风力发电中风速测量技术的发展.pdf

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1、风力发电中风速测量技术的发展程启明，等风力发电中风速测量技术的发展DevelopmentofWindSpeedMeasuringTechnologiesinWindPowerGeneration程启叨程尹曼汪明锔互唠整(上海电力学院电力与自动化学院，上海200090)摘要：风速的准确测量是风力发电运行控制的基础。介绍了多种当前常见的风速测量仪器的工作原理，比较了它们的特点，并给出了各种仪器的适用范围；同时，还叙述了近年来发展起来的Kalm蛐滤波器、神经网络和支持向量机等风速软测量方法。这对风速测最仪的选择和研究具有一定的参考

2、指导价值。关键词：风力发电风速测量风速传感器软测量发展趋势中图分类号：TF29文献标志码：AAb!咖帆：Accuratemeasurementofthewindspeedisthebasisofoperationandcontrolforwindgeneration．Theoperationalprinciplesofvail·OU8commonlyusedwindspeedmeasuringinstrumentsareintroduced。theirfeaturesalecompared。andtheapplicables

3、copesalegiven．Ined-dition．thesoftsensingmethodsdevelopedinrecentyearsarealsopresent。e．g．Kalmanfdter，neuralnetworkandsupportvectormachine。ctc．Itprovidescertainreferenceandguidanceinselectingandresearchingmeasuringinstrumentsforwindspeed．Keywords：WindpowergenerationW

4、indspeedmeasurementWindspeedscnsorSoftsensingDevelopingtrend0引言自20世纪80年代后期以来，风力发电取得了飞速的发展，特别是20世纪90年代以后发展起来的变距风力发电机组，它把风速信号作为控制系统的输入变量来进行转速和功率控制⋯。当风速低于额定风速时，机组能跟踪最佳功率曲线，使机组具有最高的风能转换效率；而当风速高于额定风速时，应增加传动系统的柔性，使机组功率输出更加稳定。由于风能具有很高的不确定性，因此，要想很好地控制风机发电，使之跟随风速的变化而获取最大发电功

5、率并降低成本，就必须准确及时地测出风速，并对风机进行相应的控制。目前，世界上风力发电机可利用的风速范围在3—25m／s左右，所以，测速传感器测量风速至少要大于30m／s；而风速变化要求传感器反应时间不能低于1s；另外还要求其具有功耗低、可维护性好、寿命长等特点。目前测量风速的方法有很多口。-，本文将详细介绍当前各种风速传感器的原理、技术特点与适用范围。1常用的风速测量仪器目前，常用的风速传感器测量仪器有风杯风速仪、上海市教育委员会重点学科建设基金资助项目(编号：J51301)；上海市教育委员会重点科研基金资助项目(缡号：06

6、ZZ69)。修改稿收到日期：2010一Ol—Ol。第一作者程启明，男，1965年生。1988年毕业于浙江大学电子工程系，获硕士学位，教授；主要从事智能控制、电厂自动化等方面的研究。《：自动化仪表》第31卷第7期2010年7月毕托管(或称皮托管)风速仪"“】、热线热膜风速仪¨。8o、超声波测风仪一1、激光多普勒测速仪和粒子成像速度场仪等¨””J。1．1风杯风速仪目前在风力发电机中，风杯风速仪CA(cupaIle-mometer)是一种较常用的测风仪器b1。风杯风速仪的感应部分一般由3—4个半球形或抛物锥形的空心杯壳组成，杯壳固

7、定在互成120。角的三叉星形支架上或互成900角的十字形支架的等长旋臂上。杯的凹面顺着同一方向排列，整个横架则固定在能旋转的垂直轴上。由于凹面和凸面所受的风的压力不相等，风杯在受到扭力作用时开始旋转，它的转速与风速呈一定的关系。当风杯转动时，通过多齿转盘下面的光敏三极管就能测出风速值，而与风杯配套的风向传感器可测量风向，它的感应元件为单板风向标组件。采用风杯风速仪的显著优点包括：①成本较低、使用方便，并且基本不需要维护；②转速与风速基本上为线性关系；③抗强风能力强；④配合风向标可测风速和风向。但是，该方法也存在以下不足：①机

8、械装置体积较大，转动惯性会引起迟滞效应，响应速度慢，适合精度要求较低的场合；②存在转动部件，容易产生磨损；③机械结构可能受到恶劣天气的损害，沙尘和盐雾也会对其造成腐蚀；④由于摩擦的存在，低于启动值的风速将不能驱动螺旋桨或者风杯进行旋转，因此，低于启动风速的微风将无法测量。1风力发电中风速测