[发明专利]一种风机偏航性能与能量转化效率评估方法及装置

说明书

本发明涉及一种风机偏航性能与能量转化效率评估方法及装置，该风机偏航性能评估方法获取风速、发电机的转速和发电机的电磁力矩；根据发电机的转速、发电机的电磁力矩等量，计算得到风轮吸收的风能；根据风轮吸收的风能、风电场空气密度、风速和风轮平面面积，计算得到风能转化为机械能的风能转化效率；根据风能转化效率和风能利用系数，得到偏航品质系数；根据偏航品质系数，对风机偏航性能进行评估。本发明根据计算得到风轮吸收的风能来计算风能转化效率，而不是发电机输出的电功率，排除了电网工况和发电机效率对风能转化效率的影响，使计算出来的风能转化效率更为准确，从而使偏航品质系数更为准确。

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，具体涉及一种风机偏航性能与能量转化效率评估方法及装置。

背景技术

随着风电机组技术的不断进步和风电机组整体设计的能力不断提高，风电机组的运行稳定性在不断增强，人们对于风电机组的关注重心开始由工作可靠性方面向发电量提升方面转移。目前，常常使用如图2所示的控制框图来进行风力发电机偏航控制。风向仪用来测量吹向风机的风向，偏航编码器用来测量风轮平面方位，当风轮平面方位与风向均值出现较大偏差时偏航控制器发出偏航指令驱动偏航机构使风轮平面对准风向，从而得到最大扫风面积，捕获最大风能。一方面，因为风向仪普遍安装在风轮平面后面，风向仪测量的风向与风轮平面前的风向会存在偏差；另一方面，风向仪和偏航编码器安装位置可能存在误差。这两个因素导致偏航位置和风向测量结果与实际值不一致，从而导致风机偏航性能降低，减小了风力发电机能量转化效率。

故针对风电场普遍存在个别机组发电量不高、偏航品质差的问题，亟需进一步优化提升，这就需要分析风机偏航性能，从而优化风机运行状态。目前，常常通过比较风能和发电机输出的电功率来判断风能转化效率，以评价风机偏航品质。但是，若根据发电机输出的电功率与风能来判断风能转化效率，会将发电机效率和电网工况考虑在内，使风能转化效率计算不够准确，进而使得根据该风能转化效率来评判风机偏航品质时并不准确。

发明内容

本发明提供了一种风机偏航性能与能量转化效率评估方法及装置，用以解决采用发电机输出的电功率来计算风能转化效率造成的对风机偏航品质评估不准的问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案和有益效果为：

本发明提供了一种风机偏航性能评估方法，包括如下步骤：

获取风速、发电机的转速和发电机的电磁力矩；根据发电机的转速、发电机的电磁力矩、风机齿轮箱的减速比、风轮传动链等效至低速轴的阻尼系数和风轮转动惯量，计算得到风轮吸收的风能；根据风轮吸收的风能、风电场空气密度、风速和风轮平面面积，计算得到风能转化为机械能的风能转化效率；根据风能转化效率和此时风机的桨距角、叶尖速比对应的风能利用系数，得到偏航品质系数；根据偏航品质系数，对风机偏航性能进行评估。

本发明还提供了一种风机能量转化效率评估方法，包括如下步骤：

获取风速、发电机的转速和发电机的电磁力矩；

根据发电机的转速、发电机的电磁力矩、风机齿轮箱的减速比、风轮传动链等效至低速轴的阻尼系数和风轮转动惯量，计算得到风轮吸收的风能；

根据风轮吸收的风能、风电场空气密度、风速和风轮平面面积，计算得到风能转化为机械能的风能转化效率。

其有益效果：本发明的风机能量转化效率评估方法根据计算得到风轮吸收的风能来计算风能转化效率，而不是发电机输出的电功率，排除了电网工况和发电机效率对风能转化效率的影响，实现了电网因素、发电机性能与风能转化效率的解耦，使计算出来的风能转化效率更为准确，从而使依据风能转化效率计算得到的偏航品质系数更为准确，对风机偏航性能评估更加准确，为优化风机偏航控制提供可靠的依据。

作为偏航性能评估方法的进一步改进，所述偏航品质系数为风能转化效率与风能利用系数的比值。