[发明专利]获得风力发电机风速值的方法

说明书

本发明共公开一种获得风力发电机风速值的方法，利用风力发电机中与风速有对应关系的参数，建立起求解风速的数学模型，通过该模型计算得到风速值。其优点是，风速采样选点正确，获得的风速值真实可靠，且精度高,没有测量误差；无需使用风速测量装置。

技术领域：

本发明涉及风力发电技术，通过建立风速估计的数学模型，采集可靠的测量信息，由风速估计模型计算出轮毂中心高度处风速，从而可以替代风力发电机组传统的风速仪。

背景技术：

目前，是采用风速仪直接测量来流风的风速值，该风速仪具有一个机械式风杯，作为一次检测元件，安装在机舱尾部，通过该风杯测得的风速并不是风轮正前方的风速，而是受到了风轮旋转尾流影响的风速，与实际的未受扰动的风速存在较大偏差。另外，由于机械式风杯具有转动惯量，而我国风力发电机组大部分安装在风沙大、气候寒冷的野外地区，容易受风沙侵蚀和结冰影响，造成测量精度低，易损坏。为了提高测量的可靠性，通常会安装两个及两个以上的风速仪进行冗余保护，一般将多个风速仪测量的值进行平均作为实测风速。为了检测风速仪是否失效，保护风力发电机组安全运行，通常需设计相应的保护逻辑，但也只能判断风速仪是否有故障，具体哪一个风速仪出现故障或全部风速仪是否故障，还没有准确有效的判断方法，只能进行全部更换，给现场维护检修带来额外工作量。当风力发电机组运行于切出风速附近时，若风速测量值有误，则风力发电机组的运行载荷可能会高于设计值，给机组安全带来巨大隐患。

发明内容：

为了解决上述问题，提出一种技术方案，在不增加硬件成本的基础上，利用风力发电机组现有的测量信号计算出风轮正前方的风速，从而可以替代传统机械式风速仪。

本发明的技术方案是：

一种获得风力发电机风速值的方法，包括步骤：

(1)、利用风力发电机中与风速有对应关系的参数，建立起求解风速的数学模型；

(2)、依据该数学模型编写软件程序，写出代码，存入风力发电机自控系统；

(3)、由风力发电机自控系统运行该软件程序，通过风速数学模型计算得到风速值。

所述建立起求解风速的数学模型的步骤是：

对风力发电机组的传动链模型进行折算，把低速轴的变量折算到高速轴，并认为整个模型为刚性模型，得到简化传动链模型，并设风轮轮毂前面最高点为风速计算的采样点，由刚性模型假设，列出风轮传动链力学模型如下：

其中：

TA表示折算到高速轴侧上气动力矩；

TG表示发电机电磁力矩；

ω表示高速轴转速；

J表示折算后转动惯量。

在(1)等式两端同时乘以ω可得：

进一步对(2)式变形可得能量守恒方程：