CN105587474A - 一种风电机组风轮等效风速的测试方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种风电机组风轮等效风速的测试方法和装置，包括：确定风电机组风轮等效风速测试点；运用动能通量理论获取风电机组风轮等效风速。通过该方法解决了大型风电机组功率曲线测试过程中风速的测量精度低、偏差大的问题；有效提高了风电机组功率特性测试的规范性和准确性。

Description

一种风电机组风轮等效风速的测试方法和装置

技术领域

本发明涉及一种测试方法和装置，具体涉及一种风电机组风轮等效风速的测试方法和装置。

背景技术

风力发电作为可再生能源开发中技术最成熟的、最具有规模开发和商业化发展前景的发电方式之一，由于其在减轻环境污染、调整能源结构、解决偏远地区居民用电问题等方面的突出作用，越来越受到世界各国的重视并得到了广泛的开发和应用。近年来我国风力发电发展势头迅猛，风电装机每年翻番，风电机组自身的发电性能，即功率曲线性能指标逐渐成为风电机组制造商、业主及投资商关注的焦点。

为了运用测试手段了解风电机组实际的发电性能，国家标准GB/T18451.2-2012《风电机组功率特性测试》给出了具体的测试方法。即同时测量风电机组净功率、轮毂中心高度风速、风向、温度、气压等参数，得出被测风电机组的实际功率曲线，即V-P曲线。针对风速，标准中给出的方法是在被测风电机组上风向距离被测风电机组2.5倍风轮直径处安装与风电机组轮毂中心高度同高的测风塔，并在测风塔顶部安装杯式风速计，运用该杯式风速计测量得到的风速来等效表征轮毂中心高度的风速。

随着风电机组的容量越来越大，风电机组的叶片也逐渐加长，扫掠面积随之不断变大。目前大容量的风电机组叶片普遍超过100米，如果依然沿用原有标准运用轮毂中心高度一个位置点的风速来表征风轮扫掠面的风速，显然无法匹配，测试精度低。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种风电机组风轮等效风速的测试方法和装置，能够精确地反映整个扫掠面风速情况的风轮等效风速，从而克服了大型风电机组功率曲线测试过程中风速的测量精度低、偏差大的缺陷。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种风电机组风轮等效风速的测试方法，包括：

确定风电机组风轮等效风速测试点；

获取风电机组风轮等效风速。

优选的，所述确定风电机组风轮等效风速测试点包括：根据被测风电机组塔筒高度以及叶轮直径，定义不同的风轮等效风速测点。

进一步地，所述定义不同的风电机组风轮等效风速测点具体包括：在风电机组上风向距离被测风电机组2-4D处安装高度为H+D/2的测风塔；分别在测风塔H+D/2，H+D/3，H，H-D/3，H-D/2位置处安装杯式风速计，通过测量获取风速值vi。

优选的，所述获取风电机组风轮等效风速包括，根据风电机组实际安装位置的风切变系数，运用动能通量理论获取表征风轮扫掠面风速情况的风速。

进一步地，所述获取风轮等效风速的具体包括下述步骤：

设置轮毂中心高度为H，风轮直径为D，计算风电机组风轮等效风速，其表达式为：

$v_{eq}={\left({\Σ}_{i=1}^{n_h}{v}_i^3\frac{A_i}{A}\right)}^{1/3}$

$A_i={\∫}_{z_i}^{z_{i+1}}c\left(z\right)dz=g\left(z_{i+1}\right)-g\left(z_i\right)$

$g\left(z\right)=(H-z)\sqrt{R^2-{(z-H)}^2}+R^{2}Arctan\left(\frac{z-H}{\sqrt{R^2-{(z-H)}^2}}\right)$

式中：vi为高度i处的测量风速；A为风电机组风轮扫掠面积；Ai为高度i处的扫掠面积；V_eq为风电机组风轮等效风速；H为轮毂中心高度；R为风轮半径。

一种风电机组风轮等效风速的测试装置，包括：

定位模块，用于确定风电机组风轮等效风速测试点；

获取模块，获取风电机组风轮等效风速。

与最接近的现有技术比，本发明的优异效果为：

测试项目通过在不同高度处布置测点、安装杯式风速计，获得整个风轮扫掠面的风速分布情况；进而根据动能通量理论得出能够精确反映整个扫掠面风速情况的风轮等效风速。该方法解决了大型风电机组功率曲线测试过程中风速的测量精度低、偏差大的问题。有效提高了风电机组功率特性测试的规范性和准确性。

附图说明

图1为本发明提供的风速测试位置点示意图；

图2为本发明风电机组风轮等效风速的测试方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图2所示，一种风电机组风轮等效风速的测试方法，其特征在于，包括：

确定风电机组风轮等效风速测试点；

根据被测风电机组塔筒高度以及叶轮直径，定义不同的风轮等效风速测点。如图1所示，在风电机组上风向距离被测风电机组2-4D处安装高度为H+D/2的测风塔；分别在测风塔H+D/2，H+D/3，H，H-D/3，H-D/2位置处安装杯式风速计，通过测量获取风速值vi。

获取风电机组风轮等效风速；其包括：根据风电机组实际安装位置的风切变系数，运用动能通量理论获取表征风轮扫掠面风速情况的风速。具体包括下述步骤：

设置轮毂中心高度为H，风轮直径为D，计算风电机组风轮等效风速，其表达式为：

$v_{eq}={\left({\Σ}_{i=1}^{n_h}{v}_i^3\frac{A_i}{A}\right)}^{1/3}$

$A_i={\∫}_{z_i}^{z_{i+1}}c\left(z\right)dz=g\left(z_{i+1}\right)-g\left(z_i\right)$

$g\left(z\right)=(H-z)\sqrt{R^2-{(z-H)}^2}+R^{2}Arctan\left(\frac{z-H}{\sqrt{R^2-{(z-H)}^2}}\right)$

式中：vi为高度i处的测量风速；A为风电机组风轮扫掠面积；Ai为高度i处的扫掠面积；V_eq为风电机组风轮等效风速；H为轮毂中心高度；R为风轮半径。

一种风电机组风轮等效风速的测试装置，包括：

定位模块，用于确定风电机组风轮等效风速测试点；

获取模块，获取风电机组风轮等效风速。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种风电机组风轮等效风速的测试方法，其特征在于，包括：

确定风电机组风轮等效风速测试点；

获取风电机组风轮等效风速。

2.如权利要求1所述的一种风电机组风轮等效风速的测试方法，其特征在于，所述确定风电机组风轮等效风速测试点包括：根据被测风电机组塔筒高度以及叶轮直径，定义不同的风轮等效风速测点。

3.如权利要求2所述的一种风电机组风轮等效风速的测试方法，其特征在于，所述定义不同的风电机组风轮等效风速测点具体包括：在风电机组上风向距离被测风电机组2-4D处安装高度为H+D/2的测风塔；分别在测风塔H+D/2，H+D/3，H，H-D/3，H-D/2位置处安装杯式风速计，通过测量获取风速值vi。

4.如权利要求1所述的一种风电机组风轮等效风速的测试方法，其特征在于，所述获取风电机组风轮等效风速包括，根据风电机组实际安装位置的风切变系数，运用动能通量理论获取表征风轮扫掠面风速情况的风速。

5.如权利要求4所述的一种风电机组风轮等效风速的测试方法，其特征在于，所述获取风轮等效风速的具体包括下述步骤：

设置轮毂中心高度为H，风轮直径为D，计算风电机组风轮等效风速，其表达式为：

$v_{eq}={\left({\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{n_h}{v}_i^3\frac{A_i}{A}\right)}^{1/3}$

$A_i={\∫}_{z_i}^{z_{i+1}}c\left(z\right)dz=g\left(z_{i+1}\right)-g\left(z_i\right)$

$g\left(z\right)=(H-z)\sqrt{R^2-{(z-H)}^2}+R^{2}Arctan\left(\frac{z-H}{\sqrt{R^2-{(z-H)}^2}}\right)$

式中：vi为高度i处的测量风速；A为风电机组风轮扫掠面积：Ai为高度i处的扫掠面积；V_eq为风电机组风轮等效风速；H为轮毂中心高度；R为风轮半径。

6.一种风电机组风轮等效风速的测试装置，其特征在于，包括：

定位模块，用于确定风电机组风轮等效风速测试点；

获取模块，获取风电机组风轮等效风速。