一种风电机组功率曲线评估方法、系统及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种风电机组功率曲线评估方法、系统及装置，涉及风力发电技术领域，方法主要包括：基于风电场所有机组的机位坐标、风资源分析报告，选定代表机组及非代表机组；基于所述代表机组，分别设置第一激光雷达及第二激光雷达；对代表机组、第一激光雷达及第二激光雷达的数据采集模块进行时间校准；采集机组数据、第一激光雷达数据及第二激光雷达数据；对风电场所有机组的风向及风速进行修正后，拟合风速

【技术实现步骤摘要】
一种风电机组功率曲线评估方法、系统及装置


[0001]本专利技术涉及风力发电
，尤其是涉及一种风电机组功率曲线评估方法、系统及装置。

技术介绍

[0002]风力发电机组的功率曲线即风速
‑
功率的关系曲线，包括保证功率曲线及实际功率曲线。风电场内每台机组的实际功率曲线结合风频分布计算出的年发电量除以保证功率曲线结合风频分布计算出的年发电量后，可以得到功率曲线达标率，一般要求该达标率达到95％，所以实际功率曲线的准确性将直接影响功率曲线达标率的准确性。而实际功率曲线是对同一时段内同步采集的风速、发电机组输出功率等数据通过筛选及拟合而得到的。因此，这些数据的合理性及准确性是非常关键的。
[0003]目前，实际功率曲线的相关数据可以通过两种方式获得：一是直接应用风电机组的SCADA系统数据；二是通过立测风塔或者安装地面式激光雷达进行采集。
[0004]但是，第一种方式由于风速数据来源于机舱尾部的风速，其与风电机组轮毂处自由流风速是有偏差的，因此测出的实际功率曲线并不准确；第二种方式是通过激光雷达测量单台机组的实际风速，可是由于风电场点位并不相同，所以实际风资源也各有不同，故而导致每台机组的实际功率曲线差异较大；因此，亟需一种更加准确、合理、高效的实际功率曲线评估方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种风电机组功率曲线评估方法、系统及装置，以解决现有技术中存在的至少一种上述技术问题。
[0006]第一方面，为解决上述技术问题，本专利技术提供的风电机组功率曲线评估方法，包括：
[0007]步骤1、基于风电场所有机组的机位坐标、风资源分析报告，选定风电场中处于主风向及主风能风向的机组作为代表机组，其余机组作为非代表机组；
[0008]步骤2、基于所述代表机组，分别设置第一激光雷达及第二激光雷达；所述第一激光雷达位于所述代表机组主风向的上风位地面上，其镜头指向上方；所述第二激光雷达位于所述代表机组的机舱上，其镜头指向与所述机舱的轴向平行并朝向叶片；所述第一激光雷达与所述代表机组之间的水平距离小于所述第二激光雷达的有效探测距离；这样便于收集主风向上的风向数据来确定第一激光雷达测量风速值和第二激光雷达测量风速值之间的校准系数；
[0009]步骤3、对所述代表机组、所述第一激光雷达及所述第二激光雷达的数据采集模块进行时间校准；
[0010]步骤4、采集若干时间段的机组数据、第一激光雷达数据及第二激光雷达数据，直至达到预设数据要求；
[0011]步骤5、基于所述机组数据、所述第一激光雷达数据及所述第二激光雷达数据，对风电场所有机组的风向及风速进行修正后，拟合风速
‑
功率曲线并评估功率曲线达标率。
[0012]通过上述步骤，可以使第一激光雷达及第二激光雷达相互校准，并通过第二激光雷达对代表机组自身的测风设备进行校准，进而修正风电场所有机组的风向及风速，合理、准确、全面地进行功率曲线拟合并评估功率曲线达标率，且达到通过一台机组评估多台机组的目的，操作简便，成本低廉。
[0013]在一种可行的实施方式中，所述步骤1中的风电场包括选择条件：
[0014]条件1、机位分布均匀，机位间距大于300米，且小于600米；
[0015]条件2、地势平坦，起伏落差小于30米；
[0016]条件3、天气少雨雪，年降水量小于400毫米；
[0017]条件4、空气有尘埃，尘埃直径大于激光雷达波长。
[0018]这样可以充分发挥激光雷达探测风向及风速的作用，使其对机组的修正效果准确可靠。
[0019]在一种可行的实施方式中，所述步骤2中所述第一激光雷达与所述代表机组之间的水平距离为机组转子直径的两倍至四倍之间。
[0020]在一种可行的实施方式中，所述步骤3中代表机组及第二激光雷达的数据采集模块包括安装于机组塔基的数据采集设备，用于同时采集代表机组的机组数据及第二激光雷达数据；第一激光雷达的数据采集模块内置于第一激光雷达内部。
[0021]在一种可行的实施方式中，所述机组数据包括风速、风向、发电机功率、发电机转速、机组状态标志位、转子转速、叶片角度、机舱外温度等；所述第一激光雷达数据包括风速、风向等；所述第二激光雷达数据包括风速、风向等。
[0022]在一种可行的实施方式中，所述步骤3中的时间校准以北京时间为准，以便中国境内的风电场进行时间统一校准。
[0023]在一种可行的实施方式中，所述步骤4中采集数据的频率为1Hz。
[0024]在一种可行的实施方式中，所述步骤4中的预设数据要求包括：
[0025]覆盖机组的切入风速至切出风速范围；覆盖360度全风向范围。所述切入风速是指风电机组可以开始并网发电的最低风速，低于此风速时，机组会停机；所述切出风速是指风电机组并网发电的最大风速，超过此风速时，机组将切出电网并停机。
[0026]在一种可行的实施方式中，所述步骤5包括：
[0027]步骤51、将所述机组数据、所述第一激光雷达数据及所述第二激光雷达数据，按时间标签进行分组并整合为数据包；
[0028]步骤52、分析并筛除所述数据包中的超限数据，所述超限数据包括时间不完整数据及失真数据：所述时间不完整数据是指数据采集持续时长和自然时长的比值低于第一预设比例的数据；所述失真数据是指明显超差数据，例如超出风速测量范围等；
[0029]步骤53、分析并筛除所述数据包中采集数量不足的数据；
[0030]步骤54、分别计算第一激光雷达数据、第二激光雷达数据、代表机组数据及非代表机组数据中风向的主风向，并进行同期横向对比：若每台机组的主风向相同，则每台机组的风向无需修正；若某台机组的主风向和其他机组的主风向偏差大于第一预设角度或者同一时刻下某台机组的主风向和第一激光雷达的主风向偏差大于第二预设角度，则该机组的风
向需要进行对北修正，修正角度为第一激光雷达的主风向和该机组的主风向之间的夹角；通过风向对比修正，才能保证后序对每台机组的风速相关性分析有意义，从而使后序对机组的功率曲线分析有价值；
[0031]步骤55、基于代表机组数据、第一激光雷达数据及第二激光雷达数据中的风速，通过统计分析，计算得到代表机组的风速修正系数，并通过所述风速修正系数对代表机组的风速进行修正；
[0032]步骤56、分析代表机组与非代表机组的相关性：对于相关性系数大于第一预设系数的非代表机组，通过代表机组的风速修正系数进行修正；对于相关性系数小于第一预设系数的非代表机组，进行分扇区处理，并基于扇区分别进行风速修正；所述相关性分析属于现有技术，通过计算相关性系数的方法反应变量之间关系密切程度；
[0033]步骤57、筛除数据包中的非作业时段数据，根据当地的温湿度及空气密度进行风速标准化，依据行业标准中的方式，拟合得到每台机组的全风向范围内及主风向范围内的风速
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功率曲线，根据每台机组的风速统计风频分布，通过所述风速<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风电机组功率曲线评估方法，其特征在于，包括：步骤1、基于风电场所有机组的机位坐标、风资源分析报告，选定风电场中处于主风向及主风能风向的机组作为代表机组，其余机组作为非代表机组；步骤2、基于所述代表机组，分别设置第一激光雷达及第二激光雷达；所述第一激光雷达位于所述代表机组主风向的上风位地面上，其镜头指向上方；所述第二激光雷达位于所述代表机组的机舱上，其镜头指向与所述机舱的轴向平行并朝向叶片；所述第一激光雷达与所述代表机组之间的水平距离小于所述第二激光雷达的有效探测距离；步骤3、对所述代表机组、所述第一激光雷达及所述第二激光雷达的数据采集模块进行时间校准；步骤4、采集若干时间段的机组数据、第一激光雷达数据及第二激光雷达数据，直至达到预设数据要求；步骤5、基于所述机组数据、所述第一激光雷达数据及所述第二激光雷达数据，对风电场所有机组的风向及风速进行修正后，拟合风速
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功率曲线并评估功率曲线达标率。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3中代表机组及第二激光雷达的数据采集模块包括安装于机组塔基的数据采集设备，用于同时采集代表机组的机组数据及第二激光雷达数据；第一激光雷达的数据采集模块内置于所述第一激光雷达内部。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述机组数据包括风速、风向、发电机功率、发电机转速、机组状态标志位、转子转速、叶片角度及机舱外温度；所述第一激光雷达数据包括风速及风向；所述第二激光雷达数据包括风速及风向。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4中的预设数据要求包括：覆盖机组的切入风速至切出风速范围；覆盖360度全风向范围。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤5包括：步骤51、将所述机组数据、所述第一激光雷达数据及所述第二激光雷达数据，按时间标签进行分组并整合为数据包；步骤52、分析并筛除所述数据包中的超限数据，所述超限数据包括时间不完整数据及失真数据；步骤53、分析并筛除所述数据包中采集数量不足的数据；步骤54、分别计算第一激光雷达数据、第二激光雷达数据、代表机组数据及非代表机组数据中风向的主风向，并进行同期横向对比：若每台机组的主风向相同，则每台机组的风向无需修正；若某台机组的主风向和其他机组的主风向偏差大于第一预设角度或者同一时刻下某台机组的主风向和第一激光雷达的主风向偏差大于第二预设角度，则该机组的风向需要进行对北修正，修正角度为第一激光雷达的主风向和该机组的主风向之间的夹角；步骤55、基于代表机组数据、第一激光雷达数据及第二激光雷达数据中的风速，通过统计分析，计算得到代表机组的风速修正系数，并通过所述风速修正系数对代表机组的风速进行修正；步骤56、分析代表机组与非代表机组的相关性：对于相关性系数大于第一预设系数的非代表机组，通过代表机组的风速修正系数进行修正；对于相关性系数小于第一预设系数的非代表机组，进行分扇区处理，并基于扇区分别进行风速修正；步骤57、筛除数据包中的非作业时段数据，根据当地的温湿度及空气密度进行风速标
准化，依据行业标准中的方式，拟合得到每台机组的全风向范围内及主风向范围内的风速
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功率曲线，根据每台机组的风速统计风频分布，通过所述风速
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功率曲线及所述风频分布计算年发电量，将所述年发电量除以保证功率曲线结合风频分布计算出的年发电量后，得到功率曲线达标率。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤53包括：步骤531、按照0.5m/s区间对风速范围进行分区，按照22.5
°
区间对风向范围进行分区；令切入风速为Vin、切出风速为Vout，则区间数量为(Vout
‑
Vin)/0.5+1，则每个区间下需要至少5组数据，每组数据的持续时长至少10分钟，即切入风速至切出风速之间的数据满足量q1＝((Vout
‑
Vin)/0.5+1)*5；步骤532、将风向玫瑰图中各风向的百分比px分别与平均数据满足量p2＝q1/(8760*6)进行对比：若px小于p2，则该风向的数据是辅助数据，该风向的数据不做数量要求；若px为主风向时，该风向的数量必须满足q1；若px大于3*p2时，该风向的数量必须满足q1；步骤533、筛除所述数据包中采集数量不足的数据。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤55包括：步骤551、设代表机组的实际风速为v
a
，其计算公式为：v
a
＝v
2nd
＝a*v
t
+b；其中，v
2nd
表示第二激光雷达采集的风速；v
t
表示代表机组自身的测风设备采集的风速；a及b表示代表机组的风速修正系数；步骤552、计算第一激光雷达采集的风速v
1st
与v
a
之间的...

【专利技术属性】
技术研发人员：段长江，李发伟，闫文倩，刘艳东，张衣男，李娟，王帅，
申请(专利权)人：青海聚鸿新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：