自动计算用于风力涡轮机的功率曲线监测的功率曲线界限的方法技术

本发明专利技术提供一种自动计算用于风力涡轮机的功率曲线监测的功率曲线界限的方法，其可以即使在风力涡轮机中测量到的风速-功率数据中除包括正常数据外还包括大量异常数据时，通过自动计算用于功率曲线监测的功率曲线界限来设定最优功率曲线界限。为此，本发明专利技术包括：由输入数据划分单元通过可变速度数据箱划分风力发电的输入数据；由功率计算单元为所划分的输入数据计算每个数据箱的功率平均值和标准偏差；由功率曲线估计单元为每个数据箱的所计算出的功率平均值来估计功率曲线；由界限搜索单元在移动所估计的功率曲线的同时搜索准确的功率曲线界限；以及由数据提取单元设定包括在所述准确的功率曲线界限中的数据作为新的输入数。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】自动计算用于风力涡轮机的功率曲线监测的功率曲线界限的方法
本专利技术涉及一种自动计算用于风力涡轮机的功率曲线监测的功率曲线界限的方法，尤其涉及这样一种自动计算用于风力涡轮机的功率曲线监测的功率曲线界限的方法，其能够排除在风力涡轮机中测量到的风速-功率数据里包括的大量错误数据，并自动计算用于功率曲线监测的最优功率曲线界限。
技术介绍
通常，风力发电场(farm)必须有效和稳定地工作。为此目的，监督控制和数据采集(SCADA)系统以及状态监测系统(CMS)被用作代表性关键运行技术。用于运行风力发电场的SCADA系统是基于计算机的系统，与其控制器结合远程控制风力涡轮机，并获取用于分析和报告风力涡轮机的运行性能的数据，以及执行控制、监测、分析和报告功能。SCADA系统的研发重点是风电场的整体运行，专注于监测单独的风力涡轮机的当前运行状态。也就是说，为了监测单独的风力涡轮机，SCADA系统专注于获取和分析部件的代表性特征值，除了有关涡轮机运行的信息之外，特别专注于温度和压力值。如上所述，SCADA系统专注于监测风力涡轮机的当前运行状态，而状态监测系统(CMS)旨在于早期阶段诊断风力涡轮机的故障，并通过更仔细地监测、分析以及预测风力涡轮机部件的状态来防止它们损坏，从而提高风力涡轮机的可靠性和经济可行性。根据使用多种先进的分析技术预先监测的区域和诊断的故障，状态监测系统主要分为叶片状态监测系统、部件振动状态监测系统和油状态监测系统。如SCADA系统，状态监测系统执行监测、分析和报告功能。然而，状态监测系统与SCADA系统的不同在于监测目标区域和分析以及预测技术方面。如上所述，SCADA系统和状态监测系统监测单独的风力涡轮机部件(诸如叶片、齿轮箱和发电机)的故障，并且根据故障的影响的预测程度通过区分警报水平(例如，注意、警告和报警)来生成报警消息。然而，确定整个风力涡轮机系统方面故障而不是单独部件故障的技术尚未应用到SCADA系统或状态监测系统。功率曲线用曲线图形式示出风力涡轮机功率与风速的关系，是表示整个风力涡轮机系统方面涡轮机性能的代表性指标，是涡轮机制造商必须确保的风力涡轮机的正式性能保证指标。图1示出根据在典型风力发电机的动力涡轮机中发生的各种故障示例的功率曲线。参照图1，各种故障示例中的功率曲线示出，在故障情况下，存在偏离正常功率曲线的功率输出。由于所观察的结果，基于功率曲线的监测技术吸引了与风力涡轮机的状态监测中使用的状态监测系统同样的注意。然而，尽管它们具有重要性，业界尚未积极开展对功率曲线监测技术的研究。图2是示出根据典型的功率曲线监测技术在太阳能供电技术研究所(ISET)中测量到的设定功率曲线界限的示例的曲线图。参照图2，在德国太阳能供电技术研究所进行的一项案例研究中，通过将五分钟内测量到的功率的平均值数据划分到0.5m/s的风速数据箱(bin)中，再为每个数据箱计算平均值和标准偏差来设定报警界限。然而，在ISET提出的方法中，随着风速增加超过额定风速，上限和下限之间的距离增加，以适应被选作应用目标的失速控制涡轮机，从而使得难以将该方法应用到大型风力涡轮机中主要使用的节距控制(pitchcontrol)。图3a和3b是示出根据典型的功率曲线监测技术在智能系统实验室中测量到的设定功率曲线界限的示例的曲线图。参照图3a和图3b，代表性的功率曲线监测技术是使用由美国爱荷华大学智能系统实验室(AndrewKusiak教授)研发的数据挖掘算法的非参数模型技术。智能系统实验室测试用于功率曲线估计的各种数据挖掘算法。其中，K-NN模型表现出最优良的性能。另外，智能系统实验室提出了用于设定功率曲线界限的残差控制图技术。然而，智能系统实验室所提出的数据挖掘技术的K-NN模型的精度可能由于错误数据而显著降低。此外，每次给出新的数据，必须通过计算新数据和所有习得(learning)数据之间的距离来选择k个相邻的数据。因此，随着习得数据量增加，需要更多的时间来计算其间的距离。相关技术公开于韩国专利公开号10-2010-0031897(名称为“用于监测风力发电机的装置”)。
技术实现思路
[技术问题]在功率曲线监测技术的应用中，仅使用排除了错误数据的正常数据作为功率曲线界限设定算法的输入是常见问题。在诸如风力发电的不规则能源的情况下，在试运行过程中或在安装后一年中，无法保证在所有风速下仅获得正常数据。因此，必须从测量到的数据中排除错误数据，以便准确地应用功率曲线界限设定算法。然而，在相关技术中，因为需要大量人力和时间来为功率曲线界限设定算法的应用排除错误数据，所以功率曲线监测技术不易被应用到实际现场。本专利技术旨在解决现有技术中这些问题，并且本专利技术的一个方面提供一种自动计算用于风力涡轮机的功率曲线监测的功率曲线界限的方法，即使在风力涡轮机中测量到的风速-功率数据除包括正常数据外还包括大量错误数据时，也可以通过自动计算用于功率曲线监测的功率曲线界限来设定最优功率曲线界限。[技术方案]根据本专利技术的一个方面，一种自动计算用于风力涡轮机的功率曲线监测的功率曲线界限的方法，包括：由输入数据划分单元通过可变速度数据箱划分风力发电的输入数据；由功率计算单元为所划分的输入数据计算每个数据箱的功率的平均值和标准偏差；由功率曲线估计单元为每个数据箱的所计算出的功率的平均值估计功率曲线；由界限搜索单元在移动所估计的功率曲线的同时搜索准确的功率曲线界限；以及由数据提取单元设定所述准确的功率曲线界限之间的输入数据，以作为新的输入数据。所述输入数据划分单元可根据由下面方程式给出的数据箱宽度基于所述可变速度数据箱来确定输入数据的风速-功率数据：数据箱宽度＝1/整个算法循环的重复次数(m/sec)所述功率曲线估计单元可基于每个数据箱计算出的功率的平均值作为插值法的输入，使用所述插值法来估计功率曲线，并且所述插值法可以是三次B样条插值法。所述界限搜索单元可以在向左和向右或向上和向下移功率曲线的同时搜索准确的功率曲线界限。所述界限搜索单元可以以预设的ΔV的距离重复向左和向右移动功率曲线，直到满足下面的不等式：PDLi-PDLi-1＜βshift(i＞1)。所述界限搜索单元可以以预设的ΔP的距离重复向上和向下移动功率曲线，直到满足下面的不等式：PDLi-PDLi-1＜γoffset(i＞1)。PDL可以由下面方程式限定：所述方法还可以包括：在设定输入数据之后，从所述功率计算单元接收每个数据箱的计算出的功率的标准偏差，并且由数据确定单元计算其平均值；由所述数据确定单元将计算出的标准偏差的平均值与在先前的算法循环中计算出的先前的标准偏差的平均值比较，并且确定平均值的变化是否小于用于确定是否终止功率曲线计算算法的常数；以及当平均值的变化小于所述常数时，确定已计算出准确的功率曲线界限并终止整个算法循环的执行，并且当所述平均值的变化大于所述常数时，使用新的输入数据重复整个循环算法。[有益效果]如上所述，根据本专利技术，即使在风力涡轮机中测量到的风速-功率数据除包括正常数据外还包括大量错误数据时，通过计算每个数据箱的功率数据输入的平均值和标准偏差，并使用插值法估计功率曲线，接着在移动功率曲线的同时搜索最优界限，可自动计算功率曲线界限。因此，功率曲线监测技术可以容易地应用到实际本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自动计算用于风力涡轮机的功率曲线监测的功率曲线界限的方法，包括：由输入数据划分单元通过可变速度数据箱划分风力发电的输入数据；由功率计算单元为所划分的输入数据计算每个数据箱的功率的平均值和标准偏差；由功率曲线估计单元为每个数据箱的所计算出的功率的平均值估计功率曲线；由界限搜索单元在移动所估计的功率曲线的同时搜索准确的功率曲线界限；以及由数据提取单元设定所述准确的功率曲线界限之间的输入数据，以作为新的输入数。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.09.18 KR 10-2012-01033961.一种自动计算用于风力涡轮机的功率曲线监测的功率曲线界限的方法，包括：第一操作步骤，由输入数据划分单元通过可变速度数据箱划分风力发电的输入数据；第二操作步骤，由功率计算单元为所划分的输入数据计算每个数据箱的功率的平均值和标准偏差；第三操作步骤，由功率曲线估计单元为每个数据箱的所计算出的功率的平均值估计功率曲线；第四操作步骤，由界限搜索单元在移动所估计的功率曲线的同时搜索准确的功率曲线界限；以及第五操作步骤，由数据提取单元设定所述准确的功率曲线界限之间的输入数据，以作为新的输入数。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述输入数据划分单元根据由下面方程式给出的数据箱宽度基于所述可变速度数据箱来确定所述输入数据的风速-功率数据：数据箱宽度＝1/整个算法循环的重复次数(m/sec)，其中所述整个算法循环是指重复如上述的第一到第五操作步骤，所述整个算法循环的重复次数对应于如上述的第一到第五操作步骤的重复次数。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述功率曲线估计单元基于每个数据箱计算出的功率的平均值作为插值法的输入，使用所述插值法来估计所述功率曲线。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述插值法是三次B样条插值法。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述界限搜索单元在向左和向右或向上和向下移动所述功率曲线的同时搜索所述准确的功率曲线界限。6.根据权利要求5所述的方法，其中所述界限...

【专利技术属性】
技术研发人员：朴埈永，李准信，李在庆，吴沂镛，朴炳穆，姜金锡，刘武成，金夕泰，金志映，
申请(专利权)人：韩国电力公社，
类型：发明
国别省市：韩国;KR