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利用激光雷达校正风电机组静态偏航误差的研究
摘要
风能已经成为可再生能源领域的重要组成部分，风电机组的静态偏航误差是影响风能发电效率的重要因素。本文基于激光雷达技术，研究了一种校正风电机组静态偏航误差的方法。首先，通过分析风电机组的工作原理和静态偏航误差的影响机制，确定了利用激光雷达校正风电机组静态偏航误差的可行性。进一步，通过对实验数据的观测与分析，验证了利用激光雷达的方法可以有效地校正风电机组静态偏航误差，并有效提高发电效率。本文的研究成果对于提高风能发电的效率以及节约能源具有一定的指导意义。
关键词：风电机组、静态偏航误差、激光雷达、校正方法、发电效率
Abstract
Windenergyhasbecomeanimportantpartoftherenewableenergyfield.Thestaticyawerrorofwindturbinesisanimportantfactoraffectingtheefficiencyofwindpowergeneration.Basedonthetechnologyoflaserradar,thispaperstudiesamethodforcorrectingthestaticyawerrorofwindturbines.Firstly,byanalyzingtheworkingprincipleofwindturbinesandtheinfluencingmechanismofstaticyawerror,thefeasibilityofusinglaserradartocorrectthestaticyawerrorofwindturbinesisdetermined.Furthermore,throughobservationandanalysisofexperimentaldata,itisverifiedthatthemethodofusinglaserradarcaneffectivelycorrectthestaticyawerrorofwindturbinesandeffectivelyimprovethepowergenerationefficiency.Theresearchresultsofthispaperhavecertainguidingsignificanceforimprovingtheefficiencyofwindpowergenerationandenergyconservation.
Keywords:windturbine,staticyawerror,laserradar,correctionmethod,powergenerationefficiency
正文
一、引言
随着人们对环境保护和可持续发展的日益重视，风能作为一种清洁、可再生的能源得到了广泛的关注。风电机组作为最主要的风能发电设备，其发电效率直接影响着风能的开发利用效率。目前，风电机组普遍存在的静态偏航误差是影响风能发电效率和风电机组寿命的主要问题之一。静态偏航误差是指在风轮面与风向之间的偏移角度超过一定值时机组转速控制系统无法将风轮立即转向而发生的偏航。这种现象在风速较低时更常见。静态偏航误差会引起机组振动加剧，甚至对机组带来一定程度的损害，同时还会降低机组的发电效率。
目前，国内外学者针对静态偏航误差提出了种种解决方法，如利用风向传感器或陀螺仪测量偏航角度、通过调整机组的协调控制系统来进行校正。然而，这些方法要么精度较低，要么成本较高，因此难以广泛运用。而基于激光雷达技术的校正方法，则以其高精度、低成本等优点，在工业实践中得到了广泛应用和认可。因此，本文选择激光雷达技术作为手段，探究利用激光雷达校正风电机组静态偏航误差的研究。
二、研究方法
2.1原理分析
（1）风电机组的工作原理
风电机组是将风力转换成电能的一种设备，其主要构成部分为风轮、发电机、控制系统和塔筒等。风轮旋转产生的动能通过发电机转换为电能输出。当风轮对接风向角度不同时，风能的捕获效率也会发生相应的变化。为了保证效率，提高发电制造商利润，控制系统会根据风向改变风轮的取向以获得最大功率因数，这就需要控制系统能够有效地判断机组的实际风向。
（2）静态偏航误差的影响机制
在理论上，制造商设定的风能捕获曲线接近于sin（γ—α），其中γ为风轮真实风向角度，α为风轮角度，即与塔筒的夹角。因此，如果γ和α不一致，控制系统会失误，并可能会导致机组发生偏航。当风轮的偏向累积到一定程度，发电控制系统无法将风轮立即转向，就会发生静态偏航误差。静态偏航误差不仅会影响发电效率，而且可能会对机组结构产生不利影响。
（3）激光雷达校正风电机组静态偏航误差的可行性
激光雷达通过发出一束激光束，对目标进行扫描并测量其反射距离，从