一种用于实时预测风电场的风力条件的方法技术

公开了一种用于实时预测包括多个风力涡轮机(1)的风电场(1)的风力条件的方法，该风电场(1)布置在风电场场址处。提供与风电场场址相关的场址特定平均风流模式的第一库(9)和非场址特定湍流模式的第二库(10)。在风电场场址内的多个位置处测量天气数据，并且基于测量的天气数据，基于第一库(9)选择平均风流模式并基于第二库(10)选择湍流模式。基于选择的平均风流模式和选择的湍流模式，对风电场场址的场址特定风流场进行建模，并且基于场址特定风流场来预测风电场(1)的风力条件。场来预测风电场(1)的风力条件。场来预测风电场(1)的风力条件。

【技术实现步骤摘要】
一种用于实时预测风电场的风力条件的方法


[0001]本专利技术涉及一种用于实时地，并且不需要在风电场的场址处进行繁重数据处理地预测包括多个风力涡轮机的风电场的风力条件的方法。

技术介绍

[0002]在操作风力涡轮机时，风力涡轮机的位置处的风力条件(诸如风速、风向、湍流条件等)的测量结果通常被用作控制输入。由此，确保了风力涡轮机以在给定情况下获得最佳电力生产，并且不会使风力涡轮机承受过大负载的方式进行操作。
[0003]有时可能期望预测风力条件，即在风力条件实际发生之前预见风力涡轮机将经历的风力条件，因为由此可以在风力涡轮机的操作中采取预防措施。例如，这可能在极端天气事件、超强局部阵风、高湍流等情况下是相关的。此外，对于布置在风电场中的风力涡轮机，获得风电场的这种条件的早期预警可能是特别相关的。此外，这种风力条件预测可以使风力涡轮机的控制对传感器故障等具有弹性。例如，如果风力涡轮机丢失了传感器信息，则可以基于预测的风力条件而不是基于测量的风力条件来维持风力涡轮机的操作。
[0004]例如，可以通过基于风力测量结果和准确的场址特定流量模型执行实时计算来获得对风电场的风力条件的短期预测。然而，这种计算需要风电场的场址处的大量处理能力。此外，如果要获得足够的精度，则可能无法及时执行计算来允许风力涡轮机采取预防措施，即使在风电场处能够获得大量的处理能力也是如此。

技术实现思路

[0005]本专利技术的实施例的目的是提供一种用于在不需要风电场的场址处的大量处理能力的情况下实时预测风电场的风力条件的方法。
[0006]本专利技术的实施例的另一个目的是提供一种用于以准确的方式实时预测风电场的风力条件的方法。
[0007]本专利技术提供了一种用于实时预测包括多个风力涡轮机的风电场的风力条件的方法，所述风电场布置在风电场场址处，所述方法包括以下步骤：
[0008]‑
提供与所述风电场场址相关的场址特定平均风流模式的第一库，
[0009]‑
提供非场址特定湍流模式的第二库，
[0010]‑
测量所述风电场场址内的多个位置处的天气数据，
[0011]‑
基于测量的天气数据，基于所述第一库选择平均风流模式并基于所述第二库选择湍流模式，
[0012]‑
基于选择的平均风流模式和选择的湍流模式，对所述风电场场址的场址特定风流场进行建模，以及
[0013]‑
基于所述场址特定风流场来预测所述风电场的风力条件。
[0014]因此，本专利技术提供了一种用于实时预测风电场的风力条件的方法。在本上下文中，术语“风电场”应被解释为是指共享将电力传输到电网的基础设施的一组至少两个风力涡
轮机。因此，风电场包括多个风力涡轮机。风电场的风力涡轮机可以布置在地理场址(即风电场址点)处，并且优选地由至少一个中央控制单元(有时被称为发电厂控制器(PPC))控制。
[0015]在本上下文中，术语“风力条件”应被解释为是指与风相关的并且风电场的风力涡轮机所经历的条件。风力条件可以例如包括风向、风速、湍流条件、阵风条件、风切变等。
[0016]在根据本专利技术的方法中，初始时提供与风电场场址相关的场址特定平均风流模式的第一库。在本上下文中，术语“场址特定平均风流模式”应被解释为是指覆盖整个风电场场址的模式，该模式指定在给定时间段内，在风电场场址的每个位置处发生，或者至少在对应于风电场的风力涡轮机中的每一个的位置处发生的平均风力条件。第一库的风流模式是场址特定的，因为它们考虑了风电场场址的某些特征，诸如地形、植被、粗糙度、风力涡轮机的位置、主导风向、风力和天气条件的昼夜变化、风力和天气条件的季节变化等。因此，第一库的场址特定风流模式形成了在各种条件下(诸如一天中的时间、一年中的时间、当前风力条件等)，风电场场址在在不久的将来的预期平均风流的集合。
[0017]第一库的平均风流模式可以使用风电场场址的准确流动模型(诸如CFD模型或耦合天气模型)和/或基于先前获得的风电场场址处的风模式的测量结果来计算。这将在下面更详细地描述。
[0018]此外，还提供了非场址特定湍流模式的第二库。在本上下文中，术语“非场址特定湍流模式”应被解释为是指鉴于当前发生的风力条件指定在不久的将来的预期湍流条件的模式。湍流模式可以例如指定时间和/或空间尺度上的湍流强度和/或湍流涡流。第二库的湍流模式是非场址特定的，或者是与场址无关的，因为特定于风电场场址的特征没有被考虑在内，可能除了非常通用的特征(诸如“离岸”、“丘陵”、“热带气候”等)之外。例如，湍流模式可以很好地代表在大气中观察到的高分辨率湍流。
[0019]第二库的湍流模式也可以使用准确的流动模型(诸如从光谱张量方法获得的合成湍流，例如曼模型)，和/或基于先前获得的风力条件的测量结果(特别是湍流条件)来计算。这将在下面更详细地描述。由于湍流模式是非场址特定的，因此这种先前测量结果不需要在风电场场址处获得，而是可以从大量位置获得。因此，大量测量数据可用于生成第二库的湍流模式。
[0020]因此，可能需要大量处理能力和/或时间来提供第一库以及第二库。然而，由于第一库和第二库是预先提供的，并且很容易从风电场生命周期的设计阶段中发生的建模工作中获得，因此可以在需要实时预测风电场的风力条件的时间点之前很好地执行这种处理。此外，该处理不需要在风电场处进行，而是可以在可获得所需处理能力的合适的数据中心执行。
[0021]当需要实时预测风电场的风力条件时，在风电场场址内的多个位置处测量天气数据。在本上下文中，术语“天气数据”应被解释为是指与风电场场址处发生的天气相关的数据，诸如风速、风向、湍流条件、风切变、温度、湿度、降水量、空气密度等。天气数据可以借助于布置在风电场的风力涡轮机处或形成风力涡轮机的一部分的传感器，借助于布置在风电场场址内的一个或多个气象桅杆，通过卫星测量结果，通过激光雷达测量结果等来测量。
[0022]基于测量的天气数据，基于第一库选择平均风流模式，并基于第二库选择湍流模式。因此，选择的平均风流模式和湍流模式反映了风电场场址当前发生的实际天气条件，并
利用了在生成第一库和第二库时执行的预计算。因此，该步骤不需要大量的处理能力，但仍会考虑以测量的天气数据形式存在的当时的边界条件。
[0023]平均风流模式和/或湍流模式可以通过简单地分别选择已经形成第一或第二库的一部分的模式中的一个来选择。作为替代，第一库和第二库的两个或更多个风流模式和/或湍流模式可以分别形成选择的风流模式和湍流模式的基础。这将在下面更详细地描述。
[0024]接下来，基于选择的平均风流模式和选择的湍流模式，对风电场场址的场址特定风流场进行建模。因此，选择的平均风流模式的场址特定信息与选择的湍流模式的非场址特定信息合并以形成准确的场址特定风流场，该场址特定风流场考虑了预期的平均风流以及预期的湍流条件。此外，由于场址特定风流场是基于选择的平均风流模式和选择的湍流模式进行建模的，因此已经执行了为了对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于实时预测包括多个风力涡轮机(1)的风电场(1)的风力条件的方法，所述风电场(1)布置在风电场场址处，所述方法包括以下步骤：
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提供与所述风电场场址相关的场址特定平均风流模式的第一库(9)，
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提供非场址特定湍流模式的第二库(10)，
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测量所述风电场场址内的多个位置处的天气数据，
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基于测量的天气数据，基于所述第一库(9)选择平均风流模式，并基于所述第二库(10)选择湍流模式，
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基于选择的平均风流模式和选择的湍流模式，对所述风电场场址的场址特定风流场进行建模，以及
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基于所述场址特定风流场来预测所述风电场(1)的风力条件。2.根据权利要求1所述的方法，其中，实时或准实时地执行测量天气数据、选择平均风流模式和湍流模式以及对场址特定风流场进行建模的步骤。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，对场址特定风流场进行建模的步骤还基于布置在所述风电场(1)中的风力涡轮机(2)的尾流效应。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，提供与所述风电场场址相关的场址特定平均风流模式的第一库(9)的步骤包括基于与所述风电场场址相关的历史天气数据将平均风流模式建模为一天中的时间的函数和/或一年中的时间的函数。5.根据权利要求4所述的方法，其中，提供场址特定平均风流模式的第一库(9)的步骤还考虑所述风电场场址的已知地形特征。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，提供非场址特定湍流模式的第二库(10)的步骤包括基于一般拓扑特征对湍流模式进行建模。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，测量所述风电场场址内的多个位置处的天气数据的步骤包括测量所述风电场场址内的多个位置处的风力数据。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，基于所述第一库(9)选择平均风流模式的步骤包括以下步骤：
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将测量的天气数据和与所述第一库(9)的平均风流模式相关的天气数据...

【专利技术属性】
技术研发人员：E，
申请(专利权)人：维斯塔斯风力系统集团公司，
类型：发明
国别省市：