專(zhuān)利名稱：：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)風(fēng)速風(fēng)向測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，尤其是涉及一種低額定轉(zhuǎn)速風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)風(fēng)速風(fēng)向測(cè)量方法，屬于風(fēng)力發(fā)電
技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
：陸地風(fēng)能資源區(qū)域，以年平均風(fēng)功率密度為指標(biāo)，可劃分為4個(gè)區(qū)，即風(fēng)能資源豐富區(qū)、風(fēng)能資源較豐富區(qū)、風(fēng)能資源可利用區(qū)、風(fēng)能資源貧乏區(qū)。以中國(guó)為例，陸地風(fēng)能資源分區(qū)及占全國(guó)國(guó)土面積的百分比見(jiàn)表1。中國(guó)陸地風(fēng)能資源可利用的區(qū)域占國(guó)土面積約76%。表1為中國(guó)陸地風(fēng)能資源分區(qū)及占全國(guó)國(guó)土面積的百分比。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage3</column></row><table>目前規(guī)?；娘L(fēng)能開(kāi)發(fā)利用主要在風(fēng)能資源豐富的高風(fēng)速區(qū)，即集中在三北地區(qū)和東南沿海，這部分地區(qū)僅占國(guó)土面積的8%;而風(fēng)能資源較豐富區(qū)和風(fēng)能資源可利用區(qū)，屬年均風(fēng)速^3.5m/s小時(shí)數(shù)為20005000小時(shí)的低風(fēng)速區(qū)，風(fēng)能資源沒(méi)有得到有效開(kāi)發(fā)利用。為實(shí)現(xiàn)低風(fēng)速地區(qū)風(fēng)能資源的有效利用，必須有適用的低額定風(fēng)速風(fēng)力發(fā)電機(jī)?，F(xiàn)有風(fēng)力發(fā)電技術(shù)在低風(fēng)速地區(qū)的應(yīng)用存在如下局限(1)額定風(fēng)速高，一般在812m/s間。低風(fēng)速地區(qū)，尤其是風(fēng)能資源可利用區(qū)，年平均風(fēng)速一般處于蒲氏3級(jí)(3.4m/s5.4m/s)或略高，高額定風(fēng)速風(fēng)力發(fā)電機(jī)不適用。(2)中、小功率(50kW及以下功率)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，一般都采用直驅(qū)方式。低風(fēng)速地區(qū)使用，因風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速較低(80rpm以下)，采用常規(guī)高額定轉(zhuǎn)速(150rpm及以上)發(fā)電機(jī)難以滿足匹配要求，而配置低額定轉(zhuǎn)速發(fā)電機(jī)，又存在體積、重量大，費(fèi)用高的問(wèn)題。(3)直驅(qū)型風(fēng)電機(jī)，當(dāng)葉輪直徑過(guò)大，如超過(guò)IO米時(shí)，偶發(fā)性大風(fēng)下轉(zhuǎn)速大，葉輪的安全隱患過(guò)大。(4)現(xiàn)有風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片翼型，最佳風(fēng)能利用系數(shù)的風(fēng)速區(qū)段一般為812m/s間，低風(fēng)速條件下，尤其是低于6m/s風(fēng)速區(qū)段時(shí)，風(fēng)能利用系數(shù)較差，難以滿足低風(fēng)速條件下俘獲風(fēng)能最大化。(5)常規(guī)中、小功率風(fēng)電機(jī)一般采用永磁同步發(fā)電機(jī)，因齒槽效應(yīng)的作用，發(fā)電機(jī)在起動(dòng)或運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，且電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生脈動(dòng)。同時(shí)鐵芯的應(yīng)用使得發(fā)電機(jī)重量增大、鐵芯損耗的存在又使損耗增大。(6)常規(guī)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)將風(fēng)速儀、風(fēng)向儀安裝于機(jī)艙尾部，因測(cè)量裝置不斷轉(zhuǎn)動(dòng)、低風(fēng)速條件下葉片尾部紊流造成風(fēng)速、風(fēng)向測(cè)量不準(zhǔn)。綜上所述，常規(guī)高額定風(fēng)速風(fēng)力發(fā)電機(jī)不適用于風(fēng)能資源較豐富區(qū)和風(fēng)能資源可利用區(qū)，針對(duì)低風(fēng)速地區(qū)，需研制開(kāi)發(fā)適用的低額定轉(zhuǎn)速、高效、經(jīng)濟(jì)可靠的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)低風(fēng)速環(huán)境下的高效、可靠風(fēng)電功率轉(zhuǎn)換。
發(fā)明內(nèi)容發(fā)明所要解決技術(shù)問(wèn)題是提供一種適用于低風(fēng)速地區(qū)的可降低測(cè)量誤差的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)風(fēng)速風(fēng)向測(cè)量方法。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)風(fēng)速風(fēng)向測(cè)量方法，其特征在于，包括以下步驟1)利用風(fēng)速儀和風(fēng)向儀在風(fēng)輪掃略面的下方桿塔上進(jìn)行風(fēng)速、風(fēng)向測(cè)量，風(fēng)速儀、風(fēng)向儀距風(fēng)輪掃略面垂直距離最少1.5米，距桿塔外邊緣為2倍的桿塔直徑；2)控制系統(tǒng)基于測(cè)量的風(fēng)速利用下式進(jìn)行風(fēng)速修正，得到輪轂高度的風(fēng)速，u2=u丄(Z2/z》P式中Ul為風(fēng)速儀安裝處Zl高度測(cè)得的風(fēng)速；ll2為Z2高度，即輪轂高度處的風(fēng)速；P為風(fēng)速高度指數(shù)，即風(fēng)切變指數(shù)，依賴于大氣穩(wěn)定度和地面粗糙度?？梢暰唧w安裝位置進(jìn)行實(shí)測(cè)計(jì)算得到，風(fēng)切變指數(shù)P的獲取方法為在安裝風(fēng)力發(fā)電機(jī)前，分別在W、A高度安裝風(fēng)速儀進(jìn)行24小時(shí)風(fēng)速測(cè)量記錄，根據(jù)記錄數(shù)據(jù)，采用最小二乘法，對(duì)逐次測(cè)試得出的風(fēng)速按不同時(shí)次分類(lèi)擬合，求出不同時(shí)次風(fēng)速變化的P指數(shù)值。采用本發(fā)明測(cè)得的風(fēng)向?yàn)榻^對(duì)風(fēng)向(風(fēng)向基準(zhǔn)為正北)，不同于常規(guī)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)將風(fēng)向儀安裝于機(jī)艙尾部而測(cè)得的相對(duì)風(fēng)向(風(fēng)向基準(zhǔn)為旋轉(zhuǎn)機(jī)艙的某一參考點(diǎn))，其特征在于，測(cè)量點(diǎn)位置固定，沒(méi)有因測(cè)量裝置不斷轉(zhuǎn)動(dòng)、葉片尾部紊流造成測(cè)量不準(zhǔn)的問(wèn)題，且測(cè)量風(fēng)向與地面測(cè)量風(fēng)向、公共天氣預(yù)報(bào)風(fēng)向有一定的一致性。本發(fā)明所達(dá)到的有益效果本發(fā)明在風(fēng)輪掃略面的下方桿塔上進(jìn)行風(fēng)速、風(fēng)向測(cè)量，同時(shí)控制系統(tǒng)進(jìn)行風(fēng)速修正，解決了低風(fēng)速環(huán)境下，機(jī)艙尾部氣流因受葉片轉(zhuǎn)動(dòng)的影響較大，風(fēng)速風(fēng)向測(cè)量誤差較大的問(wèn)題。本發(fā)明測(cè)得的風(fēng)向?yàn)榻^對(duì)風(fēng)向，測(cè)量結(jié)果與地面測(cè)量風(fēng)向、公共天氣預(yù)報(bào)風(fēng)向有一定的一致性，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)可及時(shí)發(fā)現(xiàn)風(fēng)向測(cè)量不準(zhǔn)的問(wèn)題。圖1為本發(fā)明的測(cè)量方法的測(cè)量示意圖。具體實(shí)施例方式本發(fā)明有別于常規(guī)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在機(jī)艙尾部進(jìn)行風(fēng)速風(fēng)向測(cè)量，本發(fā)明利用風(fēng)速儀2和風(fēng)向儀1在風(fēng)輪掃略面的下方桿塔上進(jìn)行風(fēng)速、風(fēng)向測(cè)量?？刂葡到y(tǒng)基于測(cè)量的風(fēng)速進(jìn)行風(fēng)速修正，得到輪轂高度的風(fēng)速，解決了低風(fēng)速環(huán)境下，機(jī)艙尾部氣流因受葉片轉(zhuǎn)動(dòng)的影響較大，風(fēng)速風(fēng)向測(cè)量誤差較大的問(wèn)題?？刂葡到y(tǒng)基于測(cè)量的風(fēng)速利用下式進(jìn)行風(fēng)速修正，得到輪轂高度的風(fēng)速，u2=u丄(Z2/z》P式中Ul為風(fēng)速儀安裝處Zl高度測(cè)得的風(fēng)速；ll2為Z2高度，即輪轂高度處的風(fēng)速；P為風(fēng)速高度指數(shù)，即風(fēng)切變指數(shù)，依賴于大氣穩(wěn)定度和地面粗糙度?？梢暰唧w安裝位置進(jìn)行實(shí)測(cè)計(jì)算得到。風(fēng)切變指數(shù)p的獲取方法為在安裝風(fēng)力發(fā)電機(jī)前，分別在Up化高度安裝風(fēng)速儀進(jìn)行24小時(shí)風(fēng)速測(cè)量記錄，根據(jù)記錄數(shù)據(jù)，采用最小二乘法，對(duì)逐次測(cè)試得出的風(fēng)速按不同時(shí)次分類(lèi)擬合，求出不同時(shí)次風(fēng)速變化的P指數(shù)值。以上已以較佳實(shí)施例公布本發(fā)明如上，然其并非用以限制本發(fā)明，凡采取等同替換或等效變換的方式所獲得的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。權(quán)利要求一種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)風(fēng)速風(fēng)向測(cè)量方法，其特征在于，包括以下步驟1)利用風(fēng)速儀和風(fēng)向儀在風(fēng)輪掃略面的下方桿塔上進(jìn)行風(fēng)速、風(fēng)向測(cè)量，風(fēng)速儀、風(fēng)向儀距風(fēng)輪掃略面垂直距離最少1.5米、距桿塔外邊緣為2倍的桿塔直徑；2)控制系統(tǒng)基于測(cè)量的風(fēng)速利用下式進(jìn)行風(fēng)速修正，得到輪轂高度的風(fēng)速，u2＝u1(z2/z1)p式中u1為風(fēng)速儀安裝處z1高度測(cè)得的風(fēng)速；u2為z2高度，即輪轂高度處的風(fēng)速；p為風(fēng)速高度指數(shù)，即風(fēng)切變指數(shù)，風(fēng)切變指數(shù)p的獲取方法為在安裝風(fēng)力發(fā)電機(jī)前，分別在u1、u2高度安裝風(fēng)速儀進(jìn)行24小時(shí)風(fēng)速測(cè)量、記錄，根據(jù)記錄數(shù)據(jù)，采用最小二乘法，對(duì)逐次測(cè)試得出的風(fēng)速按不同時(shí)次分類(lèi)擬合，求出不同時(shí)次風(fēng)速變化的P指數(shù)值。全文摘要本發(fā)明公開(kāi)了一種適用于低風(fēng)速地區(qū)的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)用風(fēng)速風(fēng)向測(cè)量方法，其特征在于風(fēng)速儀、風(fēng)向儀安裝在風(fēng)輪掃略面的下方桿塔上進(jìn)行風(fēng)速、風(fēng)向測(cè)量。本發(fā)明適宜在年平均風(fēng)速4m/s～6m/s的低風(fēng)速風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)上使用，風(fēng)速儀、風(fēng)向儀距風(fēng)輪掃略面垂直距離最少1.5米，距桿塔外邊緣2倍的桿塔直徑。采用本發(fā)明可保證低風(fēng)速環(huán)境下風(fēng)速、風(fēng)向的準(zhǔn)確測(cè)量，避免將風(fēng)速儀、風(fēng)向儀安裝在機(jī)艙尾部，因風(fēng)輪低速轉(zhuǎn)動(dòng)引起渦流造成的風(fēng)速、風(fēng)向測(cè)量不準(zhǔn)的問(wèn)題。文檔編號(hào)G01P5/00GK101776695SQ20101011905公開(kāi)日2010年7月14日申請(qǐng)日期2010年3月8日優(yōu)先權(quán)日2010年3月8日發(fā)明者徐洪,李群,殷明慧,江林,蒯狄正申請(qǐng)人:江蘇省電力試驗(yàn)研究院有限公司