專利名稱：一種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)及風(fēng)力發(fā)電機(jī)的測(cè)風(fēng)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)，以及其中風(fēng)力發(fā)電機(jī)的測(cè)風(fēng)方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，風(fēng)能作為一種綠色能源，因?yàn)槠溆欣赹f呆護(hù)環(huán)境且成本相對(duì)較 低，受到人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注，而運(yùn)行可靠和高效的風(fēng)力發(fā)電機(jī)成為一個(gè)重 要的研究課題。風(fēng)力發(fā)電機(jī)通常包括一個(gè)裝有若干個(gè)葉片的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子安裝 在塔架上。風(fēng)力發(fā)電機(jī)通過(guò)葉片的旋轉(zhuǎn)把風(fēng)能轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)力或扭力，帶動(dòng)發(fā)電 機(jī)，從而把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，再通過(guò)電網(wǎng)向用戶供電。為了使得發(fā)電的效 率最大化或者滿足一定的電網(wǎng)供電要求，在一個(gè)地域范圍內(nèi)設(shè)置多臺(tái)風(fēng)力發(fā) 電機(jī)，通常稱為"風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)"。
在風(fēng)力發(fā)電機(jī)或風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的控制和運(yùn)行中，精確測(cè)量或者監(jiān)測(cè)每一臺(tái) 風(fēng)力發(fā)電機(jī)所在位置的風(fēng)速和風(fēng)向等風(fēng)況，對(duì)于提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)或風(fēng)力發(fā)電 場(chǎng)的穩(wěn)定性和運(yùn)行效率是十分重要的?，F(xiàn)有一種監(jiān)測(cè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)況的方法 是在每臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)上設(shè)置一個(gè)傳感器和一個(gè)控制系統(tǒng)，從而使得各風(fēng)力發(fā) 電機(jī)能獨(dú)自對(duì)不斷變化的風(fēng)況做出反應(yīng)。然而，這些控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性很大 程序上受到傳感技術(shù)的限制。
另一種現(xiàn)有監(jiān)測(cè)風(fēng)況的技術(shù)是在風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)內(nèi)"i殳置氣象桅桿。氣象桅桿 包括若干個(gè)安裝在塔架上的傳感器。氣象桅桿對(duì)于在它所在位置的風(fēng)況提供 一個(gè)相對(duì)準(zhǔn)確的測(cè)試結(jié)果，風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的控制器依據(jù)該氣象桅桿的測(cè)量結(jié)果， 對(duì)各風(fēng)力發(fā)電機(jī)所在位置的風(fēng)況作出預(yù)計(jì)。這種技術(shù)的準(zhǔn)確性受限于風(fēng)力發(fā) 電場(chǎng)的應(yīng)用條件，特別是風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)地形的復(fù)雜程度的限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種改進(jìn)的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)以及其中風(fēng)力發(fā)電機(jī)的 測(cè)風(fēng)方法，為風(fēng)力發(fā)電機(jī)提供準(zhǔn)確的風(fēng)況信號(hào)。本發(fā)明 一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)的測(cè)風(fēng)方法，該測(cè)試方法包括接收風(fēng)力發(fā)電機(jī)位
置的風(fēng)況信號(hào)；接收測(cè)試位置的風(fēng)況信號(hào)；通過(guò)風(fēng)況相關(guān)性數(shù)據(jù)庫(kù)和所述測(cè) 試位置的風(fēng)況信號(hào)，為風(fēng)力發(fā)電機(jī)位置提供風(fēng)況估計(jì)值；比較所述風(fēng)力發(fā)電 機(jī)位置的風(fēng)況信號(hào)和風(fēng)力發(fā)電機(jī)位置的風(fēng)況估計(jì)值，并得到其間的差值；以 及使用上述差值調(diào)整所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)位置的風(fēng)況信號(hào)。


通過(guò)結(jié)合附圖對(duì)于本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行描述，可以更好地理解本發(fā)明， 在附圖中
圖1所示為一個(gè)示意性的風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)。
圖2為圖1中風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)內(nèi)的一臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的示意圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方式的風(fēng)況監(jiān)測(cè)方法的流程圖。
圖4所示為風(fēng)況相關(guān)性數(shù)據(jù)庫(kù)的一個(gè)實(shí)施方式。
圖5所示為風(fēng)況相關(guān)性數(shù)據(jù)庫(kù)的另一個(gè)實(shí)施方式。
圖6根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的風(fēng)況監(jiān)測(cè)方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
圖1所示為一風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)10 (以下稱"風(fēng)場(chǎng)10")的示意圖，該風(fēng)場(chǎng)10 包括兩臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)12 (以下稱"風(fēng)機(jī)12"),可提供電能給一用電設(shè)施(未 圖示)，比如電網(wǎng)，形成一風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。雖然圖l僅顯示了兩臺(tái)風(fēng)機(jī)12， 但是應(yīng)該理解為風(fēng)場(chǎng)10內(nèi)可能包括任何數(shù)量的風(fēng)機(jī)12，既可僅含有一臺(tái)風(fēng) 機(jī)，也可能是若干個(gè)在設(shè)計(jì)上或電力傳輸上相似或不同的多臺(tái)風(fēng)機(jī)。另外， 風(fēng)場(chǎng)IO還包括一個(gè)位于一個(gè)測(cè)試位置的風(fēng)況測(cè)量裝置，該風(fēng)況測(cè)量裝置可以 是一個(gè)位于風(fēng)場(chǎng)10附近的氣象站，或者一個(gè)位于風(fēng)場(chǎng)10內(nèi)或者風(fēng)場(chǎng)10附近 的多普勒聲雷達(dá)，或者一個(gè)位于風(fēng)場(chǎng)10內(nèi)的氣象桅桿。在圖1示意的實(shí)施例 中，該風(fēng)況測(cè)量裝置是一個(gè)氣象桅桿16,所述測(cè)試位置即為該氣象桅桿16 所在位置。風(fēng)場(chǎng)10還進(jìn)一步包括一個(gè)與各風(fēng)機(jī)12和氣象桅桿16交換信息的 中央控制器18。中央控制器18可用于系統(tǒng)監(jiān)控和控制等，其控制功能可包 括變槳距和速度調(diào)節(jié)、高速軸和偏航制動(dòng)控制、偏航和檢測(cè)應(yīng)用以及故障 監(jiān)測(cè)等等。
參照?qǐng)D2所示，風(fēng)機(jī)12包括機(jī)搶20和一個(gè)連在機(jī)艙20上的轉(zhuǎn)子22，轉(zhuǎn)子22可繞一軸線24相對(duì)于機(jī)艙20旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子22包括輪轂26和若干個(gè)葉片 28 (有時(shí)也稱作"螺旋槳")，葉片28從輪轂26向外呈放射狀延伸開來(lái)。在 風(fēng)機(jī)12的運(yùn)行過(guò)程中，風(fēng)帶動(dòng)葉片28轉(zhuǎn)動(dòng)，葉片28旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的機(jī)械能通過(guò) 機(jī)艙20內(nèi)部的控制和轉(zhuǎn)換系統(tǒng)轉(zhuǎn)化成電能。
在圖2所示的實(shí)施例中，機(jī)艙20安裝在一塔架30上。塔架30的高度可 以是能夠?qū)崿F(xiàn)葉片28動(dòng)轉(zhuǎn)的任何合適的高度。轉(zhuǎn)子22可以具有若干個(gè)葉片 28，而不局限于圖2所示的三個(gè)葉片28。
參照?qǐng)Dl所示，風(fēng)機(jī)12設(shè)置一個(gè)或多個(gè)實(shí)時(shí)檢測(cè)風(fēng)機(jī)所在位置風(fēng)況的傳 感器32。在某些實(shí)施方式中，這里所指的"風(fēng)況"可以是風(fēng)向、風(fēng)速或含有 風(fēng)向值和風(fēng)速值的一個(gè)矢量(以下稱"風(fēng)速風(fēng)向")。作為一種實(shí)施方式，傳 感器32安裝在風(fēng)機(jī)12的機(jī)艙20上。作為可供選擇的實(shí)施方式，風(fēng)機(jī)12可 包括設(shè)置在輪轂26、葉片28、塔架30或軸上的一個(gè)或多個(gè)傳感器32。在一 種實(shí)施方式中，風(fēng)速值和風(fēng)向由不同的傳感器32分別測(cè)得。測(cè)量風(fēng)速值的傳 感器32可以是風(fēng)速計(jì)等，測(cè)量風(fēng)向值的傳感器32可是風(fēng)向儀或風(fēng)向標(biāo)等。
圖1所示的氣象桅桿16包括一個(gè)塔架34和若干個(gè)傳感器36。作為一種 實(shí)施方式，傳感器36安裝在塔架34上不同高度的位置，以測(cè)量不同高度的 風(fēng)速風(fēng)向信息。氣象桅桿16所在位置可以與風(fēng)機(jī)12位于相近的水平高度， 而氣象桅桿16的高度可能與風(fēng)機(jī)12相近，也可以不相近。
圖3所示為依據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式監(jiān)測(cè)風(fēng)坤凡12風(fēng)況的流程圖100。 在步驟102,風(fēng)機(jī)12上的至少一個(gè)傳感器32測(cè)量該風(fēng)機(jī)位置的風(fēng)況，并將 該測(cè)得的風(fēng)況信號(hào)發(fā)送給中央控制器18。作為一種實(shí)施方式，該風(fēng)況信號(hào)是
風(fēng)速風(fēng)向信號(hào)々tm,包括風(fēng)速值Stm和風(fēng)向值Dtm。在步驟104，氣象桅桿16 上的至少一個(gè)傳感器36測(cè)量氣象桅桿位置的風(fēng)速風(fēng)向Vmm,該風(fēng)速風(fēng)向々mm
包括風(fēng)速值S,和風(fēng)向值Dmm。
在步驟106，中央控制器18在一個(gè)風(fēng)況相關(guān)性數(shù)據(jù)庫(kù)里搜尋與氣象桅桿
位置的風(fēng)速風(fēng)向Vmm最接近的風(fēng)況信號(hào)。圖4所示為一個(gè)實(shí)施例中風(fēng)況相關(guān)
性數(shù)據(jù)庫(kù)122的示意圖，該風(fēng)況相關(guān)性數(shù)據(jù)庫(kù)122是通過(guò)模擬風(fēng)在某一恒定 風(fēng)速下從若干個(gè)風(fēng)向吹向風(fēng)場(chǎng)10。圖4所示的風(fēng)況相關(guān)性數(shù)據(jù)庫(kù)122模擬風(fēng) 從十二個(gè)方向，以10米/秒的風(fēng)速吹向風(fēng)場(chǎng)10,每相鄰兩個(gè)風(fēng)向之間的角度 差是30度。在每個(gè)模擬的風(fēng)向，得到一個(gè)相應(yīng)的風(fēng)況相關(guān)組Mi。每個(gè)風(fēng)況 相關(guān)組Mi包括一個(gè)氣象桅桿16的相關(guān)風(fēng)速風(fēng)向々mi和風(fēng)機(jī)12的相關(guān)風(fēng)速風(fēng)向々ti。每個(gè)風(fēng)速風(fēng)向々mi和々ti包括風(fēng)向值Di和風(fēng)速值Si。對(duì)于一個(gè)設(shè)有若
干臺(tái)風(fēng)機(jī)12的風(fēng)場(chǎng)10，每個(gè)風(fēng)況相關(guān)組Mi包括氣象桅桿16的相關(guān)風(fēng)速風(fēng) 向々mi和每一臺(tái)風(fēng)機(jī)12的相關(guān)風(fēng)速風(fēng)向々ti。風(fēng)況相關(guān)性數(shù)據(jù)庫(kù)122可以通過(guò) 商業(yè)應(yīng)用軟件制得，比如美國(guó)ANSYS公司(ANSYS,Inc.)或挪威的WindSim 公司(WindSimAS)等所提供的軟件。
如圖3和圖4所示，在步驟106,在風(fēng)況相關(guān)性數(shù)據(jù)庫(kù)122中搜索到氣象
桅桿16的風(fēng)速風(fēng)向々mm的估計(jì)值々p,該風(fēng)速風(fēng)向估計(jì)值Vp所包含的風(fēng)向值 D呵與氣象桅桿16已測(cè)得的風(fēng)向值D咖最接近。然后，在該氣象桅桿16的
風(fēng)速風(fēng)向估計(jì)值々p所在的風(fēng)況相關(guān)組Mp中的風(fēng)機(jī)12的風(fēng)速風(fēng)向估計(jì)值々tp。 如圖3所示，在步驟108,對(duì)傳感器32測(cè)得的風(fēng)機(jī)12的風(fēng)速風(fēng)向9t進(jìn)行
調(diào)整。作為一種實(shí)施方式，風(fēng)機(jī)12調(diào)整后的風(fēng)速風(fēng)向值々t—n^包括調(diào)整后的 風(fēng)速值S t—new和調(diào)整后的風(fēng)向值Dt—new。在一種實(shí)施方式中，風(fēng)機(jī)12調(diào)整后 的風(fēng)向值Dt—n^是用迭代的方法可得到的，例如根據(jù)公式1:
Dt麗=Dt + Y(Dtp - Dt) 公式1
其中，D中是風(fēng)機(jī)12風(fēng)速風(fēng)向估計(jì)值々tp的風(fēng)向值；Y是調(diào)整參數(shù)，并且0<1^ 1。作為一種實(shí)施方式，y=0.05,在另一個(gè)實(shí)施方式中，為了加快收斂速度， 可以取較大的調(diào)整參數(shù)，比如7=0. 5。根據(jù)公式2可以計(jì)算出調(diào)整后的風(fēng)速
值St—new:
St—new = St + Y》(Stp* - St) 公式2
其中，S啤是氣象桅桿16風(fēng)速風(fēng)向估計(jì)值V呵的風(fēng)速值，S,是已測(cè)得的氣象
桅桿16的風(fēng)速風(fēng)向々mm的風(fēng)速值；Stp是風(fēng)機(jī)12風(fēng)速風(fēng)向估計(jì)值Vtp的風(fēng)速
值;Y是調(diào)整參數(shù)，并且(Ky^1。作為一種實(shí)施方式，y=0.05;在另一個(gè)實(shí) 施方式中，y=0. 5。由此，可得到一臺(tái)風(fēng)機(jī)12的調(diào)整后的風(fēng)速風(fēng)向vtnew
圖4所示的風(fēng)況相關(guān)性數(shù)據(jù)庫(kù)122中每相鄰兩個(gè)模擬風(fēng)向間的角度是三十 度，所以上述風(fēng)向估計(jì)值的最大誤差約為15度。通過(guò)增加數(shù)據(jù)庫(kù)122中模擬 風(fēng)向的數(shù)量可以進(jìn)一步減少誤差。例如，模擬某一恒定的風(fēng)速?gòu)亩膫€(gè)方 向吹向風(fēng)場(chǎng)10，可以得到二十四個(gè)包含有相應(yīng)氣象桅桿16和風(fēng)機(jī)12相關(guān)風(fēng)速風(fēng)向的風(fēng)況相關(guān)組M,則風(fēng)向估計(jì)值的最大誤差減到小于7.5度。
圖5所示為實(shí)施圖3中步驟106的另一種可供選擇的實(shí)施方式的風(fēng)況相關(guān) 性數(shù)據(jù)庫(kù)124。該風(fēng)況相關(guān)性數(shù)據(jù)庫(kù)124才莫擬/人若干個(gè)方向吹向風(fēng)場(chǎng)10,且 在每個(gè)風(fēng)向以若干個(gè)風(fēng)速吹向風(fēng)場(chǎng)10,圖3所示實(shí)施例中的風(fēng)況相關(guān)性數(shù)據(jù) 庫(kù)124包括;漠?dāng)M十二個(gè)風(fēng)向和5米/秒到14米/秒的十個(gè)風(fēng)速。風(fēng)況相關(guān)性數(shù) 據(jù)庫(kù)124中的每個(gè)風(fēng)況相關(guān)組Ajj，包括一個(gè)氣象桅桿16的相關(guān)風(fēng)速風(fēng)向Vmij 和風(fēng)機(jī)12的相關(guān)風(fēng)速風(fēng)向々tij。風(fēng)況相關(guān)性數(shù)據(jù)庫(kù)124可以通過(guò)商業(yè)應(yīng)用軟 件制得，比如美國(guó)ANSYS公司(ANSYS, Inc.)或挪威的WindSim公司 (WindSimAS)等所提供的軟件。
如圖3和圖5所示，基于圖5中風(fēng)況相關(guān)性數(shù)據(jù)庫(kù)124的另一種可供選擇 的實(shí)施方式的步驟106包括在風(fēng)況相關(guān)性數(shù)據(jù)庫(kù)124中搜索風(fēng)況相關(guān)組APq，
該風(fēng)況相關(guān)組Apq所含的氣象桅桿16的相關(guān)風(fēng)速風(fēng)向Vn^q與傳感器36測(cè)得 的風(fēng)速風(fēng)向V,最接近，該風(fēng)況相關(guān)組Apq中所含的風(fēng)機(jī)12的相關(guān)風(fēng)速風(fēng)向 即為風(fēng)機(jī)12的風(fēng)速風(fēng)向估計(jì)值々t』q。
如圖3和圖5,用來(lái)調(diào)整風(fēng)機(jī)12的風(fēng)速風(fēng)向々tm另一個(gè)可供選擇的實(shí)施方 式的步驟108包括使用迭代法計(jì)算調(diào)整后的風(fēng)速風(fēng)向々t一new，例如，根據(jù)公式
3:
9L,= Vt + Y(々LPq-々t) 公式3
其中，々t一pq為數(shù)據(jù)組Apq中風(fēng)機(jī)12的風(fēng)速風(fēng)向估計(jì)值。Y是調(diào)整參數(shù)，并且
0<ySl。作為一種實(shí)施方式，y=0.05,在另一個(gè)實(shí)施方式中，y=0. 5。對(duì)于 一個(gè)裝有若干臺(tái)風(fēng)機(jī)12的風(fēng)場(chǎng)10來(lái)說(shuō)，每個(gè)數(shù)據(jù)組Ay包括氣象桅桿16和 每一臺(tái)風(fēng)機(jī)12的相關(guān)風(fēng)速風(fēng)向，每一臺(tái)風(fēng)機(jī)12上傳感器32測(cè)得的風(fēng)速風(fēng)向 々tm都可以通過(guò)上述的方法進(jìn)行調(diào)整。
仍舊參照?qǐng)D3所示，該方法100還可進(jìn)一步包括一個(gè)對(duì)風(fēng)才幾12調(diào)整后的
風(fēng)速風(fēng)向Vt一new進(jìn)行校驗(yàn)的步驟110。作為一種實(shí)施方式，檢驗(yàn)步驟IIO包括
步驟112、 113和114。在步驟112，中央控制器18根據(jù)該風(fēng)機(jī)12調(diào)整后的
風(fēng)速風(fēng)向Vt一new和地形參數(shù)繪制一個(gè)風(fēng)場(chǎng)10的風(fēng)力分布圖。該"風(fēng)場(chǎng)10的風(fēng)
力分布圖，，并不局限于風(fēng)場(chǎng)IO的地域范圍，而可以是風(fēng)場(chǎng)10內(nèi)或者包括風(fēng) 場(chǎng)10附近區(qū)域的區(qū)域。該風(fēng)力分布圖可以用氣象學(xué)領(lǐng)域的建模方式制成，比如該風(fēng)力分布圖可以例用氣象學(xué)的診斷模型，首先利用調(diào)速后的風(fēng)速風(fēng)向 Vt—new和地形參數(shù)建立一個(gè)初始風(fēng)場(chǎng)模型，該初始風(fēng)場(chǎng)模型是通過(guò)計(jì)算風(fēng)場(chǎng)10 上各點(diǎn)與風(fēng)機(jī)12之間距離差和高度差，用內(nèi)插和外插法建立，然后應(yīng)用流動(dòng) 物理學(xué)中的質(zhì)量守恒方程和連續(xù)性方程調(diào)整該初始風(fēng)場(chǎng)模型得到風(fēng)力分布
圖。文獻(xiàn)"A 3-D diagnostic model for wind field adjustment. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics. Vol. 74-76. 249-261. Montero, G. et al. 1998" 和 "Diagnostic Wind Field Modeling for Complex Terrain: Model Development and Testing. Journal of Applied Meteorology, vol. 27. 785-796. Ross: D.G.， Smith, I.N.， Manins， P.C.， Fox, D.G., 1988"兩篇文獻(xiàn)描述了若干利用氣象 學(xué)診斷模型建立風(fēng)力分布圖的方法，可作為參考。
在一個(gè)實(shí)施方式中，風(fēng)力分布圖根據(jù)一臺(tái)風(fēng)機(jī)12的調(diào)整后的風(fēng)速風(fēng)向
Vtnew和地形參數(shù)繪制。作為另一種可供選擇的實(shí)施方式，風(fēng)力分布圖根據(jù)多 臺(tái)風(fēng)機(jī)12的多個(gè)調(diào)速后的風(fēng)速風(fēng)向Vt—new和地形參數(shù)繪制。
所述風(fēng)場(chǎng)的地形參數(shù)可能會(huì)因?yàn)轱L(fēng)場(chǎng)內(nèi)或附近植被的生長(zhǎng)而改變。在某些 實(shí)施方式中，中央控制器18對(duì)地形參數(shù)按照固定的時(shí)間間隔進(jìn)行修正，該時(shí) 間間隔可以是每月、每季、每年或任何適當(dāng)?shù)臅r(shí)間間隔。
仍照參照?qǐng)D3所示，在步驟114,才艮據(jù)風(fēng)力分布圖得到的氣象桅桿16所
在位置的預(yù)測(cè)風(fēng)速風(fēng)向々me。該預(yù)測(cè)風(fēng)速風(fēng)向々me與氣象桅桿16在步驟116 中測(cè)得的風(fēng)速風(fēng)向々腿比較，取其差值A(chǔ)V, △々=V讓-々me。 如果A々不 等于零，則該風(fēng)機(jī)12的調(diào)整后的風(fēng)速風(fēng)向々t—new仍有誤差。如果該差值A(chǔ)々大 于一個(gè)設(shè)定的最大誤差值A(chǔ)々Q,則該調(diào)整后的風(fēng)速風(fēng)向々t—new需要進(jìn)一步調(diào)
整。作為一種實(shí)施方式，中央控制器18重復(fù)步驟102-108,以該調(diào)整后的風(fēng)
速風(fēng)向々t—nevv作為新的待調(diào)整的風(fēng)速風(fēng)向。某些實(shí)施例中，可能需要將步驟
102至110重復(fù)數(shù)次，直至得到一個(gè)最小的A々，或者直至A々S卩o。
圖6所示為依據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式，監(jiān)測(cè)風(fēng)場(chǎng)10中風(fēng)機(jī)12風(fēng)況的 流程圖200。在步驟202，風(fēng)機(jī)12上至少一個(gè)傳感器32測(cè)得風(fēng)機(jī)12的風(fēng)況， 并把風(fēng)況信號(hào)發(fā)送到中央控制器18。作為一種實(shí)施方式，風(fēng)況信號(hào)為風(fēng)速風(fēng) 向V t2,包括風(fēng)速值Se和風(fēng)向值Dt2。
在步驟204中，中央控制器18用風(fēng)速風(fēng)向Vt2和風(fēng)場(chǎng)10地形參數(shù)來(lái)繪制 風(fēng)力分布圖。風(fēng)力分布圖可用圖3中步驟112中所描述的相似方法來(lái)繪制。 在步驟206,依據(jù)該風(fēng)力分布圖可以得到氣象桅桿16的風(fēng)速風(fēng)向的預(yù)測(cè)值々me2。在步驟208,氣象桅桿16上的傳感器36測(cè)得氣象桅桿16所在位置的
風(fēng)速風(fēng)向Vmm2,該測(cè)得的風(fēng)速風(fēng)向々mm2包括風(fēng)速值Smm2和風(fēng)向值Dmm2。在 步驟210中，依據(jù)風(fēng)力分布圖得到的預(yù)計(jì)風(fēng)速風(fēng)向々me2與測(cè)得的風(fēng)速風(fēng)向 々mm2比較，得到其間的差值a々2， △々2=々mm2 _々me2。如果差值a々2不等于零， 則風(fēng)機(jī)12上傳整器32測(cè)得的風(fēng)速風(fēng)向9t2存在誤差。如果差值a々2大于預(yù)設(shè) 的最大誤差值々0，可實(shí)施步驟212對(duì)該風(fēng)速風(fēng)向々t2進(jìn)行調(diào)整。
在步驟212,風(fēng)機(jī)12的風(fēng)速風(fēng)向々t2利用差值a々2來(lái)調(diào)整。在一個(gè)實(shí)施方 式中，差值a々2包括一個(gè)風(fēng)速差A(yù)S2和一個(gè)風(fēng)向差A(yù)D2。風(fēng)機(jī)12的調(diào)整后的 風(fēng)速風(fēng)向new2包括一個(gè)調(diào)整后的風(fēng)速值St—new2，和一個(gè)調(diào)整后的風(fēng)向值 Dtnew2。調(diào)整后的風(fēng)機(jī)風(fēng)向St，w2可根據(jù)公式4計(jì)算
st—new2 = stm2 + yas2 公式4
其中，丫是調(diào)整參數(shù)，并且0〈Y^1。作為一種實(shí)施方式，y=0.05,在另一個(gè) 實(shí)施方式中，y=0. 5。調(diào)整后的風(fēng)機(jī)12的風(fēng)向值Dt一new2可根據(jù)公式5計(jì)算
dt—new2 = dtm2+y ad2 7>式5
在某些實(shí)施方式中，可以對(duì)調(diào)整后的風(fēng)機(jī)12的風(fēng)速風(fēng)向Vtnew2進(jìn)行檢驗(yàn)。
作為一種實(shí)施方式，檢驗(yàn)過(guò)程包括回到步驟204，用該調(diào)整后的風(fēng)速風(fēng)向
々t—nevv2為風(fēng)場(chǎng)10建立一個(gè)調(diào)整后的風(fēng)力分布圖。調(diào)整后的風(fēng)力分布圖建立后， 獲得氣象桅桿16的新的預(yù)計(jì)風(fēng)速風(fēng)向9mejew2。將該新的預(yù)計(jì)風(fēng)速風(fēng)向 々me—MW2與氣象桅桿16上傳感器36測(cè)到的風(fēng)速風(fēng)向々mm比較,得到一個(gè)新的 差值A(chǔ)々new。如果A々new〈A々2,則驗(yàn)證了對(duì)該風(fēng)機(jī)12的風(fēng)速風(fēng)向々t2的調(diào)整
的方向是正確的。步驟104至114可能會(huì)不斷重復(fù)直至得到一個(gè)較少的A々或 直至AV S々q。如果新的差值A(chǔ)Vnew>V2,意味著測(cè)到的風(fēng)機(jī)12的風(fēng)速風(fēng) 向9t2已經(jīng)最接近風(fēng)機(jī)12所在位置的實(shí)際風(fēng)速風(fēng)向，而不需要被調(diào)整。
作為一種實(shí)施方式，風(fēng)場(chǎng)10內(nèi)設(shè)置兩個(gè)或兩個(gè)以上的氣象桅桿16。依 據(jù)圖3或圖6中所示的風(fēng)況監(jiān)測(cè)方法100 (200),利用每一個(gè)氣象桅桿16上 傳感器36所測(cè)得的風(fēng)速風(fēng)向?qū)︼L(fēng)機(jī)12上傳感器32的測(cè)量值進(jìn)行調(diào)整，為風(fēng) 機(jī)12得到兩個(gè)或兩個(gè)以上調(diào)整后的風(fēng)速風(fēng)向，再用優(yōu)化的方法，根據(jù)該兩個(gè)或以上的調(diào)整后的風(fēng)速風(fēng)向優(yōu)化得出風(fēng)機(jī)12的最終調(diào)整后的風(fēng)速風(fēng)向。
中央控制器18用于實(shí)施上述的風(fēng)況監(jiān)測(cè)方法100 (200),其包括一接收 單元用以接收風(fēng)況信號(hào)， 一運(yùn)算器，用以建立風(fēng)況相關(guān)性數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)使用 氣象桅桿位置上的風(fēng)況信號(hào)來(lái)估算風(fēng)機(jī)位置上的風(fēng)況，獲得風(fēng)機(jī)位置的風(fēng)況 信號(hào)和風(fēng)機(jī)位置上估算的風(fēng)況信號(hào)之間的差值，使用上述差值來(lái)調(diào)整風(fēng)機(jī)位 置的風(fēng)況信號(hào)。
中央控制器18通過(guò)通信連接裝置將風(fēng)機(jī)12和氣象桅桿16聯(lián)系起來(lái)，這 種連接可以硬件、軟件或兩者的組合的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。作為一種實(shí)施方式，通 過(guò)領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員熟悉的任何有線或無(wú)線通信協(xié)議，通信連接裝置可以將數(shù) 據(jù)信號(hào)遠(yuǎn)程發(fā)送至中央控制器18或接收來(lái)自中央控制器18的數(shù)據(jù)信號(hào)。
在特定的實(shí)施方式中，每臺(tái)風(fēng)機(jī)12包括一個(gè)與中央控制器18連接的風(fēng) 機(jī)控制器(沒有在圖上顯示出來(lái))，它利用調(diào)整過(guò)的風(fēng)速風(fēng)向來(lái)實(shí)現(xiàn)偏航控制 和(或)速度調(diào)節(jié)。
雖然結(jié)合特定的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說(shuō)明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以 理解，對(duì)本發(fā)明可以作出許多修改和變型。因此，要認(rèn)識(shí)到，權(quán)利要求書的 意圖在于覆蓋在本發(fā)明真正構(gòu)思和范圍內(nèi)的所有這些修改和變型。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)的測(cè)風(fēng)方法，包括接收風(fēng)力發(fā)電機(jī)位置的風(fēng)況信號(hào)；接收測(cè)試位置的風(fēng)況信號(hào)；通過(guò)風(fēng)況相關(guān)性數(shù)據(jù)庫(kù)和所述測(cè)試位置的風(fēng)況信號(hào)，為風(fēng)力發(fā)電機(jī)位置提供風(fēng)況估計(jì)值；比較所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)位置的風(fēng)況信號(hào)和風(fēng)力發(fā)電機(jī)位置的風(fēng)況估計(jì)值，并得到其間的差值；以及使用上述差值調(diào)整所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)位置的風(fēng)況信號(hào)。
2. 如權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的測(cè)風(fēng)方法，其中該測(cè)風(fēng)方法還進(jìn)一步包括模擬風(fēng)以若干個(gè)方向吹向風(fēng)力發(fā)電機(jī)所在一風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)，建立一個(gè)風(fēng)況相關(guān)性數(shù)據(jù)庫(kù)，該風(fēng)況相關(guān)性數(shù)據(jù)庫(kù)包括若干個(gè)風(fēng)況相關(guān)組，每一風(fēng)況相關(guān)組對(duì)應(yīng)一個(gè)模擬風(fēng)向，每一風(fēng)況相關(guān)組包含測(cè)試位置的相關(guān)風(fēng)況信號(hào)和風(fēng)力發(fā)電機(jī)位置的相關(guān)風(fēng)況信號(hào)。
3. 如權(quán)利要求2所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的測(cè)風(fēng)方法，其中模擬風(fēng)以若干個(gè)方向吹向風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的步驟包括模擬風(fēng)以一個(gè)恒定的風(fēng)速以若干個(gè)方向吹向風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)。
4. 如權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的測(cè)風(fēng)方法，其中通過(guò)風(fēng)況相關(guān)性數(shù)據(jù)庫(kù)和所述測(cè)試位置的風(fēng)況信號(hào)，為風(fēng)力發(fā)電機(jī)位置提供風(fēng)況估計(jì)值的步驟包括在風(fēng)況相關(guān)性數(shù)據(jù)庫(kù)中取得一個(gè)近似風(fēng)況相關(guān)組，該近似風(fēng)況相關(guān)組中的測(cè)試位置的相關(guān)風(fēng)況信號(hào)與所述測(cè)試位置的風(fēng)況信號(hào)最接近，則該近似風(fēng)況相關(guān)組中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)位置的相關(guān)風(fēng)況信號(hào)即為風(fēng)力發(fā)電機(jī)位置的風(fēng)況估計(jì)值。
5. 如權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的測(cè)風(fēng)方法，其中所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)位置的風(fēng)況信號(hào)包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)位置的風(fēng)向值，所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)位置的風(fēng)況估計(jì)值包括風(fēng)向估計(jì)值，所述使用上述差值來(lái)調(diào)整所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)位置的風(fēng)況信號(hào)包括用風(fēng)力發(fā)電機(jī)位置的風(fēng)向值與風(fēng)力發(fā)電機(jī)位置的風(fēng)向估計(jì)值的差來(lái)調(diào)整風(fēng)力發(fā)電機(jī)位置的風(fēng)向值。
6. 如權(quán)利要求5所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的測(cè)風(fēng)方法，其中所述用風(fēng)力發(fā)電機(jī)位置的風(fēng)向值與風(fēng)力發(fā)電機(jī)位置的風(fēng)向估計(jì)值的差來(lái)調(diào)整風(fēng)力發(fā)電機(jī)位置的風(fēng)向值包括利用所述差，用迭代的方法調(diào)整風(fēng)力發(fā)電機(jī)位置的風(fēng)向值。
7. 如權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的測(cè)風(fēng)方法，該方法還進(jìn)一步包括模擬風(fēng)以若干個(gè)方向，每個(gè)方向以若干個(gè)風(fēng)速吹向風(fēng)場(chǎng)，建立一個(gè)風(fēng)況相關(guān)性數(shù)據(jù)庫(kù)，該風(fēng)況相關(guān)性數(shù)據(jù)庫(kù)包括若干個(gè)風(fēng)況相關(guān)組，每個(gè)風(fēng)況相關(guān)組對(duì)應(yīng)一個(gè)相應(yīng)的模擬風(fēng)向和一個(gè)相應(yīng)的才莫擬風(fēng)速，每個(gè)風(fēng)況相關(guān)組包含一個(gè)測(cè)試位置的相關(guān)風(fēng)況信號(hào)和一臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)位置的相關(guān)風(fēng)況信號(hào)。
8. 如權(quán)利要求7所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的測(cè)風(fēng)方法，其中通過(guò)風(fēng)況相關(guān)性數(shù)據(jù)庫(kù)和所述測(cè)試位置的風(fēng)況信號(hào)，為風(fēng)力發(fā)電機(jī)位置提供風(fēng)況估計(jì)值的步驟包括在風(fēng)況相關(guān)性數(shù)據(jù)庫(kù)中搜索一個(gè)近似風(fēng)況相關(guān)組，該近似風(fēng)況相關(guān)組中測(cè)試位置的相關(guān)風(fēng)況信號(hào)與測(cè)試位置的風(fēng)況信號(hào)最接近，該近似相關(guān)風(fēng)況組中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)位置的相關(guān)風(fēng)況信號(hào)即為風(fēng)力發(fā)電機(jī)位置的估計(jì)風(fēng)況信
9. 如權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的測(cè)風(fēng)方法，其中該測(cè)風(fēng)方法還進(jìn)一步包括依據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)位置的風(fēng)況信號(hào)和地形參數(shù)來(lái)繪制風(fēng)力分布圖。
10. 如權(quán)利要求9所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的測(cè)風(fēng)方法，其中該測(cè)風(fēng)方法還進(jìn)一步包括由所述風(fēng)力分布圖得到測(cè)試位置的預(yù)測(cè)風(fēng)況信號(hào)，將該測(cè)試位置的預(yù)測(cè)風(fēng)況信號(hào)與測(cè)試位置的風(fēng)況信號(hào)比較，以校驗(yàn)所述調(diào)整后的風(fēng)力發(fā)電機(jī)位置的風(fēng)況信號(hào)。
11. 如權(quán)利要求1至10中任何一項(xiàng)所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的測(cè)風(fēng)方法，其中測(cè)試位置為 一 氣象桅桿所在的位置，所述接收測(cè)試位置的風(fēng)況信號(hào)的步驟包括接收氣象桅桿所測(cè)得的風(fēng)況信號(hào)。
12. 如權(quán)利要求1至10中任何一項(xiàng)所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的測(cè)風(fēng)方法，其中該測(cè)風(fēng)方法進(jìn)一步包括接收該風(fēng)力發(fā)電機(jī)所在的一風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)內(nèi)另一臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)位置的風(fēng)況信號(hào)；其中所述通過(guò)風(fēng)況相關(guān)性數(shù)據(jù)庫(kù)和所述測(cè)試位置的風(fēng)況信號(hào)，為風(fēng)力發(fā)電機(jī)位置提供風(fēng)況估計(jì)值的步驟包括通過(guò)風(fēng)況相關(guān)性數(shù)據(jù)庫(kù)和所述測(cè)試位置的風(fēng)況信號(hào)為每一臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)位置提供其相應(yīng)的風(fēng)況估計(jì)值；所述比較所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)位置的風(fēng)況信號(hào)和風(fēng)力發(fā)電機(jī)位置的風(fēng)況估計(jì)值，并得到其間的差值，使用上述差值調(diào)整所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)位置的風(fēng)況信號(hào)的步驟包括比較每一臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)位置的風(fēng)況信號(hào)和該風(fēng)力發(fā)電機(jī)位置的風(fēng)況估計(jì)值，并得到其間的差值，使用上述差值調(diào)整該風(fēng)力發(fā)電機(jī)位置的風(fēng)況信號(hào)。
13. —種風(fēng)力發(fā)電機(jī)的測(cè)風(fēng)方法，包括接收風(fēng)力發(fā)電機(jī)位置和測(cè)試位置的風(fēng)況信號(hào)；根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)位置的風(fēng)況信號(hào)和地形參數(shù)繪制風(fēng)力分布圖；利用風(fēng)力分布圖得到測(cè)試位置的風(fēng)況預(yù)測(cè)值；比較測(cè)試位置的風(fēng)況信號(hào)和測(cè)試位置的風(fēng)況預(yù)測(cè)^f直，并得到其間的差值；以及用上述差值來(lái)調(diào)整風(fēng)力發(fā)電機(jī)位置的風(fēng)況信號(hào)。
14. 如權(quán)利要求13中所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的測(cè)風(fēng)方法，其中接收風(fēng)力發(fā)電機(jī)位置和測(cè)試位置的風(fēng)況信號(hào)的步驟包括接收至少兩臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)位置的風(fēng)況信號(hào)，所述根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)位置的風(fēng)況信號(hào)和地形參數(shù)繪制風(fēng)力分布圖的步驟包括根據(jù)所述至少兩臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)況信號(hào)和地形參數(shù)繪制風(fēng)力分布圖。
15. —種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)、風(fēng)況測(cè)量裝置和控制器，該控制器包括接收單元，用以接收風(fēng)力發(fā)電機(jī)位置和風(fēng)況測(cè)量裝置所在的測(cè)試位置的風(fēng)況信號(hào)；以及運(yùn)算器，用以通過(guò)使用風(fēng)況相關(guān)性數(shù)據(jù)庫(kù)和測(cè)試位置的風(fēng)況信號(hào)，提供風(fēng)力發(fā)電機(jī)所在位置的風(fēng)況估計(jì)值，比較風(fēng)力發(fā)電機(jī)所在位置的風(fēng)況信號(hào)和風(fēng)力發(fā)電機(jī)位置的風(fēng)況估計(jì)值，并得到其間的差值，4吏用上述差值來(lái)調(diào)整風(fēng)力機(jī)位置的風(fēng)況信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)及風(fēng)力發(fā)電機(jī)的測(cè)風(fēng)方法。該風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的測(cè)風(fēng)方法，包括接收風(fēng)力發(fā)電機(jī)位置的風(fēng)況信號(hào)；接收測(cè)試位置的風(fēng)況信號(hào)；通過(guò)風(fēng)況相關(guān)性數(shù)據(jù)庫(kù)和所述測(cè)試位置的風(fēng)況信號(hào)，為風(fēng)力發(fā)電機(jī)位置提供風(fēng)況估計(jì)值；比較所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)位置的風(fēng)況信號(hào)和風(fēng)力發(fā)電機(jī)位置的風(fēng)況估計(jì)值，并得到其間的差值；以及使用上述差值調(diào)整所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)位置的風(fēng)況信號(hào)。
文檔編號(hào)F03D7/04GK101684774SQ20081016879
公開日2010年3月31日 申請(qǐng)日期2008年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月28日
發(fā)明者夏激揚(yáng), 磊 趙, 陳為國(guó) 申請(qǐng)人:通用電氣公司