一种对风偏差定量评估方法、系统、设备及介质技术方案

本发明专利技术属于风力发电领域，具体公开了一种对风偏差定量评估方法、系统、设备及介质，包括：获取采样数据，进行标准化处理，对机组运行数据进行清洗，在剔除异常数据后，排除控制差异、湍流强度差异、叶片损伤等因素影响，以筛选后机组作为评估对象；以功率系数CP期望值作为特征参量，以降低功率波动性及随机性对对风偏差评估影响；进行对风偏差有效风速区间计算，选择出机组恒CP控制风速区间，以减少数据量需求；计算出每个对风偏差角度下期望CP并进行归一化处理，最后进行对风偏差曲线拟合，进一步减弱波动性影响；对拟合曲线求导并计算拐点，与设定好的预警判定规则进行对比，发出告警及给出量化评估结论，对对风偏差修正进行指导。对对风偏差修正进行指导。对对风偏差修正进行指导。

【技术实现步骤摘要】
一种对风偏差定量评估方法、系统、设备及介质


[0001]本专利技术属于风力发电领域，具体涉及一种对风偏差定量评估方法、系统、设备及介质。

技术介绍

[0002]由于风向标长期运行误差、风向标安装误差、测量误差等因素造成机组对风偏差，正常机组的发电能力或效率CP值应在风向标与机舱夹角接近于0度时达到最优，如果在其他夹角下性能最优，则证明机组对风存在一定偏差，对风偏差会造成机组发电功率损失，损失率为，θ为偏差角，例如当对风偏差为10
°
时，机组功率损失约为4.5％。
[0003]目前，在役运行机组在运行一段时间后，普遍存在轻微程度的对风偏差，结合600余台机组对风偏差分析，发现偏差角度普遍在3
°‑6°
范围，功率损失约0.5％
‑
1.63％左右，需要现场在开展年检及半年检工作时，对于机械式风速计使用配套对风工装定期进行风向标校准，对于超声波式风速仪则定期进行风速仪检查及参数校准。
[0004]由于风具有随机性和波动性特点，造成机组出力也存在波动性，目前，行业内，评估对风偏差时，一般以风速、有功功率为评估参数，以不同风速条件下，有功功率最大的点所在的偏差角度为条件，来定性判断对风偏差情况，考虑到有功功率的波动性，给评估结果带来较大不确定性，且风电机组对风偏差评估效率低、随机性强；或者，以发电能力(即实际有功功率与理论有功功率比值)为评估参数，以发电能力最大的点所在的偏差角度为条件，来判断对风偏差情况，该方法虽然一定程度上减小了功率波动产生的影响，但需要较大的数据量作为支撑，不适合短期对风偏差评估。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种对风偏差定量评估方法、系统、设备及介质，以解决现有技术中风电机组对风偏差评估效率低、随机性强、不确定性大、数据量要求高的问题。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案实现：
[0007]第一方面，本专利技术提供一种对风偏差定量评估方法，包括：
[0008]S1：获取采样数据；
[0009]S2：根据步骤S1获取的采样数据计算平均空气密度，并对测量风速进行标准化计算，对机组运行数据进行清洗，对机组控制参数一致性、机组湍流强度和叶片排查数据进行分析，进行评估风速区间选择；
[0010]S3：根据步骤S2中获得的评估风速区间，按照对风偏差对评估区间进行分区，并计算每个对风偏差区间期望CP，根据每个对风偏差区间期望CP，对期望CP进行归一化处理，获得归一化期望CP；
[0011]S4：根据步骤S3获得的归一化期望CP，进行多项式拟合，得到多项式拟合曲线，根据多项式拟合曲线，进行偏差情况量化评估，对对风偏差偏差角进行分级预警。
[0012]进一步的，所述步骤S1中获取采样数据具体包括：
[0013]S11：获取风电场标杆机台数、每台标杆机装机容量，电站非标杆机总容量；
[0014]S12：获取风电场机组完整年历史运行后台运行数据，包括1min运行数据和10min运行数据；获取风电场机组完整年历史机组运行日志、停机记录、故障记录和叶片排查记录表，运行数据包括：风速、风速最大值、风速最小值、风速标准差、有功功率、有功功率最大值、有功功率最小值、有功功率标准差、叶轮转速、环境温度、发电机转速、桨叶角、机舱位置、风向、PLC状态、停机记录、故障记录和叶片检查记录；
[0015]S13：获取完整年历史运行数据同期温度、气压和湿度数据。
[0016]进一步的，所述步骤S2中平均空气密度的计算公式为：
[0017][0018]其中：ρ
10min
为推导出的10min内平均空气密度；
[0019]T
10min
为实测10min得到的平均绝对气温；
[0020]B
10min
为实测10min得到的平均气压；
[0021]R0为干燥气体常数287.05J/(kg
·
K)；
[0022]所述步骤S2中对测量风速进行标准化计算的计算公式为：
[0023][0024]V
ave
为标准化的风速；
[0025]V
10min
为机舱风速10min平均值；
[0026]ρ0为参考空气密度。
[0027]进一步的，所述步骤S2中对机组运行数据进行清洗包括：
[0028]根据计算得到的标准化数据，对机组运行数据进行清洗，剔除异常数据，获得清洗后的机组运行数据；
[0029]对10min平均值里有下述状态的数据进行删除：风速超出风力发电机组运行范围的数据；风力发电机组故障引起的风力发电机组停机数据；在测试或维护运行中人工停机数据；停机或启动阶段数据；降功率运行数据；电网限电期间运行数据；
[0030]查看机组PLC状态，选择风机状态为正常发电状态的运行数据，其余数据进行剔除；
[0031]所述步骤S2中对机组控制参数一致性、机组湍流强度和叶片排查数据进行分析具体包括：
[0032]控制参数一致性分析：根据清洗后的机组运行数据，通过转速
‑
桨叶角、转速
‑
功率、转速
‑
扭矩控制参数散点图，判断其一致性，一致性有偏差的机组不进行对风偏差分析，排除控制因素影响；
[0033]机组湍流强度分析：通过对机组湍流强度进行分析，设定湍流强度范围，对全风速段及15m/s湍流强度＞设计湍流强度的机进行剔除，减少风况的影响；湍流强度计算公式为：
[0034]I
i
＝σ
i
/V
ave，i
[0035]其中：I
i
为第i个10min湍流强度数据；
[0036]V
ave，i
为第i个10min标准化平均风速数据；
[0037]σ
i
为第i个10min标准偏差数据；
[0038]叶片排查数据分析：通过查看叶片检查记录，对于叶片有缺陷的机组进行排除，不进行对风偏差分析，减少叶片对评估结论的影响；
[0039]所述步骤S2中进行评估风速区间选择的方法为：
[0040]根据变速变桨距风力发电机组控制策略，存在恒CP
max
工作区或最大风能捕获区，该风速段桨距角保持不变，控制发电机转速，使转速跟随风速而变化，保持恒定叶尖速比，恒定风能利用系数，该风速区间即为风速区间选择基础；画出机组风速
‑
转速散点图，以两个转折风速点为基准，确定恒CP
max
工作区范围，对CP
max
工作区进行缩减，分别缩减5％工作区间上下限，确定最终评估风速区间。
[0041]进一步的，所述步骤S3中根据步骤S2中获得的评估风速区间，按照对风偏差对评估区间进行分区具体包括：
[0042]在数据及风速区间确定的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种对风偏差定量评估方法，其特征在于，包括：S1：获取采样数据；S2：根据步骤S1获取的采样数据计算平均空气密度，并对测量风速进行标准化计算，对机组运行数据进行清洗，对机组控制参数一致性、机组湍流强度和叶片排查数据进行分析，进行评估风速区间选择；S3：根据步骤S2中获得的评估风速区间，按照对风偏差对评估区间进行分区，并计算每个对风偏差区间期望CP，根据每个对风偏差区间期望CP，对期望CP进行归一化处理，获得归一化期望CP；S4：根据步骤S3获得的归一化期望CP，进行多项式拟合，得到多项式拟合曲线，根据多项式拟合曲线，进行偏差情况量化评估，对对风偏差偏差角进行分级预警。2.根据权利要求1所述的一种对风偏差定量评估方法，其特征在于，所述步骤S1中获取采样数据具体包括：S11：获取风电场标杆机台数、每台标杆机装机容量，电站非标杆机总容量；S12：获取风电场机组完整年历史运行后台运行数据，包括1min运行数据和10min运行数据；获取风电场机组完整年历史机组运行日志、停机记录、故障记录和叶片排查记录表，运行数据包括：风速、风速最大值、风速最小值、风速标准差、有功功率、有功功率最大值、有功功率最小值、有功功率标准差、叶轮转速、环境温度、发电机转速、桨叶角、机舱位置、风向、PLC状态、停机记录、故障记录和叶片检查记录；S13：获取完整年历史运行数据同期温度、气压和湿度数据。3.根据权利要求1所述的一种对风偏差定量评估方法，其特征在于，所述步骤S2中平均空气密度的计算公式为：其中：ρ
10min
为推导出的10min内平均空气密度；T
10min
为实测10min得到的平均绝对气温；B
10min
为实测10min得到的平均气压；R0为干燥气体常数287.05J/(kg
·
K)；所述步骤S2中对测量风速进行标准化计算的计算公式为：V
ave
为标准化的风速；V
10min
为机舱风速10min平均值；ρ0为参考空气密度。4.根据权利要求1所述的一种对风偏差定量评估方法，其特征在于，所述步骤S2中对机组运行数据进行清洗包括：根据计算得到的标准化数据，对机组运行数据进行清洗，剔除异常数据，获得清洗后的机组运行数据；对10min平均值里有下述状态的数据进行删除：风速超出风力发电机组运行范围的数据；风力发电机组故障引起的风力发电机组停机数据；在测试或维护运行中人工停机数据；
停机或启动阶段数据；降功率运行数据；电网限电期间运行数据；查看机组PLC状态，选择风机状态为正常发电状态的运行数据，其余数据进行剔除；所述步骤S2中对机组控制参数一致性、机组湍流强度和叶片排查数据进行分析具体包括：控制参数一致性分析：根据清洗后的机组运行数据，通过转速
‑
桨叶角、转速
‑
功率、转速
‑
扭矩控制参数散点图，判断其一致性，一致性有偏差的机组不进行对风偏差分析，排除控制因素影响；机组湍流强度分析：通过对机组湍流强度进行分析，设定湍流强度范围，对全风速段及15m/s湍流强度>设计湍流强度的机进行剔除，减少风况的影响；湍流强度计算公式为：I
i
＝σ
i
/V
ave，i
其中：I
i
为第i个10min湍流强度数据；V
ave
，
i
为第i个10min标准化平均风速数据；σ
i
为第i个10min标准偏差数据；叶片排查数据分析：通过查看叶片检查记录，对于叶片有缺陷的机组进行排除，不进行对风偏差分析，减少叶片对评估结论的影响；所述步骤S2中进行评估风速区间选择的方法为：根据变速变桨距风力发电机组控制策略，存在恒CP
max
工作区或最大风能捕获区，该风速段桨距角保持不变，控制发电机转速，使转速跟随风速而变化，保持恒定叶尖速比，恒定风能利用系数，该风速区间即为风速区间选择基础；画出机组风速
‑
转速散点图，以两个转折风速点为基准，确定恒CP
max
工作区范围，对CP
max
工作区进行缩减，分别缩减5％工作区间上下限，确定最终评估风速区间。5.根据权利要求1所述的一种对风偏差定量评估方法，其特征在于，所述步骤S3中根据步骤S2中获得的评估风速区间，按照对风偏差对评估区间进行分区具体包括：在数据及风速区间确定的情况下，进行每个对风偏差区间风能利用系数CP计算，对风偏差区间按照1
°
进行划分，区间中间值取整数，计算公式为：其中：V
i
，
j
为第i个偏差区间第j个10min标准化平均风速数据；P
i
，
j
为第i个偏差区间第j个10min平均有功功率数据；ρ0为参考空气密度；A为风轮扫掠面积；CP
i
，
j

【专利技术属性】
技术研发人员：马国强，
申请(专利权)人：特变电工新疆新能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：