一种用于海上风电机组功率特性测量的装置及测量方法与流程

1.本发明属于海上风电机组技术领域，具体公开了一种用于海上风电机组功率特性测量的装置及测量方法。


背景技术：

2.海上环境恶劣，风电机组发电性能除受风的影响外，还受到浪、流等因素的影响，不同的浪、流方向和强度会对机组的控制可靠性和稳定性造成影响，从而影响机组的功率特性。目前海上风电机组功率特性测试方法仍然沿用陆上风电机组的测试方法，仅以风作为影响发电机组功率输出特性的评价因素，从而降低了海上风电机组型式认证的可靠性。这种方式不仅会让海上风电机组经常难以达到最优功率曲线，而且还很难全面地对风电机组的控制策略进行优化以提升机组发电量。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种用于海上风电机组功率特性测量的装置及测量方法，解决了沿用陆上风电机组的测试方法测试海上风电机组，导致无法得到海上风电机组最优功率曲线的问题。
4.本发明是通过以下技术方案来实现：
5.一种用于海上风电机组功率特性测量的装置，包括测风设备、测浪设备、测流设备、电流互感器、功率变送器、数据采集器和无线通讯模块；
6.电流互感器安装在风电机组上，电流互感器与功率变送器连接，测风设备、测浪设备、测流设备及功率变送器分别与数据采集器连接；
7.测浪设备和测流设备安装在风电机组基础周围区域内；
8.数据采集器通过无线通讯模块与远程上位机通讯。
9.进一步，测风设备包括测风塔或激光雷达。
10.进一步，测流设备包括多普勒波浪剖面流速仪或浮标。
11.进一步，风电机组基础周围区域为：以风电机组基础为圆心，径向距离 100m～200m所形成的区域。
12.进一步，测风设备所测数据包含主风向上风向距离风电机组2d～4d风电机组轮毂高度处气象数据；其中，主风向为基于年风能玫瑰图选取的风能占比最大且不超过45
°
的扇区；
13.测浪设备所测数据包含风电机组基础周围区域的波浪数据；
14.测流设备所测数据包含风电机组基础周围区域的水流数据。
15.进一步，气象数据包括风速、风向、温湿度及气压，波浪数据包括波浪高、波浪方向和波浪周期，水流数据包括水流流速和水流流向。
16.进一步，测风设备、测浪设备及测流设备均内置有gps校时模块。
17.进一步，测风设备、测浪设备、测流设备和功率变送器以1hz及以上的采样速率连
续采集。
18.本发明还公开了用于海上风电机组功率特性测量的装置的测量方法，包括以下过程：
19.s1、使用测风设备、测浪设备及测流设备采集数据；
20.s2、剔除风力发电机组、测风设备、测浪设备及测流设备非正常运行以及风向在非主风向时间段的气象数据、波浪数据和水流数据；
21.s3、海上风电机组应根据空气密度对风速进行标准化，把风速转化到同一空气密度下；数据标准化后，对气象数据、波浪数据和水流数据进行平均，得到若干组波向、流向以及与之匹配的风速、功率数据点；
22.s4、将波向、流向的统计平均值在0
°
～360
°
的范围均匀划分成不同扇区，以波向、流向所在的扇区为特征值，将时刻相同的气象数据、波浪数据和水流数据所组成的数据序列分配到不同的波向、流向扇区，形成不同波向、流向扇区下的气象数据、波浪数据和水流数据组，针对不同数据组分别建立以风速、波高、周期、流速为变量，功率为因变量的函数模型，形成风电机组功率特性评估函数组。
23.与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
24.本发明公开了一种用于海上风电机组功率特性测量的装置，包括测风设备、测浪设备和测流设备，通过测风设备获取气象数据，通过测浪设备获取波浪数据，通过测流设备获取水流数据，测风设备、测浪设备和测流设备均和数据采集器连接，将气象数据、波浪数据及水流数据发送给数据采集器，数据采集器再通过通讯模块发送至远程上位机，为后台提供数据库，便于后续分析。由于浪、流会对海上风电机组的载荷造成影响，因此该方法除风之外，还将浪、流作为影响风机功率曲线的因素，能够更加精确地对风机功率曲线进行建模，从而可以在规划设计阶段精确评估风电机组的发电量优化机组布机，在生产阶段准确评估影响风机发电量的影响因素优化风机运行控制策略。
25.本发明还公开了基于该用于海上风电机组功率特性测量的装置的测量方法，将采集到的气象数据、波浪数据及水流数据进行分析计算，形成风电机组功率特性评估函数组，该函数组可用于海上风电机组发电量的评估，有利于业主更加准确地掌握待开发海上风电场的发电收益以及在运行风电机组的功率特性，为海上风电场的微观选址优化及海上风电机组运行优化奠定基础，有利于提升海上风电机组功率特性和优化海上风电场微观选址。
附图说明
26.图1为本发明的一种用于海上风电机组功率特性测量的装置的结构示意图。
27.其中，1为电流互感器，2为功率变送器，3为测浪设备，4为测流设备， 5为测风设备，6为无线通讯模块，7为数据采集器。
具体实施方式
28.下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
29.如图1所示，本发明公开了一种用于海上风电机组功率特性测量的装置，包括测风设备5、测浪设备3、测流设备4、电流互感器1、功率变送器2、数据采集器7及无线通讯模块6。
电流互感器1安装在风电机组上，电流互感器 1与功率变送器2连接，测风设备5、测浪设备3、测流设备4及功率变送器2 分别与数据采集器7相连，数据采集器7与无线通讯模块6相连，无线通讯模块6通过无线传输的方式将数据采集器7的数据送出。
30.具体地，电流互感器1安装在风电机组的发电机和变流器之间的电缆上，电流互感器1一端与电缆连接，另一端与功率变送器2连接。
31.测风设备5安装在风电机组的平台、周围或者机舱壳体上视设备类型而定，测风设备5包括但不限于测风塔、激光雷达，测浪设备3包括但不限于声学多普勒波浪仪，测流设备4包括但不限于多普勒波浪剖面流速仪。
32.具体地，风电机组包括发电机和变流器，发电机和变流器之间通过电缆连接，电流互感器1一端与该电缆连接，另一端与功率变送器2连接。
33.测风设备5安装在风电机组的平台、周围或者机舱壳体上，具体安装位置视设备类型而定。
34.测风设备5所测数据应包含主风向上风向距离风电机组2d～4d风电机组轮毂高度处气象数据，主要包括风速、风向、温湿度及气压；
35.测浪设备3所测数据应包含风电机组基础周围100米～200米不同剖面处的波浪数据，波浪数据包括波高、波向、周期；测流设备4应包含风电机组基础周围100米～200米不同剖面处的水流数据，水流数据包括流速、流向。
36.其中，各测量设备通过gps校时模块保持时间同步，不同设备数据采集同步的最大时间差应小于平均时间的1％。
37.更优地，采样速率太低无法准确反映风、浪、流的变化，因此测风设备5、测浪设备3、测流设备4和功率变送器2以1hz及以上的采样速率连续采集。
38.其中，主风向为基于年风能玫瑰图选取的风能占比最大且不超过45
°
的扇区。
39.功率特性评估过程如下：
40.(1)将测风设备5、测浪设备3及测流设备4按上述要求布置、设置，各设备数据采集周期至少为1个完整年。
41.(2)应剔除风力发电机组及各测量设备非正常运行以及风向在非主风向时间段的气象、波浪和水流数据，且数据没有被破坏。
42.应确保只有在风力发电机组正常运行下采集的数据用于分析，且数据没有被破坏，下列情况下的数据组应从数据库中剔除：
43.a)风速以外的其他外部条件超出风力发电机组的运行范围；
44.b)风力发电机组故障引起风力发电机组停机；
45.c)在测试中或维护运行中人工停机；
46.d)测量仪器故障或降级；
47.e)风向在不在主风向的数据。
48.(3)海上风电机组应根据空气密度对风速进行标准化，把风速转化到同一空气密度下。
49.数据标准化后，对气象数据、波浪数据和水流数据用“区间法”来进行平均(如10分钟)，得到若干组波向、流向以及与之匹配的风速、功率数据点。
50.(4)将波向、流向的统计平均值在0
°
～360
°
的范围均匀划分成不同扇区，以波向、
流向所在的扇区为特征值，将时刻相同的气象数据、波浪数据和水流数据所组成的数据序列分配到不同的波向、流向扇区，形成不同波向、流向扇区下的气象数据、波浪数据和水流数据组，(举例：如果按照4个扇区划分，那么扇区角度分别是0～90
°
、90
°
～180
°
、180
°
～270
°
、270
°
～360
°
) 针对不同数据组分别建立以风速、波高、周期、流速为变量，功率为因变量的函数模型，形成风电机组功率特性评估函数组。
51.该函数组可用于海上风电机组发电量的评估，有利于业主更加准确地掌握待开发海上风电场的发电收益以及在运行风电机组的功率特性，为海上风电场的微观选址优化及海上风电机组运行优化奠定基础。