激光雷达测风仪在风电机组偏航误差 测试中的应用研究
马东
（华电电力科学研究院，杭州310030）
摘要：文中通过激光需达测风仪测得风电机组前方各距离处偏航误差，发现风电机组自身测得偏航误差数据有偏差，以激光雷达测风仪对风电机组偏航误差进行纠正，可有效减少偏航误差，提高发电量，对于提升风电机组偏航控制系统水平具有积极的意义.
关键词：激光雷达测风权：风电机组：偏航误差
中图分类号：TK89文献标志码：B文章编号：1009-3230（2015)11-0005-03
AppliedResearch of LidarUsingforWind TurbineYawErrorTest
MA Dong(Huadian Electric Power Research Institute Hangzhou 310030 China)
Abstract: This paper tests the yaw error of diferent distance of the wind tuzbine by lidar and it isfound that the yaw error tested by the wind turbine itself is biased. The AEP can be improved throughturbine yaw recalibration by lidar. It is positive to improve the level of yaw control system of wind turbine.
Key words: Lidar; Wind turbine; Yaw error
0引言
组机舱上，测得风电机组前方不同距离处的偏航误差，并通过与风电机组自身测得的偏航误差做对比分析，发现风电机组自身测得偏航误差有偏差，对风电机组偏航进行纠错，提高发电量.
随着并网发电的风电机组日渐增多，风电机组性能测试变得越来越重要.偏航系统是风电机组控制系统的重要组成部分，而偏航误差也是风电机组的重要性能指标，对发电量有着较大影响，减少]. 偏航误差较大，会导致风能利用率降低，发电量
1激光雷达测风仪应用于风电机组 偏航误差测试
激光雷达测风仪利用多普勒频移原理来测量风资源风况参数，在大气中，气溶胶与风移动的方向和速度是一致的，光纤激光器发射出相干性好的一束单色激光光束，该光束遇到大气中移动的气溶胶颗粒时，会产生光的辐射散射，散射在光束方向上的分量会产生多普勒效应，探测器上检测到频移量，从而得到各风况参数.激光雷达测风仅测量范围涵盖10-300m的范围（竖向与横向）；测量精度高，风速精确度达到0.1m/s.风向
偏航系统中对风向的测量主要通过风向标来完成，风电机组运行中受到外界各种环境的影响，风向标的准确度往往受到影响，导致无法准确测量风向，风电机组无法对准风向，影响偏航控制.
文中将机载式激光雷达测风仪安装于风电机
精确度达到0.5°；工作温度范围大，可以满足-30~45℃这个范围.
测试场地位于云南省红河洲蒙自市草坝镇犁把山一带，风电场场区为一片高台地，台地以西较为低矮开阔.风电机组依山势基本布于山顶及山坡平缓区域.测试场地属亚热带季风气候类型，冬无严寒，夏无酷暑，雨热同季，干湿季分明.立体气候明显，坝区干热，山区温凉.年平均气温18.6°℃，无霜期337d，年降雨量815.8mm，年均日照时数2234h.
测试风电机组为26#，主要参数见表1.
表1
测试风电机组主要参数表
额定功率/kw 1500叶轮直径/m 82轮载高度/m 65切人风速（m/s） 4额定风速（m/s） 14切出风速（m/s） 25
在这次测试周期为2014年11月20日到2015年1月13日，测试数据频率为10min一个，激光雷达测风仅设置测试距离分别为：5、45、82、123 、164 、185 205 225 、246 m.
2测试结果分析
2.1风向分析
激光雷达测风仪与风电机组自身均可测得风向，经现场测量发现，风电机组自身风向数据存在一个约70°的固定偏差，对风向进行调整，并将调整前后的风向与与同期激光雷达测风仪风向进行相关性分析，结如图1所示.
由上图可知，风电机组自身测得风向经过调整，与激光雷达测风仪风向的相关系数由0.4857增加到0.6739，相关性显著增加.
2.2偏航误差分析
激光雷达测风仪各测试距离偏航误差结果如图3所示.
图1调整前风机机舱与激光雷达测风仪风向散点图
图2调整后风机机舱与激光雷达测风仪风向数点图
图3激光雷达测风仪各距离偏航数据变化图
表2激光雷达测风仪各距离偏航误差统计表
数据组 5m 平均值 3.54 最小值 24.27 最大值 9.4845 m -2.92 22.73 14.9782m -2.63 28.51 15.41123 m 2.28 30.05 24.09164 m 185 m 1.87 2.04 30.341 23.73 25.06 27.17-1.86 29.93 31.96225 m 1.91 29.74 32.72246 m 1.85 27. 76 35.08
由上可知，激光雷达测风仪各距离偏航数据基本处于正负30°区间内，且分布情况基本一致.
因此，下文统计分析激光雷达测风仪5m距离与风电机组自身偏航误差数据.
图5
表4 发电量对比表
项目 25# 26#纠偏前/kWh 64752 65 021纠偏后/kWh 65 638 67236增长比例/% 1.37% 3.41%
图4激光雷达测风仪5m距离与风电机组自身偏航误差分布图
表3激光雷达测风仪5m距离与风电机组自身偏航误差
数值区间 测风仪5m 风机-5° ~50 59.32% 82.55%01-oS'.S--01- 32.46% 15.25%-15°--10° 10°~15° 20°- -15° 15° 20° 1.80% 6.11% 0.20% 1.30%00-0207--000- 0.30% 0.30%30* 0.00% 0.40%
25#风机未进行偏航纠正，发电量增长1.37%原因为风速变化，26#风机纠偏后，发电量增长3.41%，排除风速变化原因，发电量增长比例为2.04%，即经过偏航误差纠正，26#风机发电量增长2.04%.
由上表可知，激光雷达测风仪5m与风机自身偏航误差位于正负5°范围内概率分别为59.32%82.55%，正负10°范围内概率分别为91.78%、97.79%，风电机组自身测得的偏航误差存在偏差.面偏航误差是偏航控制的基础，若偏航误差出现偏差，则风电机组无法准确进行对风偏航，导致发电量减少.
3结束语
文中通过机载式激光雷达测风仪测得风电机组前方各距离处偏航误差，发现风电机组自身测得偏航误差数据有偏差，以激光雷达测风仅对风电机组偏航进行纠错，可有效减少偏航误差，提高发电量，对于提升风电机组偏航控制系统水平具有积极的意义.
2.3偏航误差纠正
参考文献
利用激光雷达测风仪偏航数据对风机自身偏航误差进行纠正，纠偏效果如图5所示.
[1]申新贺，潘东浩，唐继光，大型风电机组功率曲线的分析与修正[J].应用能源技术，2009（8）：28-32.[2]尹子栋，付德义，激光雷达测风仪在风电机组功率 曲线测试中的应用[J].可弄生能源，2013 31（4）：100 106.
上图中，前半部分为未纠正偏航误差，后半部分为纠正后偏航误差，可以看出经纠正后，风机偏航误差整体减小很多.
为验证偏航误差纠正效果，将26#风机与邻近25#做发电量对比分析，见表4.
