一种基于机头微气候评估风机发电能力的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于机头微气候评估风机发电能力的方法，所述方法包括以下步骤：步骤1：读取风机数据，步骤2对采集到的动态数据进行稳定工况判断，得到工况风速、工况功率、工况环境温度，步骤3：基于工况环境温度、风机海拔高度进行微气候空气密度计算；步骤4：利用微气候空气密度、工况风速和工况功率进行风速修正，将工况风速修正为机头前数据；步骤5：利用微气候空气密度修正厂商担保功率曲线；步骤6：计算机头微气候理论功率，相关数据记录归档；步骤7：重复1‑6过程，建立风机实际功率曲线模型；步骤8：利用风机实际功率曲线模型数据，进行风机发电能力评估。

【技术实现步骤摘要】
一种基于机头微气候评估风机发电能力的方法
本专利技术涉及一种基于机头微气候评估风机发电能力的方法，属于风力发电

技术介绍
经过几年的风电项目的开发与发展，我国风电装机容量已经十分巨大，风电的迅猛发展无疑带来了巨大的机遇，但同时也带来了巨大挑战，已建成风电场实际运行和经济效益存在一定的问题。风机发电能力评估是指对已经投产运行风机的功率曲线进行的系统、客观的量化分析和评价。通过风电能力评估，确定风机目前运行的健康水平，为风机后续的运行和检修提供数据支持。目前行业内风机发电能力的评估近似方法有：测风塔数据外推法、样板机法、机头风速法、偏最小二乘法等。测风塔数据外推法：选择设定范围内风电场内的测风塔，并对测风塔采集的历史数据进行分析处理；根据测风塔历史数据进行空气密度计算；根据测风塔历史数据进行功率曲线校正；根据测风塔历史数据中特征风机的机头风速及功率进行功率曲线拟合；将测风塔风速外推至每台风机轮毂高度处，建立测风塔数据外推法理论功率计算模型；输入测风塔实时测风数据及较正空气密度到理论功率计算模型进行计算；达到了准确预测风电场理论功率的目的。样板机法：样板风机不受电网调度限负荷的影响，采用样板机法进行弃风电量估算，采用样板机法估算风电场理论应发电量。机头风速法：输入数据为机舱风速计的测量风速和功率的实时数据，对机头风速法的输入数据进行筛选，筛选出代表风机正常运行状态的数据；对风电场单台风机历史实测出力数据进行统计分析，并根据风机出力特性及风机理论出力拟合功率曲线，建立理论功率计算模型；根据风电场风机实时信息数据实时统计风电场实际运行风机数；确认风机实际运行情况；将运行机头风速数据输入理论功率计算模型；输出风电场理论功率实时数据，对比分析风电场实际运行结果。最小二乘法：采用偏最小二乘(PLS)回归的方法为风电机组的发电功率进行分段线性建模，其输入包含与本机相关性较高的相邻机组的运行数据，但不包含风速测量值，以避免因测量精度低和输入变量维数少而导致的模型精度低的问题，将得到的模型应用在改造后的机组上，对真实输出和模型输出进行比较，以评估改造对发电功率提升的有效性。现有的风机发电能力评估方法，目前现场工程使用效果不太理想，如在山地风场不同风机位置风速差别大，测风塔外推法和样板机法无法以点带面；风机出力特性为在实验室的指定的空气密度下测得，尤其冬夏温差大导致空气密度差距大，机头风速法无法进行动态计算；最小二乘法单纯利用数据进行建模，风机的不同工况未考虑，没有对发电能力进行评估。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于机头微气候评估风机发电能力的方法，以解决现有技术现场工程使用效果不太理想，如在山地风场不同风机位置风速差别大，测风塔外推法和样板机法无法以点带面；风机出力特性为在实验室的指定的空气密度下测得，尤其冬夏温差大导致空气密度差距大，机头风速法无法进行动态计算缺陷。一种基于机头微气候评估风机发电能力的方法，所述方法包括以下步骤：采集风机动态数据和静态海拔高度；并对采集到的动态数据进行稳定工况判断，得到工况风速、工况功率、工况环境温度；修正工况风速和厂商担保功率曲线，计算出机头微气候的理论功率；将工况环境温度分为N个温度区间，并选取N个温度代表点；通过N个温度区间对应的风速点计算平均工况功率，组成N个二维数组建立风机的实际功率曲线模型；通过温度代表点修正厂商担保功率曲线，得到N条代表不同温度区间的温度区间担保功率曲线；基于实际功率曲线模型和温度区间担保功率曲线的数据，选取若干风速点对应的微气候理论功率和平均工况功率，计算功率一致性系数和功率相对误差，以此评估风机发电能力。进一步的，所述风机动态数据包括风机状态、风速、功率和内环境温度的历史数据。进一步的，所述稳定工况判断的方法包括以下方法：将t时刻风机稳定工况定义为：[t-2min，t]时间之内风速Vmax-Vmin＜2m/s且功率Pmax-Pmin＜20％P满发；工况风速定义为：[t-1min，t]时间范围内风速数据的加权平均值，工况功率定义为：[t-1min，t]历史功率数据加权平均值，工况环境温度定义为：[t-1min，t]历史环境温度数据加权平均值。进一步的，所述修正工况风速的方法包括以下步骤：风机机头风速由测风仪测得，分一下两种；风杯测风：风速仪安装在风轮后面，为做功后的风速，功率曲线的风速为做功前的风速，为得出相对准确的风速数据，根据能量守恒近似计算风轮前风速，传统风杯测风计算公式如下：式中νf为修正后工况风速；ρ为微气候空气密度；P为工况功率；ν为工况风速；R为风机风轮半径，定值，由风机厂家提供；激光测速：激光测速的风机νf＝ν，不再进行风速修正计算。进一步的，所述厂商担保功率曲线的修正方法包括以下步骤：当厂家提供多条厂商功率曲线时：计算风机当前微气候空气密度ρ，根据风机当前微气候空气密度ρ寻找厂家提供的两条空气密度相邻功率曲线，满足ρ1＜ρ＜ρ2；根据νf判定风速区间，在空气密度为ρ1与空气密度为ρ2的功率曲线中得到νf所处风速区间的理论功率值P1与P2；根据线性内插算法，计算当前微气候空气密度ρ、风轮前风速νf对应的理论功率PL：当厂家只提供一条功率曲线：根据计算得到的微气候空气密度ρ选择一条厂家提供的最大或最小功率曲线，厂家提供功率曲线空气密度为ρ0；进行风速折算，将风轮前风速νf折算为空气密度为ρ0的风速ν0：式中νf为风轮前风速；ρ为当前时刻空气密度，ν0为折算后风速；根据折算后的风速ν0，则厂商担保功率曲线修正方法为：式中，P(νf)代表修正后的厂商担保功率曲线，P0(ν0)代表原厂商担保功率曲线，ρ代表实际海拔和实际温度下的空气密度，单位为kg/m3，ρ0代表厂商担保功率曲线中的空气密度，单位为kg/m3。进一步的，计算微气候空气密度的方法包括以下步骤：根据空气密度经验公式：式中，ρ为空气密度，单位为kg/m3；B为大气压力，单位为Pa；T为绝对温度，单位为K；Φ为相对湿度(0＜Φ＜1)；R0干燥空气的气体常数(287.05J/kgK)；Rw为水蒸汽的气体常数(461.5J/kgK)；pw为蒸汽压力，单位为Pa，其中，pw＝0.0000205exp(0.0631846*T)；由于湿度对空气密度影响较小，此处相对湿度Φ取标准空气的相对湿度0.5，将T替换为℃为单位的绝对温度，则公式可以简化为：式中，ρ为空气密度，单位为kg/m3；B为大气压力，单位为Pa；T为绝对温度，单位为℃；大气压力与海拔高度的经验公式：H为海拔，单位为m。通过当地风电场实际海拔确定大气压力B的具体数值，代入式4-1，得到微气候空气密度实际值。进一步的，所述机头微气候的理论功率计算方法包括以下步骤；将工况风速进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于机头微气候评估风机发电能力的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：/n采集风机动态数据和静态海拔高度；并对采集到的动态数据进行稳定工况判断，得到工况风速、工况功率、工况环境温度；/n修正工况风速和厂商担保功率曲线，计算出机头微气候的理论功率；/n将工况环境温度分为N个温度区间，并选取N个温度代表点；通过N个温度区间对应的风速点计算平均工况功率，组成N个二维数组建立风机的实际功率曲线模型；/n通过温度代表点修正厂商担保功率曲线，得到N条代表不同温度区间的温度区间担保功率曲线；/n基于实际功率曲线模型和温度区间担保功率曲线的数据，选取若干风速点对应的微气候理论功率和平均工况功率，计算功率一致性系数和功率相对误差，以此评估风机发电能力。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于机头微气候评估风机发电能力的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
采集风机动态数据和静态海拔高度；并对采集到的动态数据进行稳定工况判断，得到工况风速、工况功率、工况环境温度；
修正工况风速和厂商担保功率曲线，计算出机头微气候的理论功率；
将工况环境温度分为N个温度区间，并选取N个温度代表点；通过N个温度区间对应的风速点计算平均工况功率，组成N个二维数组建立风机的实际功率曲线模型；
通过温度代表点修正厂商担保功率曲线，得到N条代表不同温度区间的温度区间担保功率曲线；
基于实际功率曲线模型和温度区间担保功率曲线的数据，选取若干风速点对应的微气候理论功率和平均工况功率，计算功率一致性系数和功率相对误差，以此评估风机发电能力。


2.根据权利要求1所述的基于机头微气候评估风机发电能力的方法，其特征在于，所述风机动态数据包括风机状态、风速、功率和内环境温度的历史数据。


3.根据权利要求1所述的基于机头微气候评估风机发电能力的方法，其特征在于，所述稳定工况判断的方法包括以下方法：
将t时刻风机稳定工况定义为：[t-2min，t]时间之内风速Vmax-Vmin＜2m/s且功率Pmax-Pmin＜20％P满发；
工况风速定义为：[t-1min，t]时间范围内风速数据的加权平均值，工况功率定义为：[t-1min，t]历史功率数据加权平均值，工况环境温度定义为：[t-1min，t]历史环境温度数据加权平均值。


4.根据权利要求1所述的基于机头微气候评估风机发电能力的方法，其特征在于，所述修正工况风速的方法包括以下步骤：
风机机头风速由测风仪测得，分一下两种；
风杯测风：风速仪安装在风轮后面，为做功后的风速，功率曲线的风速为做功前的风速，为得出相对准确的风速数据，根据能量守恒近似计算风轮前风速，传统风杯测风计算公式如下：



式中νf为修正后工况风速；ρ为微气候空气密度；P为工况功率；ν为工况风速；R为风机风轮半径，定值，由风机厂家提供；
激光测速：激光测速的风机νf＝ν，不再进行风速修正计算。


5.根据权利要求1所述的基于机头微气候评估风机发电能力的方法，其特征在于，所述厂商担保功率曲线的修正方法包括以下步骤：
当厂家提供多条厂商功率曲线时：
计算风机当前微气候空气密度ρ，根据风机当前微气候空气密度ρ寻找厂家提供的两条空气密度相邻功率曲线，满足ρ1＜ρ＜ρ2；
根据νf判定风速区间，在空气密度为ρ1与空气密度为ρ2的功率曲线中得到νf所处风速区间的理论功率值P1与P2；
根据线性内插算法，计算当前微气候空气密度ρ、风轮前风速νf对应的理论功率PL：



当厂家只提供一条功率曲线：
根据计算得到的微气候空气密度ρ选择一条厂家提供的最大或最小功率曲线，厂家提供功率曲线空气密度为ρ0；
进行风速折算，将风轮前风速νf折算...

【专利技术属性】
技术研发人员：张世磊，孙达康，齐刚，王照阳，
申请(专利权)人：南京华盾电力信息安全测评有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32