加入主控系统数据传递误差修正的角度测量误差补偿方法

摘要

本发明公开了一种加入主控系统数据传递误差修正的角度测量误差补偿方法，包括以下步骤：消除风速风向仪的角度测量误差；统计风向偏差角度θ3的密度分布直方图或分布曲线；确定风速风向仪与主控系统之间存在的角度传递误差；进行角度传递误差补偿。由于本发明可以检测风速风向仪和主控系统之间的角度传递误差δ2，解决了现有的角度测量误差补偿曲线只能检测风速风向仪的角度测量误差δ1的局限，提高了主控系统对风向角度的获取精度，进而提高了风机叶轮的对风精度，并提高了发电效率。通过对河北某风场某风机应用本发明后，检测出风速风向仪和主控系统之间的角度传递误差为3.5°，进而可以减少该风机0.5％的发电量损失。

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与叶轮处的实际风向之间存在误差。

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，即两者间的误差表示为：

δ_θ＝θ₂-θ₁

大量实验表明，这个误差不是固定的，而是与风速相关的，申请人在申请文件《一种基于风速影响的风速风向仪的风向测量误差补偿方法》中指出，这个随风速v变化的误差符合如下的风向测量误差补偿曲线或风向测量误差补偿函数：

δ≈f(v)≈a₀+a₁·v+a₂·v²+…+a_i·vⁱ+…+a_n·vⁿ

该方法是风速风向仪以风速为条件，将数据按照风速分类，进而统计分析出不同风速下该风机的风速风向仪的角度测量误差，进而获取的角度测量误差曲线δ＝f(v)。

但是该方法只是考虑了风速风向仪的角度测量误差δ₁(如图4)；而对于风机整体而言，风速风向仪和主控系统之间还存在角度传递误差δ₂(如图4)，该误差并不是风向或风速引起的误差，而是电子信号在传递过程中的延时或偏置引起的误差。

即风机叶轮处的实际风向偏差角度为θ₁(如图4)，风向风速仪的实测风向偏差角度为θ₂(如图4)，而该代表风向的电子信号传递到主控系统时，主控系统获得的风向偏差角度是θ₃(如图4)。则θ₂-θ₁＝δ₁为风速风向仪的角度测量误差；而θ₃-θ₂＝δ₂为主控系统的角度传递误差。

所以，上述角度测量误差函数只能对风速风向仪的角度测量误差δ₁进行补偿，而无法补偿主控系统的角度传递误差δ₂，进而降低发电效率。

目前关于主控系统的角度传递误差的获取和修正方法，目前还未见报道。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种加入主控系统数据传递误差修正的角度测量误差补偿方法，既考虑风速影响又考虑主控系统数据传递误差影响，以提高风机叶轮的对风精度。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种加入主控系统数据传递误差修正的角度测量误差补偿方法，包括以下步骤：

A、消除风速风向仪的角度测量误差

在分析差风速风向仪与主控系统之间的角度传递误差前，先对风速风向仪的角度测量误差δ₁进行补偿，即使得角度测量误差δ₁＝0；

B、统计风向偏差角度θ₃的密度分布直方图或分布曲线

在消除角度测量误差δ₁后，风机叶轮处的风向偏差角度θ₁与主控系统获取的风向偏差角度θ₃之间仅存在角度传递误差δ₂；风速风向仪主动搜集目标风机主控系统所采集到的风向偏差角度θ₃，并统计风向偏差角度θ₃的密度分布直方图或分布曲线。

C、确定风速风向仪与主控系统之间存在的角度传递误差

若风速风向仪与主控系统之间的角度传递误差δ₂＝0，则主控系统所采到的风向偏差角度θ₃的密度分布直方图或分布曲线的峰值或对称轴出现在0角度。

若风速风向仪与主控系统之间存在角度传递误差，即δ₂≠0，则主控系统所采到的风向偏差角度θ₃的密度分布直方图或分布曲线的峰值或对称轴不出现在0角度，其峰值处对应的角度即为风速风向仪与主控系统之间的角度传递误差δ₂。

D、进行角度传递误差补偿

风速风向仪进行角度传递误差δ₂的补偿，使主控系统获得的风向偏差角度θ₃直接等于风机叶轮处的风向偏差角度θ₁，提高风机叶轮的对风精度。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

由于本发明可以检测风速风向仪和主控系统之间的角度传递误差δ₂，解决了现有的角度测量误差补偿曲线只能检测风速风向仪的角度测量误差δ₁的局限，提高了主控系统对风向角度的获取精度，进而提高了风机叶轮的对风精度，并提高了发电效率。通过对河北某风场某风机应用本发明后，检测出风速风向仪和主控系统之间的角度传递误差为3.5°，进而可以减少该风机0.5％的发电量损失。

附图说明

本发明共有附图7张，其中：

图1是风机机舱正对风向示意图。

图2是风机机舱偏航示意图。

图3是实际风速和实测风速示意图。

图4是主控系统的角度传递误差示意图。

图5是主控系统的角度传递误差为0时的密度分布直方图。

图6是主控系统的角度数据传递误差不为0时的密度分布直方图。

图7是对河北某风场某风机统计出的密度分布直方图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步地说明。

本发明在分析风速风向仪与主控系统之间的角度传递误差前，先对风速风向仪的角度测量误差δ₁进行补偿，即使得δ₁＝0。

在消除角度测量误差δ₁后，风机叶轮处的风向偏差角度θ₁与主控系统获取的风向偏差角度θ₃之间仅存在角度传递误差δ₂。风速风向仪可以主动搜集目标风机主控系统所采集到的风向偏差角度θ₃，并统计风向偏差角度θ₃的密度分布直方图，若风速风向仪与主控系统之间的角度传递误差δ₂＝0，则风向偏差角度θ₃的分布规律如图5所示。

若风速风向仪与主控系统之间存在角度传递误差，即δ₂≠0，则主控系统所采到的风向偏差角度θ₃的密度分布直方图的峰值(或对称轴)不出现在0角度，如图6所示其峰值(或对称轴)出现在2°，即表明风速风向仪与主控系统之间的角度传递误差为δ₂＝2°。

通过对河北某风场某风机应用本发明后，统计出的风向偏差角度θ₃的密度分布直方图和分布曲线如图7所示，即表明此台风机的风速风向仪与主控系统之间的角度传递误差为δ₂＝3.5°，进而可以减少其0.5％的发电量损失。