风电机组机舱风速仪的特性研究

石宇峰魏煜锋

摘要：机舱风速仪位于风轮后方，受叶片和风轮的影响很大，本文通过对比机舱风速仪在机组停机、空转、并网、不同偏航误差、不同风轮尺寸以及不同安装高度时与测风塔风速仪的区别，证明机舱风速仪在不同工况下受到的影响不一样，简单地通过某个相关性由机舱风速反推至风轮前边的真实风速是不合理的，应该建立不同工况下机舱风速和测风塔风速的对应关系。

关键词：风力发电机组；机舱风速仪

CharacterResearchoftheWindTurbineNacelleAnemometer

ShiYufeng，WeiYufeng

（MingYangSmartEnergyGroupCo.，Ltd，ZhongshanChina，528437）

AbstractNacelleanemometerislocatedbehindtherotor，andisinfluencedstronglybybladeandrotor.Thispapercomparethenacelleanemometerandmetmastanemometerindifferentcasessuchasstandstill，idling，grid，differentyawerror，differentrotorsizeanddifferentinstalledheight.Itshowsthatnacelleanemometerisinfluenceddifferentfromthecases，itisnotreasonabletocalculatesimplythetruewindspeedthroughnacelleanemometerbyonerelationship，weshouldestablishtheseveralrelationshipsbetweennacelleanemometerandmetmastanemometerfordifferentcases.

Keywordswindturbinenacelleanemometer

引言

机舱风速仪测得的风速一般不作为风机控制策略的参数，即不参与核心控制，只用于切入和切出风速的判断，以及风速功率是否匹配的大致判断等。因此，大家对其准确性的要求相比测风塔风速仪的要求要低很多，然而很多情况下，大部分机组都是没有安装测风塔的，需要用机舱风速来统计数据并评估机组性能，此时机舱风速的准确性和可靠性就显得尤为重要。本文通过对比不同工况下的机舱风速和测风塔风速，证明机舱风速在不同工况下受到的影响是不同的。

1研究方法

在机舱尾部安装一个风速仪，同时在距离风机上风向2.5D（D为风轮直径）处安装一座测风塔，测风塔上安装的主风速仪与轮毂中心高度等高，测风塔及传感器的安装完全符合IEC61400-12-1测试标准。

图1测试方法示意图

2机舱风速在不同工况下的特性

2.1运行和待机等工况对机舱风速仪的影响

机舱风速仪在正常并网运行、待机并存在不同偏航误差情况下的表现结果见下图。可看出，机组停机状态并且偏航误差较小时，机舱风速明显偏小，机组停机状态并且偏航误差约40度时，机舱风速明显偏高，并且大于测风塔风速。

图3机舱风速仪在不同湍流下的相关性

（横坐标为测风塔，纵坐标为机舱风速）

2.3不同风切变对机舱风速仪的影响

机舱风速仪和测风塔风速仪在不同风切变下的相关性对比结果见下图，红点为风切变小于0.25，蓝点为切变大于0.25，可看出，风切变对机舱风速仪的影响不大。

图4机舱风速仪在不同风切变下的相关性

（横坐标为测风塔，纵坐标为机舱风速）

2.4不同风轮尺寸对机舱风速仪的影响

选取2个不同轮毂和叶片尺寸的机型进行对比，机型1的尺寸比机型2大，对比条件均为未并网并且风轮空转。

下图为机型1的机舱风速仪在风轮空转时的表现，红色为测风塔风速仪，黄色和蓝色为机舱风速仪。机舱风速仪在风轮旋转一周时会产生3个明显的波峰波谷，并且相对于测风塔风速降低明显。另外根据风轮相位角与叶片的关系，风速波谷发生在叶片将要旋转到最上端前约10deg左右。

图8机型2停机状态并且空转时的机舱风速

2.5安装高度对机舱风速仪的影响

将机舱风速仪从原位置加高约1m，加高后的机舱风速仪见下图。

下图横坐标为机舱原装风速仪，纵坐标为机舱加装风速仪，可看出，加高前，2个机舱风速仪非常接近，机舱加装风速仪在加高1m后，风速明显升高。

图10机舱风速仪加高前后对比

（横坐标为机舱原装风速仪，纵坐标为机舱加装风速仪）

2.6并网前后对机舱风速仪的影响

下图为机组从偏航误差较大，逐渐偏航至对风，随后并网的时序图，可看出，机舱风速在机舱对准风向后开始发生剧烈波动，表明机舱在对风后机舱风速仪周围的湍流明显变大。

图13机舱风速仪在偏航对风前后的对比

3结论

机舱风速仪受叶片和轮毂的影响较大，有若干因素会影响其准确性，包括是否运行、偏航误差、风轮尺寸、机舱风速仪的安装高度等，不能简单地通过一个相关性将机舱风速反推到测风塔风速，应该建立不同工况下机舱风速和测风塔风速的对应关系。同时，建议在选择机舱风速仪的安装位置时，需要做尾流仿真，选择尾流影响最小的地方安装风速仪，并进行相关测试验证，这样才能确保机舱风速仪具有较高的可信度。