提高風(fēng)力發(fā)電機組經(jīng)濟性的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，具體講，是一種提高風(fēng)力發(fā)電機組經(jīng)濟性的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 風(fēng)能由于具有分布廣泛、可重復(fù)利用以及技術(shù)成熟等優(yōu)點，已經(jīng)成為最具實用性 的可再生能源形式之一。過去幾十年中的最常見的風(fēng)能利用方式是通過裝有風(fēng)輪的風(fēng)力發(fā) 電機組捕獲風(fēng)能進行發(fā)電。目前風(fēng)力發(fā)電機組的風(fēng)輪大多運行在近地邊界層下部，風(fēng)況受 地表情況影響比較大，風(fēng)速呈現(xiàn)隨機性、突變性等特點，且風(fēng)能是一種不受控資源，通過改 變風(fēng)況來提高風(fēng)力發(fā)電機組的輸出特性是不可能的。
[0003]目前風(fēng)力發(fā)電機組的測風(fēng)儀器主要是安裝在機艙頂部的風(fēng)杯和風(fēng)向標(biāo)，對于上風(fēng) 向風(fēng)力發(fā)電機組來講，其測得的風(fēng)速風(fēng)向并不是風(fēng)輪前的風(fēng)況，而是經(jīng)過旋轉(zhuǎn)風(fēng)輪后的風(fēng) 況（如圖2所示B處風(fēng)況），受到風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)擾動和尾流等影響，不具有真實性以及實時性。另 外，風(fēng)杯、風(fēng)向標(biāo)是機械式測量儀，具有轉(zhuǎn)動慣量，而我國風(fēng)機大部分安裝在風(fēng)沙大、氣候寒 冷的野外地區(qū)，容易受風(fēng)沙侵蝕和結(jié)冰影響，造成測量精度低，易損壞。因此，測得的風(fēng)速、 風(fēng)向一般用于風(fēng)機的啟停保護以及簡單的偏航控制等，對于控制策略來說，不是一個可靠、 有效的輸入量。
[0004] 目前在控制上對于提高風(fēng)力發(fā)電機組出力的研究，基本上都是從優(yōu)化偏航對風(fēng)以 及優(yōu)化最大Cp跟蹤控制兩方面進行的，其共同的要求就是對于來流風(fēng)況的準(zhǔn)確測量，而風(fēng) 輪是一個具有很大轉(zhuǎn)動慣量的部件，這就對最大Cp跟蹤控制的優(yōu)化又提出一個控制要求， 即需要提前預(yù)知風(fēng)況信息以補償巨大慣性帶來的滯后等缺點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了提高風(fēng)機的運行經(jīng)濟性，本發(fā)明提供一種技術(shù)方案，將激光雷達的風(fēng)況信號 引入控制系統(tǒng)，解決傳統(tǒng)風(fēng)杯和風(fēng)向標(biāo)測風(fēng)準(zhǔn)確性差、可靠性低等缺點，優(yōu)化最大Cp跟蹤 控制以及偏航對風(fēng)控制以提高發(fā)電量。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0007] -種提高風(fēng)力發(fā)電機組經(jīng)濟性的方法，準(zhǔn)確測量高風(fēng)力發(fā)電機的來流風(fēng)速、風(fēng)向， 并將其作為控制變量引入機組偏航控制系統(tǒng)，參與優(yōu)化偏航對風(fēng)控制以及最大Cp跟蹤控 制，使風(fēng)輪最大限度地捕獲風(fēng)能，增加發(fā)電功率，提高機組經(jīng)濟性。
[0008] 所述測量風(fēng)力發(fā)電機的來流風(fēng)速、風(fēng)向的具體方法是，設(shè)置一套測量裝置，設(shè)風(fēng)力 發(fā)電機組前方一定距離為測量點，向測量點發(fā)射激光，激光束碰到測量點大氣中的粒子后， 發(fā)生散射，將散射回來的激光束與發(fā)射時的激光束進行對比，得出測量點大氣粒子的運動 速度和方向，依據(jù)粒子對大氣運動的跟隨原理，粒子的運動速度等于大氣運動速度，粒子的 運動方向即大氣運動方向，從而得知測量點的風(fēng)速和風(fēng)向。
[0009] 所述測量裝置包括激光發(fā)生器、發(fā)射器、接收器、信號處理器，所述激光發(fā)生器發(fā) 出激光束，所述發(fā)射器將激光束定向發(fā)射至測量點，所述接收器接收從測量點散射回來的 激光束，所述信號處理器對散射回來的激光束進行處理，得出測量點的風(fēng)速和風(fēng)向測量值。
[0010] 本發(fā)明的有益效果：
[0011] 實施上述技術(shù)方案，通過激光測風(fēng)雷達測得風(fēng)力發(fā)電機組前方一定距離的風(fēng)速、 風(fēng)向信號，不易受到風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)擾動和尾流等影響，相對于傳統(tǒng)的風(fēng)速儀和風(fēng)向標(biāo)，其準(zhǔn)確性 和可靠性得到很大提高，將其測得信號引入到控制算法中，在原有的控制基礎(chǔ)上，優(yōu)化偏航 對風(fēng)控制以及最大Cp跟蹤控制，使風(fēng)輪最大限度地捕獲風(fēng)能，增加發(fā)電功率，從而提高經(jīng) 濟性。
【附圖說明】
[0012] 圖1是激光測風(fēng)雷達原理圖。
[0013] 圖2是本發(fā)明原理圖。
[0014] 圖3是偏航對風(fēng)示意圖。
[0015] 圖4是轉(zhuǎn)矩前饋控制框圖。
[0016] 圖5是最佳槳距角的葉尖速比曲線。
[0017] 圖6是轉(zhuǎn)矩前饋控制框圖。
【具體實施方式】
[0018] 首先，考慮引入風(fēng)速作為控制輸入，但是傳統(tǒng)的測風(fēng)儀器測得的風(fēng)速不能用作控 制量輸入，因此考慮采用新的測量風(fēng)速方法。新的測量方法需要具有以下幾個特點：
[0019] 1.能夠檢測風(fēng)機前方較遠一段距離的風(fēng)速、風(fēng)向情況；
[0020] 2.不易受到風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)以及尾流的影響；
[0021] 3.能夠在多種復(fù)雜野外環(huán)境下工作；
[0022] 4.測量準(zhǔn)確性好，可靠性高；
[0023] 5.從現(xiàn)場施工角度講，易于安裝、測試和維護。
[0024] 測風(fēng)激光雷達是以激光為光源向大氣發(fā)射激光脈沖，接收大氣粒子（主要是氣溶 膠粒子和大氣分子）的后向散射信號，通過分析發(fā)射激光和散射激光的多普勒頻移來計算 出風(fēng)速，圖1是激光測風(fēng)雷達原理圖。
[0025] 激光發(fā)生器產(chǎn)生光源，通過發(fā)射器發(fā)射出去，發(fā)射器可以進行定點聚焦，以確定需 要測量的風(fēng)速的位置，激光束碰到確定距離大氣中的粒子后，進行散射，接收器接收到散射 回來的激光束，通過與發(fā)射時的激光束進行對比，得出測量點粒子的運動速度。
[0026] 由于大氣中的氣溶膠粒子對大氣運動具有很好的跟隨性，而如上面所述，大氣粒 子對激光束的散射主要是由氣溶膠粒子和大氣分子散射造成的，因此可以得出如下結(jié)論：
[0027] 大氣粒子運動速度=風(fēng)速
[0028] 大氣粒子運動方向=風(fēng)向
[0029] 從而也就測得了風(fēng)速風(fēng)向。
[0030] 其次，根據(jù)測得的風(fēng)速引入風(fēng)機控制，由風(fēng)速波動輔助控制轉(zhuǎn)矩，由風(fēng)向變化直接 控制偏航，提尚風(fēng)能的有效吸收。
[0031] 本方案主要有以下優(yōu)點：
[0032] 1、采用激光雷達測量風(fēng)輪前方一定距離風(fēng)向，測量結(jié)果不受風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)、尾流等影 響，準(zhǔn)確性好、可靠性高，因而可以減小風(fēng)向偏差，提高風(fēng)能吸收，提高風(fēng)能利用率。若風(fēng)向 變化過大，超過設(shè)計最大偏航角度，可提前停機以保證安全。
[0033] 2、引入一個前饋控制環(huán)節(jié)，把風(fēng)速看成是一種擾動，當(dāng)風(fēng)速發(fā)生波動時，不需要等 到轉(zhuǎn)速波動后再通過轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩控制器來調(diào)節(jié)，而是直接響應(yīng)風(fēng)速波動，根據(jù)風(fēng)速輔助控 制轉(zhuǎn)矩系統(tǒng)，提高響應(yīng)速度，保持最佳葉尖速比，提高輸出特性。
[0034] 3、對于特殊地形的機位，可以分析其長期風(fēng)況數(shù)據(jù)，以檢驗其風(fēng)況條件或制定扇 區(qū)管理方案等。
[0035] 4、在進行載荷計算時，需要對風(fēng)進行建模，特別是在風(fēng)場中下游風(fēng)機不可避免會 受到上游風(fēng)機的尾流影響，因此