[发明专利]演化风速计算方法及基于该方法的前馈统一变桨控制方法

说明书

本发明公开了一种演化风速计算方法，包括：S1、通过设于风电场内预定位置的激光雷达测风仪测量相应位置的风速数据；S2、根据已知风演化模型提取风速时间信息，求得已知风演化模型对应的时间信息函数；S3、根据已知风演化模型得出测量点风速和无穷远处风速，结合时间信息函数得出任意时刻风速的时移信息；S4、通过风速的时移信息和计算所得的时间信息函数值，求出风力机叶轮中心处的风速时间序列；S5、根据叶轮中心处的风速时间序列判断是否产生风速混叠现象，若产生了风速混叠现象，则进行风速统一化处理，然后得到施加在风力机叶轮中心处的时间与风速一一对应的风速时间序列。本发明提高了对叶轮中心处风速预测的准确性，降低叶片及轮毂载荷。

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种演化风速计算方法及基于该方法的前馈统一变桨控制方法。

背景技术

风力发电是一种高度成熟、商业化前景好的可再生能源应用方式。风能在较小的时间尺度上具有非平稳性，随机性，能量密度低等特点，这些特点导致风速不断变化，使风力机组对于风速的测量或预判始终存在较大误差，导致机组不能充分进行能量捕获、同时也增大了疲劳载荷。变桨系统是风力发电机特有的伺服控制系统，它的主要功能是通过改变桨距角改变叶轮的受力特性，使得其转速可以得到控制，进而改变转动系统的受力情况、发电机功率、疲劳载荷等。

传统的变桨控制系统通过机组的功率或转速参数进行控制，并将传感器测量的功率或转速信息经过数学处理得到桨距角的值，该值作为控制信号重新输入至风力机组完成控制。由于传统的风速风向仪对风速的测量误差过大，而且存在一定的滞后现象，所以应用风速信息的变桨控制器数量极少，实际应用情况也不理想，以往这样的控制方法会造成风资源的浪费，增大机组的疲劳载荷，不利于延长机组寿命。

传统风力机统一变桨控制策略，一般基于控制变量与给定目标之间的差值进行PI比例积分控制，得到桨距角给定，此控制方法存在系统受风影响之后的问题，使用风力机传统测风仪风速信号，同样存在风速滞后问题。使用激光雷达对风速进行预先测量可以解决此问题。

激光雷达测风仪利用多普勒频移原理来测量风资源风况参数，测量精度高达0.1m/s，风向精确度达到0.5度；工作温度范围大，可以满足-30～到+45℃的范围。激光雷达有很长远的应用前景，风力发电机组配备激光雷达装备，有延长风力发电机组6年的使用寿命的潜力，运行风力发电机组中安装的激光雷达前馈控制可以减少日常操作负荷。

目前，虽然已有很多研究人员对风速形成原因、过程及具体数学模型等进行过研究，并有相关的风演化模型提出，但是几乎没有与激光雷达检测数据协同使用的。激光雷达技术的出现可以为风电机组变桨、变距、偏航控制提供新的方法，通过激光雷达监测数据的二次实时处理，整体提高叶轮处风速变化的预测精度，使得很多基于风速的风电机组控制策略可以得到实际应用。

发明内容

本发明为了克服以上技术的不足，提供了一种演化风速计算方法，还提供了一种基于演化风速计算方法的前馈统一变桨控制方法。

本发明克服其技术问题所采用的技术方案是：

一种演化风速计算方法，包括如下步骤：

S1、通过设于风电场内预定位置的激光雷达测风仪测量相应位置的风速数据；

S2、根据任一已知风演化模型提取风速时间信息，求得已知风演化模型对应的时间信息函数；

S3、根据已知风演化模型得出测量点风速和无穷远处风速，并结合时间信息函数得出任意时刻风速的时移信息；

S4、通过风速的时移信息和计算所得的时间信息函数值，求出风力机叶轮中心处的风速时间序列；

S5、根据风力机叶轮中心处的风速时间序列判断是否产生风速混叠现象，若产生了风速混叠现象，则进行风速统一化处理，然后得到施加在风力机叶轮中心处的时间与风速一一对应的风速时间序列；否则，无需任何处理。