风电机组机载式测风激光雷达光束有效率评估方法及设备与流程

本发明涉及风力发电机组，具体涉及一种风电机组机载式测风激光雷达光束有效率的评估方法及设备。

背景技术：

1、风力发电机组是由风能转换为动能，再由动能转化为电能的一种装置，主要由风轮系统、传动链系统、机舱系统和塔筒系统组成。机载式测风激光雷达是安装于机舱系统顶部，测量风轮前端一定距离范围内的测风装置。

2、近年来，在市场降本的严重压力下，整机厂家不得不跟随市场变化对其风力发电机组优化设计，那机舱式激光雷达就成为风力发电机组优化设计的不二之选，因其可以将探测得到的风轮前端的风况信息（风速、风向、风切、湍流等）传输给风力发电机组，机组利用风况信息做出合理判断，例如：偏航精准对风控制、湍流预变桨控制、尾流优化控制以及最小净空保护控制等，在增加机组发电量的同时、降低机组承受的载荷，达到发电机组优化设计目的。

3、但是随着陆上、海上大兆瓦风力发电机组蓬勃发展，利用机舱式激光雷达进行功率测试、参与控制也受到限制，具体表现为风轮系统中轮毂直径变大、叶根直径变大，导致激光雷达测量得到的风轮前端风况信息有效率降低，给出的有用风况信息减少，无用风况信息增多。而反馈给机组风轮前端的无用风况信息越多，无疑会加长测试周期，增加测试成本；同时，由于无用风况信息增多导致的数据质量差，会影响到机组冗余误差也偏大，机组不能按照设计要求进行正常发电。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明提出一种风电机组机载式测风激光雷达光束有效率的评估方法及设备，以解决现有技术中存在的技术问题：对于大兆瓦风力发电机组运行后由于叶片遮挡，使得机舱式激光雷达测量得到的风轮前端风况信息有效率会降低，反馈给机组风轮前端的无用风况信息增多，进而影响到机组冗余误差变大、机组不能按照设计要求进行正常发电。

2、本发明采用的技术方案如下：

3、第一方面，提供了一种风电机组机载式测风激光雷达光束有效率的评估方法，包括以下步骤：

4、获取叶片直径和不同截面状态下的叶片弦长，不同工况下的叶片桨距角和风轮方位角，轮毂直径和轮毂转速，机载式测风激光雷达的空间位置以及发射的雷达光束参数；所述雷达光束参数包括雷达光束切换频率；

5、计算雷达光束未被叶片遮挡的次数；

6、根据雷达光束未被叶片遮挡的次数、雷达光束发射次数和雷达光束切换频率，计算激光雷达光束有效率。

7、进一步的，机载式测风激光雷达的空间位置包括激光雷达离轮毂中心垂直距离、激光雷达离机舱中心线垂直距离和激光雷达离风轮平面水平距离；

8、雷达光束参数还包括雷达光束垂直夹角和雷达光束水平夹角。

9、进一步的，计算雷达光束未被叶片遮挡的次数，包括：

10、当激光雷达发射的光束点落入以下区间时，雷达光束未被叶片遮挡：

11、

12、在上式中，表示光束点在某一时间点在直线段上对应的运动位移，均表示直线段的长度；其中对应从起始点到光束点被第一叶片遮挡的情况，对应从起始点到光束点被第二叶片遮挡前的情况，对应从起始点到光束点被第二叶片遮挡的情况，对应从起始点到光束点被第三叶片遮挡前的情况，对应从起始点到光束点被第三叶片遮挡的情况，对应从起始点到轮毂带动叶片旋转一周的情况；所述起始点对应轮毂带动叶片开始旋转的那一时刻；各直线段的长度满足。

13、进一步的，运动位移按以下方式计算：

14、

15、在上式中，表示圆的直径，所述圆表示激光雷达按时间先后发射的多个光束点射到风轮面上的点位轨迹所形成的圆，圆的周长与直线段的长度相同；

16、表示风轮方位角，表示轮毂转速，表示时间，表示初始时刻，表示轮毂旋转所需的时间。

17、进一步的，圆直径按以下方式计算：

18、

19、在上式中，表示激光雷达离轮毂中心垂直距离，表示激光雷达离风轮平面距离，表示雷达光束垂直夹角，表示雷达光束水平夹角，表示激光雷达离机舱中心线垂直距离。

20、进一步的，圆直径应大于轮毂直径。

21、进一步的，各直线段的长度按以下方式计算：

22、

23、在上式中，表示圆的直径，表示叶片弦长，表示叶片桨距角。

24、进一步的，使用雷达光束未被叶片遮挡的次数，除以雷达光束发射次数与雷达光束切换频率的商，得到激光雷达光束有效率。

25、进一步的，机载式测风激光雷达至少带有4个激光发射器。

26、第二方面，提供了一种电子设备，包括：

27、一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序；当一个或多个程序被一个或多个处理器执行，使得一个或多个处理器实现第一方面提供的风电机组机载式测风激光雷达光束有效率的评估方法。

28、由上述技术方案可知，本发明的有益技术效果如下：

29、1.将复杂的三维模型转换为多个平面模型，将风轮旋转等效为光束等转速围绕轮毂旋转，利用相对运动的原理得出了机载式测风激光雷达光束有效率的评估方法，既可以适用于机型开发阶段亦可适用于机组运行阶段。

30、2.采用该方法得出雷达光束的有效率评价结果后，可以避免出现功率曲线测试周期长，机组增功、降载控制冗余误差大、机组不能按照设计要求进行正常发电的问题。

技术特征：

1.一种风电机组机载式测风激光雷达光束有效率的评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的风电机组机载式测风激光雷达光束有效率的评估方法，其特征在于，所述机载式测风激光雷达的空间位置包括激光雷达离轮毂中心垂直距离、激光雷达离机舱中心线垂直距离和激光雷达离风轮平面水平距离；

3.根据权利要求2所述的风电机组机载式测风激光雷达光束有效率的评估方法，其特征在于，计算雷达光束未被叶片遮挡的次数，包括：

4.根据权利要求3所述的风电机组机载式测风激光雷达光束有效率的评估方法，其特征在于，运动位移按以下方式计算：

5.根据权利要求4所述的风电机组机载式测风激光雷达光束有效率的评估方法，其特征在于，圆直径按以下方式计算：

6.根据权利要求4所述的风电机组机载式测风激光雷达光束有效率的评估方法，其特征在于，圆的直径应大于轮毂直径。

7.根据权利要求5所述的风电机组机载式测风激光雷达光束有效率的评估方法，其特征在于，各直线段的长度按以下方式计算：

8.根据权利要求1所述的风电机组机载式测风激光雷达光束有效率的评估方法，其特征在于，使用雷达光束未被叶片遮挡的次数，除以雷达光束发射次数与雷达光束切换频率的商，得到激光雷达光束有效率。

9.根据权利要求1所述的风电机组机载式测风激光雷达光束有效率的评估方法，其特征在于，所述机载式测风激光雷达至少带有4个激光发射器。

10.一种电子设备，其特征在于，包括：

技术总结本发明提供一种风电机组机载式测风激光雷达光束有效率评估方法及设备，包括：获取叶片直径和不同截面状态下叶片弦长，不同工况下叶片桨距角和风轮方位角，轮毂直径和轮毂转速，机载式测风激光雷达的空间位置以及发射的雷达光束参数；雷达光束参数包括雷达光束切换频率；计算雷达光束未被叶片遮挡的次数；使用雷达光束未被叶片遮挡的次数除以雷达光束切换次数与切换频率，得到激光雷达每束光束有效率。本发明可以解决对于大兆瓦风力发电机组运行后由于叶片遮挡，使得机舱式激光雷达测量得到的风轮前端风况信息有效率会降低，反馈给机组风轮前端的无用风况信息增多，进而影响到机组冗余误差变大、机组不能按照设计要求进行正常发电的问题。技术研发人员：张锐,陈海军,张婷婷,周大鹏,周冬冬,郭涛,张博受保护的技术使用者：中船科技股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/21