【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種大型風電機組氣動性能現場歷史演化行為分析方法，屬于風能產業中的氣動力學
技術介紹
1、風電產業潛力巨大。風電機組是將風能轉換為電能的裝置，捕獲空氣動能的能力與機組氣動性能密切相關。因此，在風電機組設計時，結構與氣動性能的分析是關注的焦點，一些氣動性能分析方法，如經典的葉素—動量理論(bem)、計算流體動力學(cfd)等受到廣泛關注。例如，amoretti等人基于bem理論進行雙轉輪風電機組的氣動設計，而vaz等人考慮尾流對風輪平面的影響，建立了基于bem理論的風電機組設計模型，esfahanian等人則采用cfd和bem混合分析來模擬機組風輪周圍的流場，以預測空氣動力學性能。筆者團隊在前期研究中，構建了bem理論和動態失速模型聯合的風電機組氣動載荷計算模型。氣動設計與控制設計相結合，可以設計出風電機組功率特性曲線，作為機組運行控制策略的依據。隨著服役年限的增加，風電機組自然老化帶來的性能劣化不可避免。這一問題隨著大批量風電機組進入“壯老”年，愈發不容忽視。有關風電機組老化及其評價的研究受到越來越多的研究者關注。在風電場，描述現場機組氣動性能歷史演化行為是事關機組運行維護與優化的一個難點問題。一是因為風電機組是超大型機械結構，現場進行氣動流場測試無法進行，二是現場數據有限，沒有直接描述氣動性能的運行參數。
2、對現場服役機組而言，額外增加硬件測試系統并不現實，充分利用已有scada數據是可行之策。scada數據中記錄了機艙風速、風輪(發電機)轉速、發電機功率等諸多運行參數數據，可以間接反映風電機組氣動
技術實現思路
1、基于上述
技術介紹
分析可知，隨著服役年限的增加，風電機組自然老化帶來的性能劣化不可避免，描述現場機組氣動性能歷史演化行為是事關機組運行維護與優化的一個難點問題。為此，本專利技術提出一種基于現場scada數據的分析方法，將功率系數作為氣動性能現場分析的基本指標，采用數據補償和數據濾波克服scada風速數據“偏差性”和“隨機性”兩個不利因素的影響。將風速和風輪轉速之間的關系視為慣性系統，并提出數據驅動時間常數確定法。設計了符合實際的計算工況區域劃分算法，采用數據分箱方法和“保守”數據對比法分別解決了工況劃分時需要解決的散點數據“單值化”和區間臨界值確定的問題。然后，分別計算了基于瞬時功率和累積功率的功率系數。以四個指標多角度觀測算法的有效性，分別給出了兩臺機組5年劣化度，描述了機組現場氣動性能的歷史演化，結果表明所提方法有效可行。
2、本專利技術采用的技術方案為一種大型風電機組氣動性能現場歷史演化行為分析方法，該方法包括：
3、步驟1，確定風電機組氣動性能現場歷史演化行為基本評價指標；根據葉素理論和現場氣動性能分析，確定功率系數作為風輪葉片氣動性能現場分析的基本評價指標，為步驟2、3、4進行風電機組氣動性能現場歷史演化行為分析提供評價指標。
4、步驟2，現場風速數據預處理；考慮現場風速數據的流場特征，對采集的scada風速數據進行預處理，采用數據補償克服scada風速數據偏差性，從預處理的scada風速數據本身來確定系統時間，提出數據驅動時間常數確定法，確定合理的濾波時間常數，克服scada風速數據隨機性，為步驟4計算功率系數提供更為準確的風速數據。
5、步驟3，計算工況區域劃分；設計符合葉片現場數據實際特征的計算工況區域劃分算法，采用數據分箱方法和“保守”數據對比法分別解決工況劃分時需要解決的散點數據“單值化”和區間臨界值確定的問題，為步驟4功率系數計算提供準確的最大風能跟蹤工況區域mppt。
6、步驟4，基于現場數據的功率系數計算；基于瞬時功率和累積功率計算功率系數，并提出四指標多角度觀測算法，即基于瞬時功率計算得到的區間功率系數均值和最大值cpmaxi，基于累積功率計算得到的區間功率系數均值和最大值cpmaxa四個評價指標觀測大型風電機組氣動性能現場歷史演化行為。
7、進一步地，所述步驟1的實施過程如下，作用在葉片葉素上的升力和阻力分別寫為dl、dd，根據力的合成與分解原理，寫為法向力和切向力dfn、dft。作用在風輪某一個葉素圓環上的轉矩dm為：
8、
9、式中，b為風輪葉片數，ρ為空氣密度，v0為合成氣流速度，ct為切向力系數，r為當前葉素所在圓環處半徑。
10、作用在風輪某一個葉素圓環上的軸向力dt寫為：
11、
12、式中，c為葉素剖面弦長，cn為法向力系數。
13、設風輪半徑為r，風輪旋轉速度為ω，根據式(1)和式(2)，作用在整個風輪上轉矩m、軸向力t和風輪軸功率prt為：
14、
15、
16、prt＝mω??????(5)
17、風輪功率系數cp為
18、
19、從上面分析過程可以看出，對葉片氣動性能的描述涉及到升力特性、阻力特性、推力特性、轉矩特性等多個方面，這些因素都是在葉片設計階段需要充分考慮的事項。然而，在風電場，能夠現場直接觀測的量很少，有關葉片氣動性能的描述只能從scada數據中挖掘分析，根據式(6)，通過功率和風速數據，外加空氣密度信息可計算出風輪功率系數。因此，在風電場，功率系數是進行風輪葉片氣動性能分析的基本指標。
20、進一步地，所述步驟2的實施過程如下；
21、步驟2.1風速數據補償；在scada系統中，風速數據來自于安裝于機艙上的風速傳感器。流經風輪前的風速設為v1，通過風輪時的風速為vd，流經風輪后的風速設為v2，顯然v1＞v2，在相對穩定的風速條件下：
22、
23、式中，p為發電機功率，s為風輪掃掠面積。
24、由公式(7本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種大型風電機組氣動性能現場歷史演化行為分析方法，其特征在于，該方法包括：
2.根據權利要求1所述的一種大型風電機組氣動性能現場歷史演化行為分析方法，其特征在于，所述步驟1的實施過程如下，作用在葉片葉素上的升力和阻力分別寫為dL、dD，根據力的合成與分解原理，寫為法向力和切向力dFn、dFt；作用在風輪某一個葉素圓環上的轉矩dM為：
3.根據權利要求2所述的一種大型風電機組氣動性能現場歷史演化行為分析方法，其特征在于，所述步驟2的實施過程如下；
4.根據權利要求3所述的一種大型風電機組氣動性能現場歷史演化行為分析方法，其特征在于，所述步驟3的實施過程如下，選取可比較工況內的風輪功率系數；在風電機組的多個運行工況中，最大風能跟蹤工況的特點是保持功率系數不變；根據風電機組轉速-功率曲線，計算工況的確定關鍵是明確最大風能跟蹤區域的最低轉速和最高轉速；選擇轉速-功率曲線作為判斷依據是因為這兩個參數相對風速而言都穩定、緩變；以最大風能跟蹤區域為計算工況區域，需要解決兩個問題：1)將轉速—功率散點圖進行單值化處理；2)明確最大風能跟蹤區域的最低轉速和最
5.根據權利要求4所述的一種大型風電機組氣動性能現場歷史演化行為分析方法，其特征在于，所述步驟4的實施過程如下，按照式(6)及式(22)分別計算基于瞬時功率和累積功率的功率系數，按照式(8)計算來流風速，按照時間常數τ(40s)進行風速濾波和功率累積積分；
...【技術特征摘要】
1.一種大型風電機組氣動性能現場歷史演化行為分析方法，其特征在于，該方法包括：
2.根據權利要求1所述的一種大型風電機組氣動性能現場歷史演化行為分析方法，其特征在于，所述步驟1的實施過程如下，作用在葉片葉素上的升力和阻力分別寫為dl、dd，根據力的合成與分解原理，寫為法向力和切向力dfn、dft；作用在風輪某一個葉素圓環上的轉矩dm為：
3.根據權利要求2所述的一種大型風電機組氣動性能現場歷史演化行為分析方法，其特征在于，所述步驟2的實施過程如下；
4.根據權利要求3所述的一種大型風電機組氣動性能現場歷史演化行為分析方法，其特征在于，所述步驟3的實施過程如下，選取可比較工況內的風輪功率系數；在...
【專利技術屬性】
技術研發人員：戴巨川，曾輝藩，張帆，高國強，李建濤，顏健，
申請(專利權)人：湖南科技大學，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。