一种校准风电机组风向标零位基准位置的方法与流程

1.本发明属于风力发电技术领域，具体涉及一种校准风电机组风向标零位基准位置的方法。


背景技术：

2.目前兆瓦级大型风力发电机组的主流机型都是水平轴、3叶片的变速恒频型风力发电机组，随着风电市场竞争加剧，风机的价格越来越低，无论是基于降低单位千瓦成本的现实还是减少风机安装位置的需要，风机的大型化不可避免，风机的大型化必将带来技术难题和制造难题，这不仅需要风机技术的创新，同时必须确保风机的运行状态和理论计算结果的一致性，否则不仅发电量不能满足设计要求，而且会增加风机载荷，导致风机部件损坏，这就要求风力发电机组所有的传感器的基准位置必须准确，包括风向标传感器。在风机运行过程中，偏航对风是影响风机输出功率和载荷的重要因数，目前风机对风主要采用风向标传感器来测量，并作为偏航控制的输入信号，风机正常运行时，风向标的零位位置需要与机舱的中心线一致，在此情况下风机的输出功率最大，偏航载荷最小，若是风向标的零位位置与机舱中心线存在偏差，则风机的输出功率会降低，风机的载荷会增加，风机部件使用寿命会减少。
3.目前为保证风向标的零位基准位置与机舱中心线一致，在风向标传感器的选型和安装工艺上，许多风机制造厂家和使用方采取了很多方法，比如对于安装在机舱尾部的风向标，在安装时采用激光对中仪，减少风向标的机械安装误差；也有厂家采用了声波测风系统、激光雷达测风系统，以提高检测精度，但是这些方法都存在一定的缺陷，主要问题如下：1)风向标一般是安装在风力发电机组的尾部，在风机运行时，叶轮的旋转对风向标信号会有影响，因此，风向标安装位置机械零位不一定是风机风向实际的零位，且随着风机的长时间运行，风向标的安装机械零位位置可能出现移位，导致误差增大；2)对于采用声波测风系统和激光雷达测风系统的方案，一个是价格昂贵，另外一个对安装环境要求较高，不能适用所有天气情况。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种准确性高、成本低、可靠性高的校准风电机组风向标零位基准位置的方法。
5.本发明目的是通过如下技术方案实现的：一种校准风电机组风向标零位基准位置的方法，包括如下步骤：
6.s1，获取风力发电机组的运行状态；
7.s2，判断风力发电机组是否处于发电状态，是，则转到s3，否则转到s1；
8.s3，获取风力发电机组包括风速、风向与机舱的夹角、风机输出功率在内的运行参数，将上述运行参数以数组形式存储，并记录采样数组的个数；
9.s4，判断采样数组的个数是否大于或等于采样总数设定值，是，则转到s5，否则转
到s12；其中，采样总数设定值为n；
10.s5，计算偏航对风夹角小于零的采样点数和大于等于零采样点数的比值，记为δ1，当δ1超出设定值，返回步骤s1，否则转到s6；
11.s6，利用采集的风速和功率信号，通过分析计算得到用于偏航零位角位置计算的对应偏航对风角大于等于零的功率参数和小于等于零的功率参数，分别记为ψ1和ψ2；
12.s7，计算偏航ψ1与ψ2的差的绝对值，除以对应各风速点理论功率和，记为δ2；
13.s8，计算功率差百分比的反正弦值，得到一个角度值，记为η；
14.s9，判断ψ1和ψ2的大小，若大于等于零的功率累加值大于小于零的功率累加值，则转到s10，否则转到s11；
15.s10，风向标的零位基准位置为η/2；
16.s11，风向标的零位基准位置为-η/2；
17.s12，判断采集到的机舱偏航对风夹角是否为大于等于零，若是，则转到s14，否则转到s13；
18.s13，将机舱偏航对风夹角为小于零的风速信号和功率信号存储在数组中，并记录采样的个数m；
19.s14，将机舱偏航对风夹角为大于等于零的风速信号和功率信号存储在数组中，并记录采样的个数l。
20.进一步的技术方案是，所述步骤s4中，n为大于或等于86400的正整数。
21.进一步的技术方案是，所述步骤s5中的δ1预定值的范围为大于0.65且小于1.5。
22.进一步的技术方案是，所述步骤s6中所述的分析计算算法，包含以下步骤：
23.s15，计算获取的偏航对风夹角为大于等于零的风速信号在不同风速间隔范围内的数据个数并计算平均值，将平均值存储在数组中，记为α3；
24.s16，计算获取的偏航对风夹角为大于等于零的功率信号在不同风速间隔范围内的数据个数并计算平均值，将平均值存储在数组中，记为β3；
25.s17,计算获取的偏航对风夹角为小于零的风速信号在不同风速间隔范围内的数据个数并计算平均值，将平均值存储在数组中，记为α4；
26.s18，计算获取的偏航对风夹角为小于零的功率信号在不同风速间隔范围内的数据个数并计算平均值，将平均值存储在数组中，记为β4；
27.s19，采用线性插值法，计算偏航对风夹角为大于等于零的功率信号在不同风速点的功率值，将该功率点存储在数组中，记为β5；
28.s20，采用线性插值法，计算偏航对风夹角为小于零的功率信号在不同风速点的功率值，将该功率点存储在数组中，记为β6；
29.s21，判断在线性插值后，各风速点对应的偏航对风夹角为大于等于零的功率信号和偏航对风夹角为小于零的功率信号是否为零，若都不为零，则转到s22，否则，数组标号循环累加；
30.s22，计算偏航对风夹角为大于等于零的各功率点的累加值和偏航对风夹角为小于零的各功率点的累加值，分别记为ψ1和ψ2。
31.进一步的技术方案是，所述步骤s15，s16，s17，s18中所述风速范围为大于等于2.5m/s且小于等于25m/s，风速间隔的取值小于等于0.5m/s，且各步骤风速范围及间隔取值
相同。
32.进一步的技术方案是，所述步骤s19，s20中所述的风速范围为大于等于3m/s且小于等于25m/s，风速点的取值方式为均匀取值，取值个数大于等于45，且各步骤风速范围及风速点的取值相同。
33.本发明的有益效果是：本发明人发现风向标的零位位置与机舱的中心线存在差异时，风机在同等风速条件下、不同对风夹角下的输出功率会存在差异，如果风向标零位位置与机舱中心线的差异是正值，则风向与机舱夹角为正时的输出功率大于风向与机舱夹角为负时的输出功率；如果风向标零位位置与机舱中心线的差异是负值，则风向与机舱夹角为负时的输出功率大于风向与机舱夹角为正时的输出功率。本发明通过对风机输出功率的分析处理，可以计算出风机实际运行时的风向标的实际零位基准位置，准确性高，且不需要增加额外的硬件，因此成本低。
34.本发明通过对风力发电机组输出功率的分析处理，通过分析在不同风速、不同机舱与风向标夹角下的风机输出功率；可以计算出风向标的零位基准位置，这样可减少风机的功率损耗，降低风机的运行载荷，减少发电量损失。
附图说明
35.图1为本发明的流程。
36.图2为本发明中采集的信号的数据处理流程图。
具体实施方式
37.下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。此外，本领域技术人员根据本文件的描述，可以对本文件中实施例中以及不同实施例中的特征进行相应组合。
38.如图1所示，本发明的一种校准风电机组风向标零位基准位置的方法，包括如下步骤：
39.s1，获取风力发电机组的运行状态；
40.s2，判断风力发电机组是否处于发电状态，是，则转到s3，否，则转到s1；
41.s3，获取风力发电机组包括风速、风向与机舱的夹角、风机输出功率在内的运行参数，将上述运行参数以数组形式存储，并记录采样数组的个数，然后转到s4；
42.s4，判断采样数组的个数是否大于或等于采样总数设定值，是，则转到s5，否，则转到s12；其中，采样总数设定值为n；
43.s5，计算机舱和风向夹角小于零的采样点数和大于等于零的采样点数的比值，记为δ1，当δ1小于等于0.65或者大于等于1.5，返回步骤s1，否，则转到s6；
44.s6，利用采集的风速和功率信号，通过分析计算算法，得到用于偏航零位角位置计算的对应偏航对风角大于等于零的功率参数和小于等于零的功率参数，分别记为ψ1和ψ2；
45.s7，计算偏航ψ1与ψ2的差的绝对值，除以对应各风速点理论功率和，记为δ2，然后转到s8；
46.s8，计算功率差百分比的反正弦值，得到一个角度值，记为η，然后转到s9。
47.s9，判断ψ1和ψ2的大小，若大于等于零的功率累加值大于小于零的功率累加值，则转到s10，否，则转到s11；
48.s10，风向标的零位基准位置为η/2；
49.s11，风向标的零位基准位置为-η/2；
50.s12，判断采集到的机舱偏航对风夹角是否为大于等于零，若是，则转到s14，否，则转到s13；
51.s13，将机舱偏航对风夹角为小于零的风速信号和功率信号存储在数组中，并记录采样的个数m；
52.s14，将机舱偏航对风夹角为大于等于零的风速信号和功率信号存储在数组中，并记录采样的个数l；
53.如图2所示，步骤s6中所述的分析计算包含以下步骤：
54.s15，计算获取的偏航对风夹角为大于等于零的风速信号在不同风速间隔范围内的数据个数并计算平均值，将平均值存储在数组中，记为α3，然后转到s16，风速取值范围为大于等于2.5m/s且小于等于25m/s，风速间隔取值为小于等于0.5m/s；
55.s16，计算获取的偏航对风夹角为大于等于零的功率信号在不同风速间隔范围内的数据个数并计算平均值，将平均值存储在数组中，记为β3，然后转到s17，风速取值范围为大于等于2.5m/s且小于等于25m/s，风速间隔取值为小于等于0.5m/s，取值间隔与步骤s15相同；
56.s17,计算获取的偏航对风夹角为小于零的风速信号在不同风速间隔范围内的数据个数并计算平均值，将平均值存储在数组中，记为α4，然后转到s18，风速取值范围为大于等于2.5m/s且小于等于25m/s，风速间隔取值为小于等于0.5m/s，取值间隔与步骤s15相同；
57.s18，计算获取的偏航对风夹角为小于零的功率信号在不同风速间隔范围内的数据个数并计算平均值，将平均值存储在数组中，记为β4，然后转到s19，风速取值范围为大于等于2.5m/s且小于等于25m/s，风速间隔取值为小于等于0.5m/s，取值间隔与步骤s15相同；
58.s19，采用线性插值法，计算偏航对风夹角为大于等于零的功率信号在不同风速点的功率值，将该功率点存储在数组中，记为β5，然后转到s20，风速取值范围为大于等于3m/s且小于等于25m/s，风速点均匀取值，取值个数大于等于45；
59.s20，采用线性插值法，计算偏航对风夹角为小于零的功率信号在不同风速点的功率值，将该功率点存储在数组中，记为β6，然后转到s21，风速取值范围为大于等于3m/s且小于等于25m/s，风速点均匀取值，取值个数大于等于45，取值个数与步骤s19相同；
60.s21，判断在线性插值后，各风速点对应的偏航对风夹角为大于等于零的功率信号和偏航对风夹角为小于零的功率信号是否为零，若都不为零，则转到s22，否则，数组标号循环累加；
61.s22，计算偏航对风夹角为大于等于零的各功率点的累加值和偏航对风夹角为小于零的各功率点的累加值，分别记为ψ1和ψ2。
62.综上，本发明通过风机偏航对风夹角、风速、输出功率的分析，计算出风向标的零位基准位置。
63.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，包括对不同机型的参
数设定值的更改，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种校准风电机组风向标零位基准位置的方法，其特征在于，包括如下步骤：s1，获取风力发电机组的运行状态；s2，判断风力发电机组是否处于发电状态，是，则转到s3，否则转到s1；s3，获取风力发电机组包括风速、风向与机舱的夹角、风机输出功率在内的运行参数，将上述运行参数以数组形式存储，并记录采样数组的个数；s4，判断采样数组的个数是否大于或等于采样总数设定值，是，则转到s5，否则转到s12；其中，采样总数设定值为n；s5，计算偏航对风夹角小于零的采样点数和大于等于零采样点数的比值，记为δ1，当δ1超出设定值，返回步骤s1，否则转到s6；s6，利用采集的风速和功率信号，通过分析计算得到用于偏航零位角位置计算的对应偏航对风角大于等于零的功率参数和小于等于零的功率参数，分别记为ψ1和ψ2；s7，计算偏航ψ1与ψ2的差的绝对值，除以对应各风速点理论功率和，记为δ2；s8，计算功率差百分比的反正弦值，得到一个角度值，记为η；s9，判断ψ1和ψ2的大小，若大于等于零的功率累加值大于小于零的功率累加值，则转到s10，否则转到s11；s10，风向标的零位基准位置为η/2；s11，风向标的零位基准位置为-η/2；s12，判断采集到的机舱偏航对风夹角是否为大于等于零，若是，则转到s14，否则转到s13；s13，将机舱偏航对风夹角为小于零的风速信号和功率信号存储在数组中，并记录采样的个数m；s14，将机舱偏航对风夹角为大于等于零的风速信号和功率信号存储在数组中，并记录采样的个数l。2.根据权利要求1所述的校准风电机组风向标零位基准位置的方法，其特征在于，所述步骤s4中，n的值为大于或等于86400。3.根据权利要求1所述的校准风电机组风向标零位基准位置的方法，其特征在于，所述步骤s5中δ1的设定值，上限为1.5，下限为0.65。4.根据权利要求1所述的校准风电机组风向标零位基准位置的方法，其特征在于，所述步骤s6具体包含以下步骤：s15，计算获取的偏航对风夹角为大于等于零的风速信号在不同风速间隔范围内的数据个数并计算平均值，将平均值存储在数组中，记为α3；s16，计算获取的偏航对风夹角为大于等于零的功率信号在不同风速间隔范围内的数据个数并计算平均值，将平均值存储在数组中，记为β3；s17,计算获取的偏航对风夹角为小于零的风速信号在不同风速间隔范围内的数据个数并计算平均值，将平均值存储在数组中，记为α4；s18，计算获取的偏航对风夹角为小于零的功率信号在不同风速间隔范围内的数据个数并计算平均值，将平均值存储在数组中，记为β4；s19，采用线性插值法，计算偏航对风夹角为大于等于零的功率信号在不同风速点的功率值，将该功率点存储在数组中，记为β5；
s20，采用线性插值法，计算偏航对风夹角为小于零的功率信号在不同风速点的功率值，将该功率点存储在数组中，记为β6；s21，判断在线性插值后，各风速点对应的偏航对风夹角为大于等于零的功率信号和偏航对风夹角为小于零的功率信号是否为零，若都不为零，则转到s22，否则，数组标号循环累加；s22，计算偏航对风夹角为大于等于零的各功率点的累加值和偏航对风夹角为小于零的各功率点的累加值，分别记为ψ1和ψ2。5.根据权利要求4所述的校准风电机组风向标零位基准位置的方法，其特征在于，所述步骤s15，s16，s17，s18中所述风速范围为大于等于2.5m/s且小于等于25m/s，风速间隔的取值小于等于0.5m/s，且各步骤风速范围及间隔取值相同。6.根据权利要求4所述的校准风电机组风向标零位基准位置的方法，其特征在于，所述步骤s19，s20中所述的风速范围为大于等于3m/s且小于等于25m/s，风速点的取值方式为均匀取值，取值个数大于等于45，且各步骤风速范围及风速点取值相同。

技术总结
本发明公开了一种校准风电机组风向标零位基准位置的方法。在同等风速条件下，当风机机舱与风向的夹角不同时，风机吸收的功率存在差异，当风机运行时，风向与机舱夹角的变化具有一定的规律，当机舱中心线与风向标的零位基准位置一致时，机舱与风向夹角为正值时输出功率与夹角为负值时的输出功率相同，本发明通过对风力发电机组输出功率的分析处理，通过分析在不同风速、不同机舱与风向夹角下的风机输出功率；可以计算出风向标的零位基准位置，从而对风向标零位进行软件校准，这样可减少风机的功率损失，降低风机的运行载荷，延长风机部件寿命，减少发电量损失。减少发电量损失。减少发电量损失。


技术研发人员：黄建鹏
受保护的技术使用者：湘潭电机股份有限公司
技术研发日：2022.12.16
技术公布日：2023/5/26