一种风电机组偏航校准方法及系统技术方案

本发明专利技术提出了一种风电机组偏航校准方法及系统。所述校准方法包括：首先，根据历史风电场运行数据，建立风资源分布柱坐标图，以确定风电场的主势入流风况所在的风向区间；然后，计算每个风速子区间的有功功率有效值，采用曲线拟合的方式，获得每个细化区间的拟合功率曲线；然后，设置为每个待校准风向区间的校准曲线，将每个风速范围内的校准曲线对应的拟合功率曲线所在的细化区间的中轴线与所述待校准风向区间的中轴线的夹角设置为所述风速范围内的偏航误差校准值，建立风速‑偏航误差校准值查找表；最后，采用查表的方式确定当前风向和当前风速下的偏航误差校准值，对风电机组偏航角进行校准，实现了风电机组偏航误差的校准，提高了机组发电量。

A yaw calibration method and system of wind turbine

【技术实现步骤摘要】
一种风电机组偏航校准方法及系统
本专利技术涉及风电场运行控制
，特别是涉及一种风电机组偏航校准方法及系统。
技术介绍
偏航校准系统是水平轴风力发电机组最基本的控制回路之一，是机组的对风装置，偏航校准系统由偏航执行机构及其驱动控制逻辑组成，其通过驱动安装于机舱和塔架之间的偏航电机调整风机机头指向，保证机舱中轴线与入流风风向一致，确保风电机组捕获最大风能转换效率。在理想对风状况下，风电机组机舱指向与入流风向之间的夹角为0°，但在工程实际中，风向标由于制造、安装、调试等人为因素，其零度默认值无法与机舱中轴线平齐，进而导致风电机组机舱无法准确对风，影响机组发电功率，根据贝兹原理，可以得到风电机组风能俘获功率P如下：若由于风向测量设备间接导致机组对风时存在某一系统偏差θ，则会使风电机组损失至P(1-cos3(θ))，因此校准偏航系统的稳态误差对提高机组发电量具有将强的实际意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种风电机组偏航校准方法及系统，以实现风电机组偏航误差的校准，提高机组发电量。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种风电机组偏航校准方法，所述校准方法包括如下步骤：以正北方向为0°方向，以机组偏航偏差阈值幅值为单位，在360°范围内进行风向区间划分，获得多个风向区间；从风电场SCADA系统中提取历史风电场运行数据；根据所述历史风电场运行数据，建立底部为风向和风速的极坐标，纵轴为风况出现的频次的风资源分布柱坐标图；根据所述风资源分布中坐标图确定风电场的主势入流风况所在的风向区间，作为待校准风向区间，获得待校准风向区间集合；将待校准风向区间集合中的每一个待校准向区间划分为多个细化区间，并将每个细化区间划分为多个风速子区间；计算每个风速子区间的有功功率有效值；对每个细化区间内的所有风速子区间的有功功率有效值，进行曲线拟合，获得每个细化区间的拟合功率曲线；将每个待校准风向区间内所有的细化区间的拟合功率曲线的包络线设置为每个待校准风向区间的校准曲线；将每个风速范围内的校准曲线对应的拟合功率曲线所在的细化区间的中轴线与所述待校准风向区间的中轴线的夹角设置为所述风速范围内的偏航误差校准值，建立每个待校准风向区间的风速-偏航误差校准值查找表；从风电场SCADA系统中获取当前风向和当前风速；根据所述当前风向、当前风速和每个待校准风向区间的风速-偏航误差校准值查找表，确定当前风向和当前风速下的偏航误差校准值，对风电机组偏航角进行校准。可选的，所述根据所述当前风向、当前风速和每个待校准风向区间的风速-偏航误差校准值查找表，确定当前风向和当前风速下的偏航误差校准值，对风电机组偏航角进行校准，之后还包括：提取每个待校准风向区间内每个细化区间内的每个风速子区间的数据离散点，得到每个风速子区间的训练数据集合；采用自适应K-Means聚类算法，对每个训练数据集合中的数据离散点进行聚类，确定每个风速子区间内功率最大的数据离散点的延迟时间，作为所述风速子区间的延迟时间的最佳设定值，建立风速-风向-延迟时间优化表；根据所述当前风向、所述当前风速和所述风速-风向-延迟时间优化表，确定风电场的风电机组的延迟时间的最佳设定值，对风电机组的延迟时间参数进行设定。可选的，所述计算每个风速子区间的有功功率有效值，具体包括：根据所述历史风电场运行数据，对每个风速子区间的数据离散点进行有功功率的概率分布统计，将出现次数最多的有功功率作为所述风速子区间的有功功率有效值。可选的，所述根据所述历史风电场运行数据，以底部为风向和风速的极坐标，纵轴为风况出现的频次的风资源分布柱坐标图，之前还包括：对所述历史风电场运行数据进行清洗，以剔除历史风电场运行数据中的风电机组异常运行数据离散点和无效数据离散点，获得清洗后的历史风电场运行数据；对所述清洗后的历史风电场运行数据进行预处理，以剔除清洗后的历史风电场运行数据中的限电运行工况的数据离散点、叶片桨距角位置异常数据离散点和机组机舱初始位置偏离数据离散点，获得预处理后的历史风电场运行数据。可选的，所述根据所述历史风电场运行数据，以底部为风向和风速的极坐标，纵轴为风况出现的频次的风资源分布柱坐标图，之前还包括：根据所述历史风电场运行数据，按照“风向测量绝对值＝机舱初始位置+机舱位置+风向测量数据的值”的方式对所述历史风电场运行数据中的风向测量数据进行校准。可选的，所述将每个风速范围内的校准曲线对应的拟合功率曲线所在的细化区间的中轴线与所述待校准风向区间的中轴线的夹角设置为所述风速范围内的偏航误差校准值，建立每个待校准风向区间的风速-偏航误差校准值查找表，之后还包括：采用设置在风电机组上的激光测风雷达获取风向与风机机头夹角作为偏航误差实测值；采用查表的方法从所述风速-偏航误差校准值查找表中获得的偏航误差校准值；对所述偏航误差实测值和所述偏航误差校准值进行加权平均计算，将计算结果作为新的偏航误差校准值，对所述风速-偏航误差校准值查找表进行校准和优化。一种风电机组偏航系统校准系统，所述校准系统包括：第一区间划分模块，用于以正北方向为0°方向，以机组偏航偏差阈值幅值为单位，在360°范围内进行风向区间划分，获得多个风向区间；历史风电场运行数据提取模块，用于从风电场SCADA系统中提取历史风电场运行数据；风资源分布柱坐标图建立模块，用于根据所述历史风电场运行数据，建立底部为风向和风速的极坐标，纵轴为风况出现的频次的风资源分布柱坐标图；待校准风向区间获取模块，用于根据所述风资源分布中坐标图确定风电场的主势入流风况所在的风向区间，作为待校准风向区间，获得待校准风向区间集合；第二区间划分模块，用于将待校准风向区间集合中的每一个待校准向区间划分为多个细化区间，并将每个细化区间划分为多个风速子区间；有功功率有效值计算模块，用于计算每个风速子区间的有功功率有效值；曲线拟合模块，用于对每个细化区间内的所有风速子区间的有功功率有效值，进行曲线拟合，获得每个细化区间的拟合功率曲线；校准曲线获取模块，用于将每个待校准风向区间内所有的细化区间的拟合功率曲线的包络线设置为每个待校准风向区间的校准曲线；风速-偏航误差校准值查找表建立模块，用于将每个风速范围内的校准曲线对应的拟合功率曲线所在的细化区间的中轴线与所述待校准风向区间的中轴线的夹角设置为所述风速范围内的偏航误差校准值，建立每个待校准风向区间的风速-偏航误差校准值查找表；当前风况获取模块，用于从风电场SCADA系统中获取当前风向和当前风速；风电机组调整模块，用于根据所述当前风向、当前风速和每个待校准风向区间的风速-偏航误差校准值查找表，确定当前风向和当前风速下的偏航误差校准值，对风电机组偏航角进行校准。可选的，所述校准系统，还包括：训练数据集合提取模块，用于提取每个待校准风向区间内每本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种风电机组偏航校准方法，其特征在于，所述校准方法包括如下步骤：/n以正北方向为0°方向，以机组偏航偏差阈值幅值为单位，在360°范围内进行风向区间划分，获得多个风向区间；/n从风电场SCADA系统中提取历史风电场运行数据；/n根据所述历史风电场运行数据，建立底部为风向和风速的极坐标，纵轴为风况出现的频次的风资源分布柱坐标图；/n根据所述风资源分布中坐标图确定风电场的主势入流风况所在的风向区间，作为待校准风向区间，获得待校准风向区间集合；/n将待校准风向区间集合中的每一个待校准向区间划分为多个细化区间，并将每个细化区间划分为多个风速子区间；/n计算每个风速子区间的有功功率有效值；/n对每个细化区间内的所有风速子区间的有功功率有效值，进行曲线拟合，获得每个细化区间的拟合功率曲线；/n将每个待校准风向区间内所有的细化区间的拟合功率曲线的包络线设置为每个待校准风向区间的校准曲线；/n将每个风速范围内的校准曲线对应的拟合功率曲线所在的细化区间的中轴线与所述待校准风向区间的中轴线的夹角设置为所述风速范围内的偏航误差校准值，建立每个待校准风向区间的风速-偏航误差校准值查找表；/n从风电场SCADA系统中获取当前风向和当前风速；/n根据所述当前风向、当前风速和每个待校准风向区间的风速-偏航误差校准值查找表，确定当前风向和当前风速下的偏航误差校准值，对风电机组偏航角进行校准。/n...

【技术特征摘要】
1.一种风电机组偏航校准方法，其特征在于，所述校准方法包括如下步骤：
以正北方向为0°方向，以机组偏航偏差阈值幅值为单位，在360°范围内进行风向区间划分，获得多个风向区间；
从风电场SCADA系统中提取历史风电场运行数据；
根据所述历史风电场运行数据，建立底部为风向和风速的极坐标，纵轴为风况出现的频次的风资源分布柱坐标图；
根据所述风资源分布中坐标图确定风电场的主势入流风况所在的风向区间，作为待校准风向区间，获得待校准风向区间集合；
将待校准风向区间集合中的每一个待校准向区间划分为多个细化区间，并将每个细化区间划分为多个风速子区间；
计算每个风速子区间的有功功率有效值；
对每个细化区间内的所有风速子区间的有功功率有效值，进行曲线拟合，获得每个细化区间的拟合功率曲线；
将每个待校准风向区间内所有的细化区间的拟合功率曲线的包络线设置为每个待校准风向区间的校准曲线；
将每个风速范围内的校准曲线对应的拟合功率曲线所在的细化区间的中轴线与所述待校准风向区间的中轴线的夹角设置为所述风速范围内的偏航误差校准值，建立每个待校准风向区间的风速-偏航误差校准值查找表；
从风电场SCADA系统中获取当前风向和当前风速；
根据所述当前风向、当前风速和每个待校准风向区间的风速-偏航误差校准值查找表，确定当前风向和当前风速下的偏航误差校准值，对风电机组偏航角进行校准。


2.根据权利要求1所述的风电机组偏航校准方法，其特征在于，所述根据所述当前风向、当前风速和每个待校准风向区间的风速-偏航误差校准值查找表，确定当前风向和当前风速下的偏航误差校准值，对风电机组偏航角进行校准，之后还包括：
提取每个待校准风向区间内每个细化区间内的每个风速子区间的数据离散点，得到每个风速子区间的训练数据集合；
采用自适应K-Means聚类算法，对每个训练数据集合中的数据离散点进行聚类，确定每个风速子区间内功率最大的数据离散点的延迟时间，作为所述风速子区间的延迟时间的最佳设定值，建立风速-风向-延迟时间优化表；
根据所述当前风向、所述当前风速和所述风速-风向-延迟时间优化表，确定风电场的风电机组的延迟时间的最佳设定值，对风电机组的延迟时间参数进行设定。


3.根据权利要求1所述的风电机组偏航校准方法，其特征在于，所述计算每个风速子区间的有功功率有效值，具体包括：
根据所述历史风电场运行数据，对每个风速子区间的数据离散点进行有功功率的概率分布统计，将出现次数最多的有功功率作为所述风速子区间的有功功率有效值。


4.根据权利要求1所述的风电机组偏航校准方法，其特征在于，所述根据所述历史风电场运行数据，以底部为风向和风速的极坐标，纵轴为风况出现的频次的风资源分布柱坐标图，之前还包括：
对所述历史风电场运行数据进行清洗，以剔除历史风电场运行数据中的风电机组异常运行数据离散点和无效数据离散点，获得清洗后的历史风电场运行数据；
对所述清洗后的历史风电场运行数据进行预处理，以剔除清洗后的历史风电场运行数据中的限电运行工况的数据离散点、叶片桨距角位置异常数据离散点和机组机舱初始位置偏离数据离散点，获得预处理后的历史风电场运行数据。


5.根据权利要求1所述的风电机组偏航校准方法，其特征在于，所述根据所述历史风电场运行数据，以底部为风向和风速的极坐标，纵轴为风况出现的频次的风资源分布柱坐标图，之前还包括：
根据所述历史风电场运行数据，按照“风向测量绝对值＝机舱初始位置+机舱位置+风向测量数据的值”的方式对所述历史风电场运行数据中的风向测量数据进行校准。


6.根据权利要求1所述的风电机组偏航校准方法，其特征在于，所述将每个风速范围内的校准曲线对应的拟合功率曲线所在的细化区间的中轴线与所述待校准风向区间的中轴线的夹角设置为所述风速范围内的偏航误差校准值，建...

【专利技术属性】
技术研发人员：林忠伟，曲晨志，王传玺，陈振宇，韩翔宇，谢镇，王瑞田，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京;11