[发明专利]一种抑制风力发电机组湍流影响的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种风力发电机组在高湍流等复杂风况运行时抑制湍流影响的方法。

背景技术

风力发电机组通过叶片旋转吸收风能，将风能转化为叶轮旋转的动能，通过齿轮箱将动 能进行传递(对于直驱永磁风力发电机组而言，则没有这一环节)，通过发电机将动能转化 为电能，最后通过输电网络将产生的电能输送出去。

自然界中风的变化十分复杂，其大小、方向时时刻刻在发生着变化，这对风力发电机组 安全有效地吸收风能带来了很大的挑战。首先是风力发电机组能否对通过其风速及风向的测 量具备实时性及准确性；其次是风力发电机组对风况，如风速大小及风向变化，能否做出及 时而准确的响应；最后是风力发电机组能否对风况的变化做出预测，这种预测只是短期的从 控制策略角度考虑，这里只考虑风速仪为下风向设计的风力发电机组。风速仪得的风速是已 经通过叶片的风速，而风向标测得的风向也已经受到叶轮旋转尾流的影响，也即该风速仪不 可能测量到风力发电机组前方的风速及风速变化率，也不可能提前测得下一时刻通过风机的 风向，当然风向变化更不可知。

湍流强度(turbulenceintensity，简写为TI)是指10分钟风速随机变化的幅度，是10分 钟平均风速的标准偏差与同期平均风速的比率，是风力发电机组运行中承受的正常疲劳载 荷，是IEC61400-1风机安全等级分级的重要参数之一。湍流产生的原因主要有两个，一是 当气流流动时，气流会受到地面粗糙度的摩擦或者阻滞作用，另一个原因是由于空气密度差 异和大气温度差异引起的气流垂直运动。通常情况下，上述两个原因往往同时导致湍流的发 生。在中性大气中，空气会随着自身的上升而发生绝热冷却，并与周围环境温度达到热平衡， 因此在中性大气中，湍流强度大小完全取决于地表粗糙度情况。

风电场建设前期，根据测风塔的观测数据评估当地的湍流强度，以此作为风力发电机组 选型指标之一。将湍流强度纳入选型指标更多的是从风力发电机组疲劳载荷方面出发考虑， 被选定的风力发电机组能够满足湍流强度所产生的正常疲劳载荷的影响。

目前对于风力发电机组湍流度的抑制方法并未明确提出，对于湍流强度主要从两个方面 进行应对。一方面，风力发电机组在整机设计时将湍流强度作为设计指标之一进行考虑，但 这是一种被动的应对湍流强度的做法，它是以增加风力发电机组成本为代价达到降低高湍流 影响的；另一方面，风力发电机组在高湍流强度影响下功率曲线等性能参数无法达到机组设 计功率曲线，如何通过新的算法修正湍流强度对功率曲线等影响是当下研究的一个方向。以 上两种办法要么是增加风力发电机组的成本以增强高湍流度的适应性，要么是对风力发电机 组运行效果不佳的理论修正，都没有主动的应对高湍流强度对风力发电机组的影响。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术无法主动应对高湍流强度对风力发电机组发电性能影响 的缺点，提出一种抑制风力发电机组湍流影响的方法。

本发明根据风速，风向等信息，采用相应的控制策略来抑制高湍流对风力发电机组发电 性能的的影响。

风力发电机组运行时，通过风速仪测量实时风速，风向标测量实时的风向，风力发电机 控制器根据实时风速及实时风向等信息，计算实时风况下的湍流因子，在风力发电机组偏航 控制过程中以湍流因子为控制目标对风力发电机组进行控制，抑制湍流强度对风力发电机组 的影响。

本发明方法步骤具体如下：

(1)风力发电机组控制器将风速划分为若干风速域WSR，表示为WSR{S₁，S₂， S₃，S₄，…，S_n}，其中S₁，S₂，S₃，S₄，…，S_n表示风速，且n小于等于10；

(2)根据步骤1划分的风速域，将风速域对应的时间常数定义为时间域TCR，表示为 TCR{T₁，T₂，T₃，T₄，…，T_m}，其中T₁，T₂，T₃，T₄，…，T_m表示时间，风速域WSR 与时间域TCR一一对应；