风力发电机组的偏航角度调整方法、装置、介质以及设备转让专利
申请号 : CN201811285466.5
文献号 : CN111120202B
文献日 : 2021-07-20
发明人 : 薛浩宁 , 韩东 , 陈玥
申请人 : 北京金风科创风电设备有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种风力发电机组的偏航角度调整方法,其特征在于,所述方法包括:获取风力发电机组的瞬时风速数据、瞬时功率数据、运行状态数据和偏航角度数据;
根据所述瞬时风速数据在第一预设时间内的风速平均值和风速标准差计算平均空气密度和湍流强度;其中,首先根据所述风速平均值、标准差以及湍流强度计算平均空气密度;
根据所述平均空气密度修正所述瞬时风速数据,其中,折算后的原始风速表示为:其中,N为原始数据的个数,ρ0为全场年平均空气密度,ρk为第k个第一预设时间内的空气密度,Vi为第i个原始风速,Vm,i为第i个折算后的原始风速;
将修正后的瞬时风速数据进行第一次分组,对第一次分组后的组内数据按照所述偏航角度进行第二次分组,针对第二次分组后的组内数据按照所述湍流强度进行第三次分组;
对第三次分组后的组内的瞬时功率数据进行平均计算;
针对瞬时功率平均计算后得到的最大值,记录对应的瞬时风速和偏航角度,建立瞬时风速与偏航角度查询表;
根据所述查询表在不同瞬时风速下调整所述风力发电机组的偏航角度。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,获取风力发电机组的瞬时风速数据、瞬时功率数据、运行状态数据和偏航角度数据,包括:对于风力发电机组异常的运行状态数据,删除对应的瞬时功率数据。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,针对瞬时功率平均计算后得到的最大值,记录对应的瞬时风速和偏航角度,建立瞬时风速与偏航角度查询表之后,还包括:当所述瞬时风速小于风力发电机组的切入风速,或大于风力发电机组的额定风速时,计算所述查询表中偏航角度的平均值,根据所述偏航角度的平均值调整所述风力发电机组的偏航角度。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,根据所述查询表在不同瞬时风速下调整所述风力发电机组的偏航角度,包括,根据所述查询表控制所述风力发电机组的控制系统进行偏航。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,根据所述查询表在不同瞬时风速下调整所述风力发电机组的偏航角度,还包括:根据所述查询表调整所述风力发电机组的风向标的指向位置。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,还包括:采用最小二乘滤波算法对所述瞬时风速数据、瞬时功率数据和偏航角度数据进行数据平滑处理。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,针对瞬时功率平均计算后的最大值,记录对应的瞬时风速和偏航角度,建立瞬时风速与偏航角度查询表,包括:当瞬时功率平均计算后的最大值大于风力发电机组额定功率,对所述最大值进行删除。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述将所述修正后瞬时风速数据进行第一次分组的步骤包括:
在第一次分组中以风速数值区间,将瞬时风速作为分组维度,使所述瞬时功率数据以及对应的偏航角度数据分部在风速维度;
所述对第一次分组后的组内数据按照所述偏航角度进行第二次分组的步骤包括:在第二次分组中以偏航角度数值区间,将偏航角度作为分组维度,使所述功率数据分部在偏航维度;
所述对第二次分组后的组内数据按照所述湍流强度进行第三次分组的步骤包括:在第三次分组中以湍流强度数值区间,将湍流强度作为分组维度,使所述功率数据分布在湍流强度维度。
9.一种风力发电机组的偏航角度调整装置,其特征在于,所述装置包括:数据获取单元,获取风力发电机组的瞬时风速数据、瞬时功率数据、运行状态数据和偏航角度数据;
数据计算单元,根据所述瞬时风速数据在第一预设时间内的风速平均值和风速标准差计算平均空气密度和湍流强度;其中,首先根据所述风速平均值、标准差以及湍流强度计算平均空气密度;
数据修正单元,根据所述平均空气密度修正所述瞬时风速数据,其中,折算后的原始风速表示为:
其中,N为原始数据的个数,ρ0为全场年平均空气密度,ρk为第k个第一预设时间内的空气密度,Vi为第i个原始风速,Vm,i为第i个折算后的原始风速;
数据分组单元,将修正后的瞬时风速数据进行第一次分组,对第一次分组后的组内数据按照所述偏航角度进行第二次分组,针对第二次分组后的组内数据按照所述湍流强度进行第三次分组;
平均计算单元,对第三次分组后的组内的瞬时功率数据进行平均计算;
映射建立单元,针对瞬时功率平均计算后得到的最大值,记录对应的瞬时风速和偏航角度,建立瞬时风速与偏航角度查询表;
偏航调整单元,根据所述查询表在不同瞬时风速下调整所述风力发电机组的偏航角度。
10.根据权利要求9所述的装置,其特征在于,所述数据获取单元用于对于风力发电机组异常的运行状态数据,删除对应的瞬时功率数据。
11.根据权利要求9所述的装置,其特征在于,还包括特殊风速单元,用于:当所述瞬时风速小于风力发电机组的切入风速,或大于风力发电机组的额定风速时,计算所述查询表中偏航角度的平均值,根据所述偏航角度的平均值调整所述风力发电机组的偏航角度。
12.根据权利要求9所述的装置,其特征在于,所述偏航调整单元用于根据所述查询表控制所述风力发电机组的控制系统进行偏航。
13.根据权利要求9所述的装置,其特征在于,所述偏航调整单元还用于根据所述查询表调整所述风力发电机组的风向标的指向位置。
14.根据权利要求9所述的装置,其特征在于,还包括:数据处理单元,用于采用最小二乘滤波算法对所述瞬时风速数据、瞬时功率数据和偏航角度数据进行数据平滑处理。
15.根据权利要求9所述的装置,其特征在于,所述映射建立单元用于:当瞬时功率平均计算后的最大值大于风力发电机组额定功率时,对所述最大值进行删除。
16.根据权利要求9所述的装置,其特征在于,所述数据分组单元包括:风速分组子单元,用于在第一次分组中以风速数值区间,将瞬时风速作为分组维度,使所述瞬时功率数据以及对应的偏航角度数据分部在风速维度;
偏航分组子单元,用于在第二次分组中以偏航角度数值区间,将偏航角度作为分组维度,使所述功率数据分部在偏航维度;
湍流分组子单元,用于在第三次分组中以湍流强度数值区间,将湍流强度作为分组维度,使所述功率数据分布在湍流强度维度。
17.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质存储有计算机指令,所述计算机指令用于使所述计算机执行如权利要求1‑8中任一项所述的风力发电机组的偏航角度调整方法。
18.一种计算机设备,其特征在于,包括:存储器,用于存储可执行程序;处理器,用于执行所述存储器中存储的所述可执行程序时,实现权利要求1‑8中任一项所述的风力发电机组的偏航角度调整方法。
说明书 :
风力发电机组的偏航角度调整方法、装置、介质以及设备
技术领域
背景技术
组在运行过程中由于客观因素,例如在没有精确校对气象设备,或者叶轮的转动对来流风
向扰动造成风向标采集不准,导致偏航误差存在。因此,对于风力发电机组的偏航修正问题
的解决具有重要意义。
发明内容
组;
风力发电机组的偏航角度。
度进行第三次分组;
方法。
度调整方法。
正,以提高风力发电机组充分吸收风能的能力,从而在不同风速的情况下,可以灵活准确地
修正风力发电机组偏航方向,修正风向标的偏差,从而提高风力发电机组的发电功率。
附图说明
具体实施方式
将仅被视为示例性的。因此,本领域普通技术人员将意识到,在不脱离本发明的范围和精神
的情况下,可对这里描述的实施例进行各种改变和修改。此外,为了清晰和简要,可省略公
知功能和结构的描述。
示例性实施例的以下描述仅是说明的目的,而不是限制由权利要求及其等同物限定的本发
明的目的。
试仪测试的当前风速,所述偏航角度数据可以是风力发电机组主控偏航角度判断依据的数
据形式。运行状态包括,除了在风力发电机组正常运行的状态,还有可能获取到例如风力发
电机组的限功率运行状态、风力发电机组的未并网状态、风力发电机组的高低压穿越状态、
风力发电机组的停机状态或者风力发电机组结冰状态下的瞬时功率。具体地,上述数据的
采样间隔小于10秒,采集时长大于3个月,如此采样的间隔以及时长是为了保证数据的实时
性、准确性、以及全方位性,有利于全面描述当前风力发电机组的瞬时风速、瞬时功率、运行
状态以及偏航角度,从而可以为后续数据分析提供更充足的数据支持。
的空气密度。
第三次分组;
一次分组。在一个示例中,可以将风力发电机组的切入风速作为风速维度的有效起始值,将
风力发电机组的额定风速加一米每秒(额定风速+1m/s)的风速数值作为风速维度的有效终
点值,切入风速到额定风速加1米每秒(额定风速+1m/s)形成了有效数据范围。进一步地,作
为风速维度,可以按照间隔0.5m/s的风速区间进行数据分组,上述瞬时功率数据以及对应
的偏航角度数据将会有序地散布在风速维度上。然后对数据组内的数据按照偏航角度进行
第二次分组划分,偏航角度维度可以从‑20°到20°的范围,其中间隔设置为1°的区间,进行
二次分组,将所述瞬时功率数据更加直观有序的排列以及集合在一起。然后,然后对数据组
内的数据按照上述湍流计算公式的结果,按照湍流强度进行第三次分组划分,例如对于每
台风力发电机组,分为第一湍流强度组和第二湍流强度组,第一湍流强度组以及第二湍流
强度组根据每台风力发电机组的预设时间内的平均湍流强度而分组设定。瞬时功率数据对
应的湍流强度小于该平均湍流强度,被分配到第一湍流强度组,瞬时功率数据对应的湍流
强度大于该平均湍流强度,被分配到第二湍流强度组,从而使所述瞬时功率数据分布在湍
流强度维度上,具体参见表1。
1MW/2MW/3WW/6MW)的风力发电机组,具体的切入风速和额定风速都不相同,相应的,对于风
速采用间隔0.5m/s进行分组的方法,也可采用略大或略小的间隔,根据不同风速下发电功
率的样本数量,以及SCADA数据量而决定。偏航角采用间隔1°进行分组的方法,可采用略大
或略小的间隔。以及对于偏航角划分从‑20°到20°的角度范围,可以根据风力发电机组不同
的偏航角度范围,设计略大或略小的偏航范围。对于湍流强度,可以建立预设值,小于所述
预设值的分为第一组,大于所述预设值的,分为第二组。本申请在此方面不做特殊限定。
及湍流强度下平均功率最大值(Pmax)对应的偏航角(θ),即为此瞬时风速下以及湍流强度
下的偏航误差角度。
以及湍流强度形成风速和偏航误差查询表,例如可以抽象表示成一组二维数据表(Vn,θ),
即将不同风速与平均功率最大的偏航角度建立映射关系,形成统一规范的表格,存储在风
力发电机组中或者风电场集控中心,或者记录在风场维护人员的维修设备以及维修工具
中,用于为风力发电机组偏航调整做参考和指引,在对风力发电机组具体进行偏航误差调
整时,可以参考所述数据表格。
<3 ‑12 ‑8.5
3 ‑12 ‑10
3.5 ‑12 ‑7
4 ‑12 ‑5
4.5 ‑11 ‑8
5 ‑10 ‑8
5.5 ‑9 ‑5
6 ‑10 ‑6
6.5 ‑9 ‑6
7 ‑10 ‑8
7.5 ‑9 ‑6
8 ‑9 ‑7
8.5 ‑7 ‑7
9 ‑7 ‑7
9.5 ‑6 ‑8
>=10 ‑6.5 ‑7.5
充分吸收风能的能力,从而在不同风速的情况下,可以灵活准确地修正风力发电机组偏航
方向,修正风向标的偏差,例如图6示出的风向标的示意图,从而提高风力发电机组的发电
功率。
的步骤;采用最小二乘滤波算法对所述瞬时风速数据、瞬时功率数据和偏航角度数据进行
数据平滑处理的步骤;根据所述查询表控制所述风力发电机组的控制系统进行偏航;根据
所述查询表调整所述风力发电机组的风向标的指向位置的步骤;并且对于与实施例一相同
的步骤进行进一步解释和说明。
区间。超过9.5米每秒的风速有可能超过风力发电机组的额定风速,对风力发电机组的叶片
有损害作用,可能会引起风力发电机组收桨的操作,对于低于3米每秒的风速,可能会低于
风力发电机组的切入风速,两种情况下的数据的参考意义有一定局限,因此主要可以在3米
每秒至9.5米每秒的风速区间下,分别获取不同风速的瞬时功率以及对应的偏航角度,从而
获得比较完整的原始数据。
电机组的限功率运行状态、风力发电机组的未并网状态、风力发电机组的高低压穿越状态、
风力发电机组的停机状态或者风力发电机组结冰状态下的瞬时功率。因此,对于这些异常
运行状态的数据可以进行数据清洗,清洗数据的目的是为了保留正常运行的数据,对于风
力发电机组限功率、未并网、停机、结冰等异常的状态进行删除,同时,对于那些异常状态下
获取的瞬时功率数据,也进行删除。这是为了在后续计算中,保证利用正常状态下获取到的
数据,具有有效性,以及对于后续例如求平均时误差以及波动会尽可能的减少,保证得出的
结果更真实有效,符合风力发电机组偏航调整后,提高发电功率的目的。上述数据来源从风
力发电机组的主控存储器中提取,也可以从风电场地集控中心地SCADA系统中的数据中提
取。
理。
速的预测以及计量,有指导意义。
会出现突出的区域范围内的最值,有利于保证最后后续寻找功率最大值的准确。具体地,要
对数据进行平滑处理,建议采用最小二乘法。最小二乘法(又称最小平方法)是一种数学优
化技术,它通过最小化误差的平方和寻找数据的最佳函数匹配。利用最小二乘法可以简便
地求得未知的数据,并使得这些求得的数据与实际数据之间误差的平方和为最小。具体地,
可以利用最小二乘法对局部1分钟间隔的数据进行回归,避免由于风速和功率波动造成后
续最值寻找的错误,并且消除对于偏航角响应滞后的影响。
度之间,风速在8米每秒到10米每秒度区间有数据相对更加平滑,没有数据波动的情况。
的每条曲线,随着曲线的整体功率值由0到2000kw变化,风速也是从3m/s到11m/s变化。本领
域技术人员可以理解图3和图4所表示的功率曲线与风速之间的关系。
显可以看出滤波后的数据更加平滑。图9和图10示出了在第一湍流滤波前和滤波后风速与
偏航角度下功率曲线关系,可以看出滤波后的数据相对更加平滑。
种方法进行尝试,本申请在此方面不做过多限制。
第三次分组;
的技术方案的范畴。
以第一次分组的风速维度进行划分后,对于某一风速下瞬时功率的样本数量小于预设的数
量时,不进行相应后续平均功率最大值的计算,删除所述数据。因为由于样本太少的原因,
得出的平均功率最大值的偏航角度不太准确,如果后续进行相应风力发电机组的偏航调节
可能会使发电量达不到最大发电功率,对于提供功率没有实际参考意义。
相应后续平均功率以及寻找平均功率最大值的计算。本领域技术人员可以根据风力发电机
组的实际情况,设定第一预设数量,以及根据SCADA原始数据数量进行设定和调整,本申请
实施例对此不做限定。
具体地,如图4所示,显示了从3米每秒风速到9.5米每秒风速,对应不同偏航角度的发电功
率值。
至‑5度之间。因此可以判断出,在‑10度至‑5度之间,是风速在8米每秒到10米每秒的平均功
率最大值的偏航角度。例如,进一步计算得知,8米每秒的风速,偏航角度在‑8度出现平均功
率最大值,平均功率超过1600千瓦每小时;例如,6.5米每秒的风速,偏航角度在‑9度出现平
均功率最大值,平均功率接近800千瓦每小时。
因此对于对应的偏航角度,其不具有偏航矫正的意义。例如,对于风力发电机组为2MW发电
类型的机组,删除相应平均功率最大值大于机组额定功率2MW的数据。
误差以θ表示,表格1对应地列举了风速Vn与偏航误差θ的关系,不同风速下,显示了对应的
偏航误差调整。可以看到,在第一湍流的情况下,从3米每秒到9.5米每秒之间,偏航误差从‑
6度到‑12度之间相应变化。在第二湍流的情况下,从3米每秒到9.5米每秒之间,偏航误差
从‑6度到‑10度之间相应变化。并且表中引入了第一湍流强度情况下以及第二湍流强度情
况下的分组,因此本领域技术人员可以针对不同的湍流强度以及瞬时风速,调整对应的偏
航角度。
组的偏航角度。
的平均功率最大值对应的偏航角度进行平均计算,从而作为小于切入风速或者大于额定风
速的瞬时风速的偏航角度。例如,对于表2中的数值进行平均计算,得出平均偏航角度,作为
瞬时风速小于切入风速,或者大于额定风速的偏航角度。
3 ‑7
3.5 ‑8
4 ‑7
4.5 ‑7
5 ‑7
5.5 ‑8
6 ‑8
6.5 ‑9
7 ‑9
7.5 ‑9
8 ‑8
8.5 ‑8
9 ‑7
9.5 ‑8
>9.5 ‑7.86
方法。
速识别不同风力发电机组的偏航误差且计算偏航误差的成本基本为零,在保守假设偏航误
差在5°的情况下,发电量将提升1%,按照5万kW装机的风电场年平均可利用小时2000小时
计算,发电小时提升约20小时,发电量提升100万千瓦小时。并且本实施例对风电场后评估,
或者在役风电场风资源分析有很好的支持作用。
偏航系统的技术情况下,可以直接控制风力发电机组主控系统或者偏航系统至平均功率最
大值对应的偏航角度,从而使得风力发电机组发电功率提高。
前计算的平均功率最大值的偏航角度。例如,对于在一些不可以控制风力发电机组主控系
统或者偏航系统的技术情况下,可以直接调整风力发电机组风标进一步对准N‑S方向,减少
风向标的偏移,提高准确度,从而使风力发电机组的偏航系统间接性的调整至平均功率最
大值对应的偏航角度,从而使得风力发电机组发电功率提高。
流强度进行第三次分组;
维度,使所述瞬时功率数据以及对应的偏航角度数据分部在风速维度;偏航分组子单元,用
于在第二次分组中以偏航角度数值区间,将偏航角度作为分组维度,使所述功率数据分部
在偏航维度;湍流分组子单元,用于在第三次分组中以湍流强度数值区间,将湍流强度作为
分组维度,使所述功率数据分布在湍流强度维度。
度调整方法的指令。
使得处理器执行如上所述风力发电机组的偏航角度调整方法的指令。
发明的方法。计算机可读存储介质包括用于存储并执行程序命令的硬件系统。硬件系统的
示例有磁介质(诸如硬盘、软盘、磁带)、光介质(诸如CD‑ROM和DVD)、磁光介质(诸如软光盘、
ROM、RAM、闪存等)。程序包括由编译器编译的汇编语言代码或机器代码和由解释器解释的
更高级语言代码。硬件系统可利用至少一个软件模块来实施以符合本发明。
其它装置)来实施上述方法的至少一部分。所述至少一部分可在操作系统中实现,也可在操
作系统下操作的一个或多个软件应用中实现。
下,可对实施例进行各种修改和改变。