风电场阵风预测方法和系统技术方案

本发明专利技术实施例提供一种风电场阵风预测方法和系统，方法包括如下步骤：1)监测位于风电场外围的测风节点处的阵风信息；2)标记最先监测到阵风的测风节点为当前测风节点，并将当前测风节点以及各个风电机组在沿阵风的风向上进行投影，得到当前测风节点以及各个风电机组之间沿阵风的风向上的投影距离，并确定各风电机组之间的上下游关系；3)根据当前测风节点处的阵风信息、当前测风节点、各个风电机组之间沿阵风的风向上的投影距离和各风电机组之间的上下游关系，计算在当前测风节点处的阵风到达各风电机组时的阵风信息。本发明专利技术的技术方案实现对风电场中阵风的预测，进而为提高风电机组发电效率以及安全性打好基础。

【技术实现步骤摘要】
风电场阵风预测方法和系统
本专利技术涉及风电
，尤其涉及一种风电场阵风预测方法和系统。
技术介绍
风力发电因其采用了新型、清洁的能源进行发电而在电力领域逐步受到人们的关注。然而，风力发电采用的风能因其在风速、风向上都具有随机性，因此风力发电会在发电效率以及安全性上存在不稳定因素，特别是由阵风带来的波动尤为明显。现有风力发电技术中也很难对阵风的风能进行有效的捕获利用，并且阵风很容易导致风电机组出现安全性问题。例如，阵风可以引起风力发电机组(简称“风电机组”)转矩出现较大范围的波动，使叶轮的机械应力突然增加，并且此时机组输出的功率波动性明显，甚至在极端阵风状况下，会对机组造成致命性的伤害。因此，如何对风电场中出现的阵风进行有效的预测，是后续采取有效措施，提高风电机组发电效率以及安全性的前提，也是技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供一种风电场阵风预测方法和系统，以实现对风电场中出现的阵风进行有效的预测，进而为后续采取有效措施，提高风电机组发电效率以及安全性打好基础。为达到上述目的，本专利技术的实施例提供了一种风电场阵风预测方法，包括：监测位于风电场外围的至少三个测风节点处的阵风信息，所述阵风信息包括阵风的到达时间、风速和风向；当监测到所述测风节点处存在一股吹向风电场的阵风时，标记最先监测到该股阵风的所述测风节点为当前测风节点，并将所述当前测风节点以及风电场中的各个风电机组在沿所述阵风的风向上进行投影，得到所述当前测风节点以及各个风电机组之间沿所述阵风的风向上的投影距离，并确定各风电机组之间的上下游关系；根据所述当前测风节点处的所述阵风信息、所述当前测风节点、各个风电机组之间沿所述阵风的风向上的投影距离和各风电机组之间的上下游关系，计算在所述当前测风节点处的阵风到达各风电机组时的阵风信息。本专利技术的实施例还提供了一种风电场阵风预测系统，包括：位于风电场外围的至少三个测风节点处的气象监测设备、中央控制器，所述中央控制器包括：数据处理模块和阵风信息计算模块；所述气象监测设备，用于监测位于风电场外围的至少三个测风节点处的阵风信息，所述阵风信息包括阵风的到达时间、风速和风向；所述数据处理模块，用于当所述气象监测设备监测到所述测风节点处存在一股吹向风电场的阵风时，标记最先监测到该股阵风的所述测风节点为当前测风节点，并将所述当前测风节点以及风电场中的各个风电机组在沿所述阵风的风向上进行投影，得到所述当前测风节点以及各个风电机组之间沿所述阵风的风向上的投影距离，并确定各风电机组之间的上下游关系；阵风信息计算模块，用于根据所述当前测风节点处的所述阵风信息、所述当前测风节点、各个风电机组之间沿所述阵风的风向上的投影距离和各风电机组之间的上下游关系，计算在所述当前测风节点处的阵风到达各风电机组时的阵风信息。本专利技术实施例提供的风电场阵风预测方法和系统，通过监测位于风电场外围测风节点处到的阵风信息，确定即将吹向风电场的阵风，然后将最先监测到阵风的当前测风节点以及风电场中的各个风电机组在沿阵风的风向上进行投影，得到当前测风节点以及各个风电机组之间沿阵风的风向上的投影距离，并确定各风电机组之间的上下游关系，从而利用当前测风节点处的阵风信息、各个风电机组之间沿阵风的风向上的投影距离和上下游关系，计算在当前测风节点处的阵风到达各风电机组时的阵风信息，以对到达每个风电机组的阵风的风速、风向、到达时间等进行准确预测。附图说明图1为本专利技术提供的风电场阵风预测系统拓扑图；图2为本专利技术提供的风电场阵风预测方法一个实施例的方法流程图；图3为本专利技术提供的测风节点以及风电机组在沿阵风的风向上进行投影的示意图；图4为本专利技术提供的风电场阵风预测方法另一个实施例的方法流程图；图5为本专利技术提供的测风节点及风电机组对应位置坐标的Oxy平面直角坐标系示意图；图6为本专利技术提供的风电场阵风预测方法又一个实施例的方法流程图；图7为本专利技术提供的风电场阵风预测系统一个实施例的结构示意图；图8为本专利技术提供的风电场阵风预测系统另一个实施例的结构示意图。附图标号说明101-北斗卫星、102-中央控制器、103-气象监测设备、104-风电机组、1021-数据处理模块、1022-阵风信息计算模块、1023-坐标系构建模块、1024-坐标系旋转模块、1025-分组模块、1026-上下游关系模块、10221-第一阵风信息计算单元、10222-第二阵风信息计算单元、10223-第三阵风信息计算单元。具体实施方式本专利技术的实施例，通过将监测到阵风的当前测风节点以及风电场中的各个风电机组在沿阵风的风向上进行投影，得到当前测风节点以及各个风电机组之间沿阵风的风向上的投影距离，然后利用这些投影距离、各风电机组之间沿阵风的风向上的上下游关系以及在当前测风节点处监测到的阵风信息，计算该阵风到达各个风电机组时的阵风信息。本专利技术实施例的技术方案可以适用于针对风电场的阵风预测。图1为本专利技术提供的风电场阵风预测系统拓扑图。如图1中所示，本专利技术的所有实施例中采用如北斗卫星101对涉及使用的设备如中央控制器102、气象监测设备103(气象桅杆)等进行同步授时，保障它们使用的时间参量是同步的，从而提高预测当前测风节点处的阵风到达各风电机组104时的阵风信息在时间上的精度。在图1中，每个气象监测设备103所处的位置均为一个测风节点。各气象监测设备103、风电机组104周期性向中央控制器上传监测到的风信息(风电机组104可将偏航信息、风向标的测风信息等作为监测到的风信息)，然后由中央控制器102根据这些风信息，以及气象监测设备103和各风电机组104所处的地理信息对风电场的阵风进行预测。实施例一在图1所示风电场阵风预测系统拓扑图的基础上，图2示出本专利技术提供的风电场阵风预测方法一个实施例的方法流程图。如图2所示，该风电场阵风预测方法包括：S201，监测位于风电场外围的至少三个测风节点处的阵风信息，阵风信息包括阵风的到达时间、风速和风向。通过设置在位于风电场外围的至少三个测风节点处的气象监测设备监测相应测风节点处的阵风信息，并周期性的上传给中央控制器。测风节点的具体位置需满足这样的条件：阵风在到达风电场前应被至少一个测风节点处的气象监测设备监测到；且首次监测到阵风的测风节点与阵风经过的第一个风电机组之间应保持足够远距离，以使得阵风经过该距离所经历的时间大于各气象监测设备、风电机组等上传风信息的周期。S202，当监测到测风节点处存在一股吹向风电场的阵风时，标记最先监测到该股阵风的测风节点为当前测风节点，并将当前测风节点以及风电场中的各个风电机组在沿阵风的风向上进行投影，得到当前测风节点以及各个风电机组之间沿阵风的风向上的投影距离，并确定各风电机组之间的上下游关系。中央控制器根据对接收的各测风节点处监测的阵风信息中的到达时间、风速和风向进行综合判断，从中识别出即将吹向风电场的各股阵风的信息。每当中央控制器识别出某些测风节点处监测到一股新的即将吹向风电场的阵风时，则标记最先监测到该股阵风的测风节点为当前测风节点。中央控制器根据预先掌握的各测风节点以及各风电机组的地理位置信息，将上述当前测风节点以及风电场中的各个风电机组在沿阵风的风向上进行投影，从而得到当前测风节点以及各个风电机组之间沿阵风的风向上的投影距离本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风电场阵风预测方法，其特征在于，包括如下步骤：1)监测位于风电场外围的至少三个测风节点处的阵风信息，所述阵风信息包括阵风的到达时间、风速和风向；2)当监测到所述测风节点处存在一股吹向风电场的阵风时，标记最先监测到该股阵风的所述测风节点为当前测风节点，并将所述当前测风节点以及风电场中的各个风电机组在沿所述阵风的风向上进行投影，得到所述当前测风节点以及各个风电机组之间沿所述阵风的风向上的投影距离，并确定各风电机组之间的上下游关系；3)根据所述当前测风节点处的所述阵风信息、所述当前测风节点、各个风电机组之间沿所述阵风的风向上的投影距离和各风电机组之间的上下游关系，计算在所述当前测风节点处的阵风到达各风电机组时的阵风信息。

【技术特征摘要】
1.一种风电场阵风预测方法，其特征在于，包括如下步骤：1)监测位于风电场外围的至少三个测风节点处的阵风信息，所述阵风信息包括阵风的到达时间、风速和风向；2)当监测到所述测风节点处存在一股吹向风电场的阵风时，标记最先监测到该股阵风的所述测风节点为当前测风节点，并将所述当前测风节点以及风电场中的各个风电机组在沿所述阵风的风向上进行投影，得到所述当前测风节点以及各个风电机组之间沿所述阵风的风向上的投影距离，并确定各风电机组之间的上下游关系；3)根据所述当前测风节点处的所述阵风信息、所述当前测风节点、各个风电机组之间沿所述阵风的风向上的投影距离和各风电机组之间的上下游关系，计算在所述当前测风节点处的阵风到达各风电机组时的阵风信息。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述位于风电场外围的至少三个测风节点中，每个所述测风节点与其最近的风电机组的距离为风电机组的叶轮直径的2.5～4倍，且各测风节点均匀分布在所述风电场的外围。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：通过卫星定位系统记录各所述测风节点及风电场中各风电机组所在位置的位置信息，并依据所述位置信息构建包含各所述测风节点及各风电机组所在位置坐标的Oxy平面直角坐标系；当确定所述当前测风节点后，对所述Oxy平面直角坐标系以O为中心旋转，旋转后的所述Oxy平面直角坐标系中y轴的正方向为所述当前测风节点处监测到的所述阵风的风向；将旋转后的所述Oxy平面直角坐标系中所述当前测风节点以及各个风电机组的位置坐标中y轴坐标间的差值的绝对值，确定为相应所述当前测风节点以及各个风电机组之间沿所述阵风的风向上的投影距离。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述确定各风电机组之间的上下游关系包括：将旋转后的所述Oxy平面直角坐标系中所述当前测风节点以及各个风电机组的位置坐标中x轴坐标值，按其坐标值大小进行连续分组；针对分组后各组内包含的各个风电机组，按各个风电机组的位置坐标中y轴坐标值的大小确定各个风电机组之间的上下游关系；其中，y轴坐标值大的风电机组为y轴坐标值小的风电机组的上游风电机组。5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤3)包括：若待计算的所述阵风信息为所述当前测风节点处的阵风到达第一风电机组时的阵风信息，所述第一风电机组为具有所述上下游关系的风电机组中与所述当前测风节点的所述投影距离最近的风电机组，则将所述当前测风节点处的阵风的风速和风向对应确定为所述当前测风节点处的阵风到达第一风电机组时的阵风信息中的风速和风向；将所述第一风电机组到所述当前测风节点的所述投影距离除以所述当前测风节点处的阵风的风速得到的时间值与阵风到达所述当前测风节点时的到达时间的和值确定为所述当前测风节点处的阵风到达第一风电机组时的阵风信息中的到达时间。6.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤3)包括：若待计算的所述阵风信息为所述当前测风节点处的阵风到达第二风电机组时的阵风信息，所述第二风电机组为具有所述上下游关系的风电机组中与所述当前测风节点的所述投影距离非最近的风电机组，则根据计算得到的所述当前测风节点处的阵风到达所述第二风电机组的相邻上游风电机组的到达时间，获取该到达时间所对应时刻下所述相邻上游发电机组处的实测阵风信息；根据所述相邻上游发电机组处的实测阵风信息以及所述第二风电机组到所述相邻上游风电机组的所述投影距离，计算在所述相邻上游发电机组处的实测阵风到达所述第二风电机组时的阵风信息，并将其作为所述当前测风节点处的阵风到达所述第二风电机组时的阵风信息。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据所述相邻上游风电机组处的实测阵风信息以及所述第二风电机组到所述相邻上游风电机组的所述投影距离，计算在所述相邻上游发电机组处的实测阵风到达所述第二风电机组时的阵风信息包括：根据：计算在所述相邻上游发电机组处的实测阵风到达所述第二风电机组时的阵风信息中的速度v；其中，v0为所述相邻上游发电机组处的实测阵风的风速，D为风电机组的叶轮直径，a为风电机组轴向诱导因子，l为所述第二风电机组到所述相邻上游风电机组的所述投影距离，β为修正系数，η为尾流下降系数，r0为风电机组的叶轮半径。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述根据所述相邻上游发电机组处的实测阵风信息以及所述第二风电机组到所述相邻上游风电机组的所述投影距离，计算在所述相邻上游发电机组处的实测阵风到达所述第二风电机组时的阵风信息包括：将所述相邻上游发电机组处的实测阵风信息中的风向确定为所述相邻上游发电机组处的实测阵风到达所述第二风电机组时的阵风的风向；将所述第二风电机组到所述相邻上游发电机组的所述投影距离除以所述相邻上游发电机组处的实测阵风到达所述第二风电机组时的阵风信息中的速度v得到的时间值与所述相邻上游发电机组处的实测阵风的到达时间的和值，确定为所述相邻上游发电机组处的实测阵风到达所述第二风电机组时的到达时间。9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：计算各所述第二风电机组到所述当前测风节点的所述投影距离除以所述当前测风节点处的阵风的风速得到的时间值，并将该时间值与阵风在所述当前测风节点时的到达时间的和值标记为修正时间；将计算得到的所述相邻上游发电机组处的实测阵风到达所述第二风电机组的到达时间与相应所述第二风电机组对应的所述修正时间进行加权计算，得到所述当前测风节点处的阵风到达所述第二风电机组时的到达时间。10.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：将计算得到的所述相邻上游发电机组处的实测阵风到达所述第二风电机组时的风向与所述当前测风节点处的阵风的风向进行加权计算，得到所述当前测风节点处的阵风到达所述第二风电机组时的风向；将计算得到的所述相邻上游发电机组处的实测阵风到达所述第二风电机组时的风速与所述当前测风节点处的阵风的风速进行加权计算，得到所述当前测风节点处的阵风到达所述第二风电机组时的风速。11.一种风电场阵风预测系统，其特征在于，包括：位于风电场外围...

【专利技术属性】
技术研发人员：李健，张鹏飞，
申请(专利权)人：北京金风科创风电设备有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11