機(1)上游的所述垂直風速廓線，以及

b)根據所述風力渦輪機(1)上游的所述垂直風速廓線來控制所述風力渦輪機(1)。

7.一種計算機程序產品，其特征在于，包括代碼指令，所述代碼指令被前述權利要求中的任一項所述的方法的各步驟。

8.一種用于風力渦輪機的LiDAR傳感器(2)，其特征在于，包括實現如權利要求1到6中的任一項所述的方法的處理單元。

9.一種風力渦輪機(1)，其特征在于，包括如權利要求8所述的LiDAR傳感器(2)，所述LiDAR傳感器(2)被優選地布置在所述風力渦輪機(1)的機艙上或者所述風力渦輪機的輪軸中。