基于激光雷达测风仪的复杂地形风电机组自由流风速测试方法研究

自由流风速是风电机组功率曲线评估、出质保验收和后期健康运行等环节中的重要参数。传统方法是利用测风塔进行测试,存在测试周期长、测试成本高和施工难度大等缺点,特别在复杂地形中无法进行有效的测试。参考IEC61400-12-1—2015标准,利用测量精度高、测量范围广和安装方便的激光雷达测风仪制定一套适合复杂地形风电机组自由流风速的测试方法。利用机载式雷达测风仪对复杂地形自由流风速进行不同距离的测试,根据分象限的风速变化趋势可判断自由流风速,用地面式激光雷达测风仪可验证数据的准确性和可信度。依托云南某风电场的实际案例进行试验,试验结果显示本文所采用的测试方法是可行的。

基于湍流的双NTF方法应用于机舱风速计测量功率曲线

机舱风速计测量功率曲线的误差较大,造成风电功率预测结果的不确定性。文章依托某风电场现场实验,研究了机舱风速-自由流风速的关系,探讨了大气湍流强度对机舱传递函数(NTF)的影响,提出了基于湍流的双NTF方法,并应用于机舱风速计测量功率曲线。在不同年平均风速情况下,采用未修正的机舱风速功率曲线、国际电工委员会(IEC)提出的单NTF方法修正后的机舱风速功率曲线和文章所提出的双NTF方法修正后的机舱风速功率曲线,分别评估年发电量,其误差范围分别为-8.8%^-0.5%,-2.4%^-0.2%和-0.2%~0.2%。研究结果表明,文章所提出的基于湍流的双NTF方法是可行的,其应用效果优于IEC提出的单NTF方法。

基于卷积神经网络的机舱风速修正

风电机组机舱风速计受到风机尾流和叶片扰动影响,国际电工委员会(IEC)提出的机舱传递函数无法准确描述机舱实测风速与来流风速的复杂关系。提出一种基于卷积神经网络的机舱风速修正模型,该模型采用多层卷积池化,可有效过滤风机尾流和叶片扰动的影响,高度抽象特征变量,提高修正风速的精度。工程实例表明:平原风电场中基于卷积神经网络法的计算风速与实测风速拟合精度R2达到0.8447,平均绝对误差(MAE)仅为0.071,该方法计算的功率曲线与实测功率曲线评估电量差异仅为4.07%,各项偏差指标均优于IEC机舱传递函数,充分反映出该模型在机舱风速修正方面的优越性。

砾石床面的空气动力学粗糙度

通过砾石床面的空气动力学粗糙度(Z0)的风洞实验研究,结果表明,砾石床面的空气动力学粗糙度(Z0)与砾石粒径、砾石覆盖度和自由风速有关,Bagnold的1/30定律和其它有关空气动力学粗糙度与粗糙元高度的固定比例对砾石床面都不适用。在各种一定砾石覆盖度条件下,砾石床面的Z0随自由风速的增加而呈指数衰减。在各种一定自由风速条件下,Z0随砾石覆盖度C的变化遵循二次曲线:Z0=F1+F2C+F3C1.5+F4C2,砾石覆盖度为40%～75%时,Z0达到最大值。建立了包含自由风速和砾石覆盖度两个因子的Z0的双因子综合模型。

风力机双参数机舱传递函数构建方法

自由来流风速是影响风电机组叶片气动性能、运行控制策略、功率特性的重要因素。针对常用机舱传递函数在估算自由来流风速时考虑因素单一的问题,以风电机组的能效后评估为依托,借助机舱式激光雷达对自由来流进行测量,结合机组运行状态建立了测风数据的有效性筛选方法;基于曲面拟合的方式研究自由来流风速与同期机舱风速、机组输出功率的相关关系,提出了一种双参数机舱传递函数的拟合构建方法,其拟合优度相对于常用单参数传递函数有了一定程度的提升。采用该方法可降低机组后评估时对遥感测风装置的依赖,为同场区该型号机组能效评估中涉及的自由来流风速获取提供了一种精度较高的工程估算方案。