[发明专利]一种基于风速影响的风速风向仪的角度测量误差补偿方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种风速风向仪，特别是一种风速风向仪的角度测量误差补偿 方法。

背景技术

风力发电机将风动能转化为电能，目标是在保持风机承受较低机械载荷的 同时尽可能多的发电。要成功实现以上目标，关键是要让风机叶轮精确的对准 风向。

如图1-2所示，根据风机动力学理论，当风速恒定且发电机转速低于额定转 速时,风机的发电功率与风向偏差角度θ的余弦的三次方成正比。设风向无偏差 时，风机叶轮获得的功率为Power1；当风速不变而风向偏差角度为θ时，风机 叶轮获得的功率为Power2，则二者满足如下公式：

Power2＝Power1×cos³θ

因此，当风向偏差角度θ为15度时，会带来约10％的发电量损失。另外， 叶轮的偏离会导致在叶轮乃至整个风机的机械载荷不平衡。这类载荷相比其他 载荷会大得多，如果能降低，就能延长风机使用寿命，或者让现有风机带动更 大的叶轮。

目前，在大多数风机上，风向偏差角度由安装在机舱上方的风速风向仪决 定。但在风机的实际运行过工程中，风速风向仪所测量的风向偏差角度与叶轮 处的实际风向偏差角度之间存在误差。

如图3所示，因为风速风向仪测量的是风机机舱尾部的风向偏差角度θ₂， 而风机主控系统需要的是风机叶轮处的实际风向偏差角度θ₁，即两者间的角度 测量误差表示为：

δ_θ＝θ₂-θ₁

导致风向偏差的因素有很多，其中，不同的风速就是影响风速风向仪的角 度测量误差的主要因素之一。

目前，主控系统根据风向风速仪测量的风向偏差角度θ₂控制风机机舱对风 (偏航控制)，而实际需要被修正的风向偏差角度是θ₁。即对角度测量误差δ_θ的 测量与补偿可以提高风机叶轮对准风向的精度(如图4所示)。

关于不同的风速对风速风向仪的角度测量误差的影响研究，目前还未见相 关报道。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种能够考虑不同风速影 响，并能提高风机叶轮对准风向精度的风速风向仪的角度测量误差补偿方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种基于风速影响的风速风 向仪的角度测量误差补偿方法，包括学习周期和运行周期两部分，具体包括以 下步骤：

A、通过学习周期获得角度测量误差函数

A1、数据预处理

在学习周期内，对风速风向仪所采集到的数据按照风速段进行分类，在不 同的风速段V_i统计风速风向仪的实测风向偏差角度与叶轮处获得的功率之间的 分布曲线，并在曲线最高点处获得风速段V_i对应的角度测量误差δ_i，式中，i表 示风速段的序号，i＝1、2、3、…，m，m代表所分风速段总数；所述的数据包 括风速、风速风向仪的实测风向偏差角度和叶轮处功率；

A2、形成角度测量误差函数

A21、设n＝1

A22、采用最小二乘拟合法，对步骤A1中的各风速段V_i下的风速风向仪的 角度测量误差δ_i进行最小二乘拟合，形成风速风向仪的角度测量误差函数：

δ＝f(v)≈a₀+a₁·v+a₂·v²+…+a_n·vⁿ

式中，ɑ₀、ɑ₁、…、ɑ_n为常数，v为实时风速；

A23、如果拟合后的总体相对误差优于0.01％，则转步骤B；否则令n＝n+1， 转步骤A22；

B、在运行周期将角度测量误差函数用于风速风向仪的角度测量误差补偿

B1、风速风向仪即根据角度测量误差函数δ＝f(v)和此时的风速v对风速风向 仪实测的风向偏差角度θ₂进行误差补偿，公式如下：

θ₁＝θ₂-δ＝θ₂-f(v)