双支架叶片净空监测系统相对误差优化

2021-09-06冯驹

中国科技纵横 2021年13期

冯驹

（明阳智慧能源集团股份公司，广东中山 528437）

0.引言

随着风力发电技术的发展及能效要求的提高，风机叶片越来越长、越来越柔，风力发电机的叶片净空监测系统应运而生，用于监测叶尖净空[1]。双支架叶片净空监测系统在设计阶段采用冗余设计和相互校验的设计，减小出现偶然误差影响，但是在实际应用中双雷达的相互校验出现的校验失败故障影响风力发电机组的正常工作，降低风力发电机组的实际发电量。为降低风力发电机组净空校验失败的可能，需对该系统的净空监测进行优化。

1. A风场误差

A风场在2021年5月初出现较大规模的距离校验失败故障，即测距仪获取的数据与净空曲线之间的误差较大，大于理论误差范围。针对距离校验失败故障数据进行采集，获取距离校验失败故障发生期间的高频数据。

将A风场12号至17号风机在故障发生期间的数据进行统计，筛选出1号雷达的净空值和2号雷达的测量值小于90m的数据，筛选出1096个符合要求的数据，对于12号风机至17号风机之间的数据进行对比，15号风机的分布相较于其余的数据约大0.5m，经过现场检查15号风机的激光光斑的误差约为30cm，考虑到左右的调节为有级调节实际误差应大于30cm，因此15号风力发电机组相较其余风力发电机组的误差大0.5m～0.6m，故应剔除15号风机的故障数据。

剔除掉15号风力发电机组的无效数据后，将数据筛选出828个有效数据，数据如表1所示分布主要的数据集中在0.6～0.8之间，平均值为0.717，标准差为0.168，数据相对集中。

表1 A风场风机净空较低期间误差

将数据进行筛选后，按照0.5的阈值要求下的数据的概率为7.6%。将阈值放大到0.9之后，小于0.9的数据的占比为84.1%，放大到1之后，小于1的数据占比为92.1%。即现有的阈值设为0.5之后，阈值相对较为狭窄，92.4%的数据均认为错误，错误概率较大。考虑到净空雷达存在0.3m的误差，实际的阈值可能会缩至0.35m，若将现有阈值添加误差至0.8m的范围，75%的数据满足实际需求。

2. B风场误差

B风场是一个典型的山地风场，B风场的风资源分布相对不均匀且存在较为明显的负切变，叶尖处的风速与叶根处的风速差距相对较大，B风场的风资源分布分层严重，采集到的风速数据对B风场净空数据分析相关性较弱，不作为研究叶尖净空差值的相关关系。

将B风场的故障数据进行筛选，筛选出净空值低于有效值的数据后，筛选出231个有效数据，数据如表2分布。B风场净空数据与A风场分布相同，B风场的差值平均值为0.67，标准差为0.21。

表2 B风场风机净空较低期间误差

将数据进行筛选后，按照0.5的阈值要求下的数据的概率为14.7%。将阈值放大到0.9之后，小于0.9的数据的占比为92.6%，放大到1之后，小于1的数据占比为93.9%。即现有的阈值设为0.5之后，阈值相对较为狭窄，85.3%的数据均认为错误，错误概率较大。结合第二节对误差的讨论，将现有阈值添加误差至0.8m的范围，77.5%的数据满足实际需求。

3.距离校验失败原因

风力发电机净空监测系统距离校验失败时的主要原因有4点。（1）叶片强度误差；（2）风力环境差异；（3）净空雷达安装误差；（4）净空雷达随机误差。

3.1 叶片强度误差

A风场与B风场所使用的叶片有一定区别，B风场所使用是2号叶片相较与A风场所使用的1号叶片更柔。叶片净空监测系统的理论设计是基于B风场的2号叶片与所处的风力环境进行设计，B风场的1号雷达标准测距值的叶尖净空为6.7m，A风场的1号雷达标准测距值的叶片净空为7.15m。A风场相较与B风场的距离差值约为0.4m与两风场的叶片变形仿真值的0.45m误差相对接近，理论净空值与实际净空值误差较小。

3.2 风力环境差异

因目前采集数据的两个风场仅采用了风速风向仪对风速进行数据采集，风向风速数据滞后于净空监测数据，同时B风场又属于一个典型的负切变的山地风场，风速风向数据对净空数据误差数据关联性较弱，不纳入主要影响因素。实际控制中若风速数据失效，应采用轴加速度数据进行控制。但该数据分布是随机分布，轴加速度与净空差值无显著关系。

在后期研究风速与净空相关关系应对试验风场增加一个测风雷达，测试该风场的风力情况，确认湍流与切变，优化数据模型。

3.3 净空雷达安装误差

以风力发电机叶轮方向为Y方向，激光净空雷达在X方向的调整属于有级调节，调节过程中误差相对较大。A风场的15号风机的两台雷达间的误差允许范围外约30cm，因此数据出现较大失真。在后续雷达的安装要求中雷达的允许误差为±10cm，考虑到现场维护人员执行过程中的误差，净空雷达的实际净空误差范围应为0cm～20cm。