风力机尾流对测风仪数据精度的影响研究

摘要

风力机在实际运行中，当其运行工况发生变化时，控制系统会依据测风仪测得的风数据进行机组调节以保证机组处于最佳运行状态。由于受风力机尾流的影响，测风仪测得的风数据与真实来流之间存在偏差，偏差的存在将对控制系统的控制精度产生影响。因此，本文采用真机实验与数值模拟相结合的方法对测风仪的测量精度进行研究。得如下结论： 由真机实验可知：采用激光雷达测风系统对风力机测风仪测量的风数据校正，并采用bin法实验数据进行处理，可以定量分析测风仪的测量偏差。在转轮转速未达到额定转速，测风仪测量的风速偏差随来流的风速的增加而变大，风向偏差随来流风速的增加减小；转轮转速达到额定转速，测风仪测量风速、风向偏差均随来流的增加逐渐减小，且当风速大于10m/s时，风向偏差将维持约3.5°附近保持不变；同时，根据实验数据，对测风仪测量风速采用二次函数进行修正效果较好。 由数值模拟可知：在实验的基础上，对风力机的尾流分布进行数值研究。结果表明：风力机尾流对测风仪测量精度的影响程度与叶尖速比有关，叶尖速比越小，影响越大；与实验对比，采用定常模拟监测得到风速仪和风向仪位置上的风速、风向值大于实验测量值，且最大误差分别为0.376m/s与2.25°；并且采用数值模拟建立的测风仪测量风速二次修正函数与实验得到的二次函数之间的最大误差为0.2062m/s；为进一步提高模拟精度，本文建立了风速仪和风向仪计算模型，并采用Simon-Wong刚体算法解决二者在计算中的被动响应问题。在加入风速仪风向仪模型后，模拟得到的风速、风向值与实验值之间的误差减小，模拟结果更为精准。 最后，考虑到风速仪测量风速的准确性受安放位置的影响，本文对风速仪的测风位置进行寻优：在竖直高度上，过于接近或者远离机舱都使得监测风速与来流风速存在较大偏差；在水平距离上，机舱两侧监测得风速较高，波动小，向机舱中心越靠近，风速减小，波动增加；且额定风速下寻优得到风速仪最佳测风位置，可以减小其它来流下的测风偏差。

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