[发明专利]垂直轴风力发电机组的最佳转速转矩跟踪曲线的测量方法

权利要求书

1.一种垂直轴风力发电机组的最佳转速转矩跟踪曲线的测量方法，其特征在于，具体步骤如下：

(1)根据理论计算结果和相似系列的经验，预估待测风力发电机组的最佳尖速比和功率系数；

(2)根据预估的最佳尖速比和功率系数确定预估的转速转矩跟踪曲线；

所述步骤(2)的具体方法是：

设在切入风速和额定风速之间的每个风速区间的预估最佳尖速比均为TSR，预估的功率系数均为CP，把风力发电机组需要最佳功率输出的风速段设为{V|V1＜V＜V2}，其中V1为切入风速，V2为额定风速，R为风轮叶片的扫掠面半径，A为风轮叶片扫略面的垂直投影面积；

风力发电机组对应TSR的转速设为N；

N＝V·TSR/R·9.55

对应的输出功率为：P＝0.5×1.225A·V3·CP

对应的转矩为：T＝P/N·9.55

从而得到：T＝6.716×10-3A·(R/TSR)3·CP·N3/N＝CK·N2；

其中CK＝6.716×10-3A·(R/TSR)3·CP

上述T＝CK·N2即为预估的转速转矩跟踪曲线；

(3)通过对预估的转速转矩跟踪曲线进行X轴方向的缩放，得到一组不同缩放程度的转速转矩跟踪曲线；

(4)风力发电机组按不同缩放的转速转矩跟踪曲线实际运行，并获得每条转速转矩跟踪曲线对应的风力发电机实际运行结果；在切入风速和额定风速之间划分多个等间隔风速区间，然后对不同的转速转矩跟踪曲线对应的实际结果进行统计处理，得到每个风速区间内平均输出功率最大的转速转矩跟踪曲线，进而获得在切入风速和额定风速之间的最佳转速转矩跟踪曲线。

2.根据权利要求1所述的垂直轴风力发电机组的最佳转速转矩跟踪曲线的测量方法，其特征在于，所述步骤(3)的具体方法是：

T＝CK·N2的变形曲线为T＝CK·(KX·N)2，KX为变形系数，其取值为以1.0为中心值的单调增加等差数列或等比数列，相邻两个数的比不大于1.11，总的个数不大于7。

3.根据权利要求1所述的垂直轴风力发电机组的最佳转速转矩跟踪曲线的测量方法，其特征在于，所述步骤(4)的具体方法是：

(1)采集和预处理垂直轴风力发电机组运行数据

采用至少0.5Hz以上的速率连续采集机组运行数据：风速、转速、功率；并预处理运行数据，包括平均值、标准差、最大值、最小值；每组预处理的数据组的总采样时间在0.5～10min之间，以10min为一个周期由连续测量的数据形成筛选数据组；

(2)筛选数据

筛选数据包括该10min内的平均风速VSX、平均转速NSX、平均输出功率PSX、动能变化功率PDSX；

设在10min开始时第一组预处理的转速平均值为NS，结束时最后一组预处理的转速平均值为NE，则动能变化功率为：

PDSX＝0.5J((NS/9.55)2-(NE/9.55)2)/600，其中J为风轮转动部分的总惯量；

定义PJSX＝PSX-PDSX，PJSX表示该10min内的风轮从风吸收的功率，称为平均净输出功率PJSX，每组10min筛选数据均需计算和存储该数据；

(3)统计数据

采集结束后，把所有落入到每个风速区间的筛选数据进行平均，得到该风速区间的统计数据，即该风速区间的平均风速Vi、平均转速Ni和平均净功率Pi；平均风速Vi由落入该区间的所有VSX平均而成；平均转速Ni由落入该区间的所有NSX平均而成；平均净功率Pi由落入该区间的所有PJSX平均而成；把上述平均风速Vi、平均转速Ni和平均净功率Pi，折算到风速区间中值Vbi，即Nbi＝Ni·Vbi/Vi；Pbi＝Pi·(Vbi/Vi)3；

为了区别不同KX值跟踪曲线的测量结果，把上述得到的数据表示为：

(Vbi，Nbi(KX)，Pbi(KX))，i＝1,2,3,……；KX＝0.81,0.9,1.0,1.1,1.21；

(4)比较同一风速区间内不同KX曲线得到的功率Pbi(KX))，得到风速区间i内数据组(Nbi(KX)，Pbi(KX))中Pbi(KX)输出功率最大的数据组对应的KX，在该区间内按T＝CK·(KX·N)2跟踪运行，得到最佳功率输出；把Nbi(KX)代入T＝CK·(KX·N)2得到：Tbi(KX)＝CK·(KX·Nbi(KX))2；从而得到该风速区间内的转速转矩工作点(Nbi(KX)，Tbi(KX))

(5)通过统计和数学曲线拟合的方法，把所有风速区间的工作点(Nbi(KX)，Tbi(KX))拟合成一条二次曲线，该二次曲线为最佳的转速转矩跟踪曲线。