CN109345113B - 风电机组性能评估方法及介质 - Google Patents

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CN109345113B CN201811148645.4A CN201811148645A CN109345113B CN 109345113 B CN109345113 B CN 109345113B CN 201811148645 A CN201811148645 A CN 201811148645A CN 109345113 B CN109345113 B CN 109345113B
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Abstract

本发明公开了一种风电机组性能评估方法及介质，其中，风电机组性能评估方法包括：采集风电机组的功率曲线数据及运行数据，根据所述功率曲线数据计算标准额定风速，基于所述标准额定风速构建标准功率系数曲线，根据所述运行数据及所述标准功率系数曲线，确定风速系数校正函数，得到校正后的风速系数，根据所述标准功率系数曲线和所述校正后的风速系数，实现对不同风电机组的性能测定，从而进行性能评估，以提高风电机组性能评估的客观性、准确性及运算效率。

Description

风电机组性能评估方法及介质
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种风电机组性能评估方法及介质。
背景技术
风力发电场由风电机组、支撑机组的塔架、输电线路、升压站等组成，其中，风电机组是重要的组成部分，其运行性能的好坏关系到整个风力发电场是否能够安全经济运行。相关技术中，如授权公告号CN104895819B存在一种对风电机组性能评估的方法，公开了一种如何构建“标准风速系数-功率系数曲线”(即：17799曲线)的方法，并基于标准风速系数-功率系数曲线，对各个风电机组进行性能测试，以实现风电机组在同一标准下的性能评估。
但是，上述风电机组性能评估过程存在弊端，体现在以下两点：
1、通常制造商向客户提供的额定风速与风电机组的理论额定风速存在偏差且无规律；
2、各风电机组制造商一般都在SCADA***对风速仪实时测得的风速数据进行不同程度修正，且修正函数各异。
由于这两种原因使得基于标准风速系数-功率系数曲线对风电机组进行性能测试，结果的准确性降低，得到的风电机组性能测试结果也很难得到大众认可。
发明内容
鉴于现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供一种风电机组性能评估方法及介质，能够计算出风电机组的更接近理论值的标准额定风速，并对制造商修正的风速进行校正，使其更接近实际风速，提高风电机组评估的客观性和准确性。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：
本申请的实施例提供一种风电机组性能评估方法，包括：
S1，采集风电机组的功率曲线数据及运行数据；
S2，根据所述功率曲线数据计算标准额定风速，基于所述标准额定风速构建标准功率系数曲线；
S3，根据所述运行数据及所述标准功率系数曲线，确定风速系数校正函数，得到校正后的风速系数；
S4，根据所述标准功率系数曲线和所述校正后的风速系数，实现对不同风电机组的性能测定，从而进行性能评估。
作为优选，所述根据所述功率曲线数据，计算标准额定风速，包括：根据所述功率曲线数据的变化状况及额定功率，计算标准额定风速。
作为优选，所述根据所述运行数据及所述标准功率系数曲线，确定风速系数校正函数，包括：根据以所述运行数据和所述标准额定风速得到的实际功率系数曲线，选取目标功率系数曲线；
根据所述标准功率系数曲线和所述目标功率系数曲线，确定所述风速系数校正函数；其中：所述目标功率系数曲线为：在功率系数曲线中性能表现最优的目标风电机组的功率系数曲线。
作为优选，所述根据以所述运行数据和所述标准额定风速得到的实际功率系数曲线，选取目标功率系数曲线，包括：根据所述风电机组的运行数据、所述标准额定风速和额定功率，计算所述风电机组运行时的风速系数和功率系数；
根据所述风电机组运行时的风速系数和功率系数，确定所述风电机组的所述实际功率系数曲线，其表示所述风电机组的风速系数与功率系数的实际对应关系；
根据预设置的优选指标，对所述风电机组的实际功率系数曲线进行优选，确定所述目标功率系数曲线。
作为优选，根据所述标准功率系数曲线和所述目标功率系数曲线，确定所述风速系数校正函数，包括：在同一坐标系下，将所述目标功率系数曲线与所述标准功率系数曲线拟合，确定所述风速系数校正函数。
作为优选，所述性能评估，包括：根据所述校正后的风速系数和所述标准功率系数曲线，确定待测风电机组的标准功率系数；
计算所述待测风电机组的实际功率系数；
根据所述标准功率系数和所述实际功率系数，对待测风电机组进行评估。
作为优选，本实施例风电机组性能评估方法还包括：在同一坐标系下，基于待测风电机组的风速系数、实际功率系数和标准功率系数，生成用于表征待测风电机组运行过程和性能的标准负荷曲线；该坐标系至少以时间轴为其中一坐标。
作为优选，所述根据所述标准功率系数和所述实际功率系数，对待测风电机组进行评估，包括：根据状态划分逻辑、所述标准功率系数和所述实际功率系数，对待测风电机组的运行状态进行划分。
作为优选，所述根据所述标准功率系数和所述实际功率系数，对待测风电机组进行评估，包括：统计所述待测风电机组在不同状态下的运行时间和功率输出情况；
以图表的形式输出所述待测风电机组的运行状态、运行时间和/或功率输出情况。
与现有技术相比，本申请的实施例的有益效果在于：
本实施例风电机组性能评估方法通过将标准额定风速替代现有技术中的额定风速、将校正后的风速系数替代现有技术中的风速系数，避免或减少制造商所提供的待测风电机组的额定风速与理论额定风速之间的差异，以及校正各风电机组制造商对风速仪实时测得的风速数据进行不同程度修正造成差异，提高待测风电机组性能评估的客观性、准确性及运算效率。
另外，本申请的实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，当所述计算机程序指令被执行时实现上述的方法。
与现有技术相比，本申请的实施例的有益效果在于：
本申请的实施例计算机可读存储介质，能够执行上述风电机组性能评估方法，以对待测风电机组进行性能评估，提高风电机组性能评估结果的客观性、准确性及运算效率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的风电机组性能评估方法示意性流程图；
图2为相关技术所提供的标准功率系数曲线示意图；
图3-1为基于制造商提供的功率曲线和额定风速，绘制出的功率系数曲线；
图3-2为基于制造商提供的功率曲线和本发明实施例提供的标准额定风速，绘制出的功率系数曲线；
图4为本发明实施例提供的功率系数曲线散点图；
图5为本发明实施例提供的标准负荷曲线示意图；
图6为本发明实施例提供的时间饼示意图；
图7为本发明实施例提供的能量棒示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
应理解的是，可以对此处公开的实施例做出各种修改。因此，上述说明书不应该视为限制，而仅是作为实施例的范例。本领域的技术人员将想到在本公开的范围和精神内的其他修改。
包含在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本公开的实施例，并且与上面给出的对本公开的大致描述以及下面给出的对实施例的详细描述一起用于解释本公开的原理。
通过下面参照附图对给定为非限制性实例的实施例的优选形式的描述，本申请的这些和其它特性将会变得显而易见。
还应当理解，尽管已经参照一些具体实例对本申请进行了描述，但本领域技术人员能够确定地实现本申请的很多其它等效形式，它们具有如权利要求的特征并因此都位于借此所限定的保护范围内。
当结合附图时，鉴于以下详细说明，本公开的上述和其他方面、特征和优势将变得更为显而易见。
此后参照附图描述本公开的具体实施例；然而，应当理解，所公开的实施例仅仅是本公开的实例，其可采用多种方式实施。熟知和/或重复的功能和结构并未详细描述以避免不必要或多余的细节使得本公开模糊不清。因此，本文所公开的具体的结构性和功能性细节并非意在限定，而是仅仅作为权利要求的基础和代表性基础用于教导本领域技术人员以实质上任意合适的详细结构多样地使用本公开。
本说明书可使用词组“在一种实施例中”、“在另一个实施例中”、“在又一实施例中”或“在其他实施例中”，其均可指代根据本公开的相同或不同实施例中的一个或多个。
首先，对应于授权公告号CN104895819B的中国专利文献(以下称“文献”)，将本文中涉及的术语定义如下，但不作为唯一的限定：
本文中的功率曲线数据，可参考文献中的风速-输出功率数据；
本文中涉及功率曲线的描述，可参考文献中的风速功率曲线；
本文中的标准功率系数曲线，可参考文献中的标准风速系数-功率系数曲线；
本文中的其他术语，可参考文献中的相对应的术语。
下面，结合附图详细的说明本申请实施例。图1为根据本发明的一个实施例的风电机组性能评估方法的示意性流程图。如图1所示，本申请的实施例提供的一种风电机组性能评估方法，包括：
S1，采集风电机组的功率曲线数据及运行数据。
其中，功率曲线数据是风电机组制造商提供的数据，其包括功率和风速以及两者之间的对应关系。运行数据是风电场的SCADA***所输出的数据。
S2，根据功率曲线数据计算标准额定风速，基于标准额定风速构建标准功率系数曲线(17799曲线，参见图2，示出了相关技术所提供的标准功率系数曲线示意图)。其中，标准额定风速为风电机组在到达额定功率时的理论最小风速。标准功率系数曲线表示风电机组的风速系数与功率系数的标准对应关系。
具体地，根据功率曲线数据，计算标准额定风速，包括：
根据功率曲线数据的变化状况及额定功率，计算标准额定风速。
例如，根据功率曲线数据，构建功率曲线。
计算功率曲线各点的斜率，根据功率曲线的斜率及额定功率，确定标准额定风速，具体计算公式如下：
Figure BDA0001817403010000061
其中，v标准_r表示标准额定风速，Pr表示额定功率，Pk表示功率曲线上拐点的功率，vk表示功率曲线上拐点的风速，k表示功率曲线上拐点的斜率。这里，拐点为功率曲线上凹凸性发生变化的点。
在实际应用过程中，制造商可以提供各风电机组所对应的功率曲线数据，具体如下表1所示。
Figure BDA0001817403010000062
Figure BDA0001817403010000071
表1
根据功率曲线，依次计算功率非0两点的斜率，直至出现拐点，即(10，1424)。确定拐点前两点，即(8，803)、(9，1138)，这两个点所构成的延长线与额定功率延长线的交点，即(X，1500)。将交点的横坐标X所对应的数值作为标准额定风速。或者，将拐点前的一点所对应的横坐标与交点所对应横坐标之间的某一点所对应横坐标作为标准额定风速，即将(9，1138)中的横坐标9和(X，1500)中的横坐标X之间的某一点作为标准额定风速，优选横坐标9与横坐标X之间的中间值作为标准额定风速。
S3，根据运行数据及标准功率系数曲线，确定风速系数校正函数，得到校正后的风速系数。
需要说明的是，在实际应用过程中，行业内没有确定风电机组的额定风速的统一的规定，风电机组制造商在确定额定风速时，大多存在制造商确定的风电机组的额定风速与风电机组的理论额定风速相差很大。基于制造商提供的功率曲线和额定风速，绘制出的功率系数曲线如图3-1所示，基于制造商提供的功率曲线和标准额定风速，绘制出的功率系数曲线如图3-2所示。通过图3-1和图3-2对比，可以明显地确定本实施例风电机组性能评估方法通过将标准额定风速替代制造商提供的额定风速的有益效果。
具体地，根据运行数据及标准功率系数曲线，确定风速系数校正函数，包括：
根据以运行数据和标准额定风速得到的实际功率系数曲线，选取目标功率系数曲线。
根据标准功率系数曲线和目标功率系数曲线，确定风速系数校正函数。其中：目标功率系数曲线为：在功率系数曲线中性能表现最优的目标风电机组的功率系数曲线。
作为优选，根据以运行数据和标准额定风速得到的实际功率系数曲线，选取目标功率系数曲线的过程如下：
根据风电机组的运行数据、标准额定风速和额定功率，计算风电机组运行时的风速系数和功率系数。
根据风电机组运行时的风速系数和功率系数，确定风电机组的实际功率系数曲线，其表示风电机组的风速系数与功率系数的实际对应关系。
根据预设置的优选指标，对风电机组的实际功率系数曲线进行筛选，确定目标功率系数曲线。
例如，运行数据包括功率数据(例如，有功功率实时数据)和风速数据(例如，风速实时数据)，根据功率数据和额定功率，计算风电机组运行时的功率系数，根据风速数据和标准额定风速，计算风电机组运行时的风速系数。构建风速系数—功率系数坐标系，得到实时系数散点图。筛选标准功率系数曲线一定范围内的点，以用于拟合实际功率系数曲线，具体可以是标准功率系数曲线正负5％、10％、15％或20％范围内的点，这里，推荐筛选标准功率系数曲线正负15％范围内的点。优选指标可以是发电量或标准能量可用率。
在此以发电量作为优选指标时，具体过程如下：
根据实际功率系数曲线，计算风电机组的发电量。例如，选取任意一段时间的风电场内风电机组的风速数据、功率数据，得出风电机组的实际功率系数曲线，利用设计或统计的风频曲线计算每台风电机组的发电量。
根据风电机组的发电量和第一筛选规则，从众多风电机组中确定目标风电机组。其中，第一筛选规则为根据风电机组的发电量确定目标风电机组的准确，具体可以根据用户的实际应用需求进行设置，如第一筛选规则为筛选最大发电量的风电机组，此时确定出的目标风电机组即为发电量最大的风电机组；又如第一筛选规则为筛选发电量排第二的风电机组，此时确定出的目标风电机组即为发电量排第二的风电机组。
将目标风电机组所对应的实际功率系数曲线作为目标功率系数曲线，以体现风电场内风电机组的预期运行状况。
这里，本实施例风电机组性能评估方法以每个风电机组的发电量为优选指标，以确定目标风电机组，筛选出能够表征风电场内风电机组的预期运行状况的目标功率系数曲线。
在此以标准能量可用率作为优选指标时，具体过程如下：
首次计算时，随机选择一台风电机组作为目标风电机组。确定风电机组的标准风速系数校正函数。根据风电机组的标准风速系数校正函数，校正相应风电机组的风速系数。根据风电机组的校正后的风速系数及标准功率系数曲线，计算风电机组的标准能量可用率。根据风电机组的标准能量可用率和第二筛选规则，从众多风电机组中确定初始目标风电机组。将初始目标风电机组所对应的实际功率系数曲线作为初始目标功率系数曲线。
其中，第二筛选规则为根据风电机组的标准能量可用率确定目标风电机组的准则，具体可以根据用户的实际应用需求进行设置，如第二筛选规则为筛选标准能量可用率最大的风电机组，此时确定出的初始目标风电机组即为标准能量可用率最大的风电机组。
重复上述拟合方法，确定初始风速系数校正函数。直至新的目标风电机组与上一步确定的目标风电机组为同一台为止，并将此台风电机组作为最终目标风电机组，最终确定风速系数校正函数。具体方法中，可以通过优选循环六次，以确定目标风电机组，筛选出能够表征风电场内风电机组的预期运行状况的目标功率系数曲线。
作为优选，根据标准功率系数曲线和目标功率系数曲线，确定风速系数校正函数的过程如下：
在同一坐标系下，将目标功率系数曲线与标准功率系数曲线拟合，确定风速系数校正函数。
例如，利用采集的目标风电机组的风速-功率实时数据和“17799曲线”，创建风速系数集合(v1,v′1),(v2,v′2),L,(vi,v′i),L,(vn,v′n),采用最小二乘法计算校正函数的参数。
标准风速系数校正函数为：v′＝k×v+b，其中，v表示校正前的风速系数，k表示斜率参数，b表示截距参数，v′表示校正后的风速系数，其可以通过解方程计算得到，具体方程为p＝0.17v′2-0.79v′+0.9，即“17799曲线”，其中，p表示功率系数。
斜率参数k和截距参数b的计算公式如下：
Figure BDA0001817403010000101
Figure BDA0001817403010000102
Figure BDA0001817403010000103
Figure BDA0001817403010000104
其中，i＝1,2,L,n，n表示风速系数集合中数组的个数，vi表示风速系数集合中第i个数组中校正前的风速系数，
Figure BDA0001817403010000105
表示校正前风速系数平均值，v′i表示风速系数集合中第i个数组中校正后的风速系数，
Figure BDA0001817403010000106
表示校正后风速系数平均值。
这里，结合图4，图4示出了校正前、校正后功率系数曲线散点图，本实施例风电机组性能评估方法根据校正后风速系数及校正前风速系数，确定风速系数校正函数，以提高风电机组性能评估方法的准确性。
S4，根据标准功率系数曲线和校正后的风速系数，实现对不同风电机组的性能测定，从而进行性能评估。
具体地，性能评估包括：
根据校正后的风速系数和标准功率系数曲线，确定待测风电机组的标准功率系数；
计算待测风电机组的实际功率系数；
此时，即可在同一坐标系下，基于待测风电机组的风速系数、实际功率系数以及标准功率系数，生成用于表征待测风电机组运行过程和性能的标准负荷曲线；该坐标系至少以时间轴为其中一坐标。图5示出了标准负荷曲线的表示形式。
根据标准功率系数和实际功率系数，对待测风电机组进行评估。基于标准功率系数和实际功率系数，对待测风电机组进行评估，有助于提高性能评估的准确性。
作为优选，根据标准功率系数和实际功率系数，对待测风电机组进行评估，包括：
根据状态划分逻辑、标准功率系数和实际功率系数，对待测风电机组的运行状态进行划分。运行状态是：数据中断、停机、待机、限负荷、正常、超铭牌。状态划分逻辑为：
第一，若出现不正常的数据或无数据的情况，则判断运行状态为数据中断；
第二，若标准功率系数大于零，且实际功率系数小于等于零，则判断运行状态为停机；
第三，若标准功率系数等于零，且实际功率系数小于等于零，则判断运行状态为待机；
第四，若实际功率系数小于等于标准功率系数的85％，则判断运行状态为限负荷；
第五，若实际功率系数大于标准功率系数的85％，则判断运行状态为正常；
第六，若实际功率系数大于标准功率系数的101％，则判断运行状态为超铭牌。
作为优选，根据标准功率系数和实际功率系数，对待测风电机组进行评估，包括：
统计待测风电机组在不同状态下的运行时间和功率输出情况；
以图表的形式输出待测风电机组的运行状态、运行时间和/或功率输出情况。
具体可以通过以下各种方式实施，统计各个运行状态的持续时间、能量损失率以及标准能量可用率，更直观地呈现风电机组的运行状态。其中：
1)以时间饼可视化仪表形式输出，计算基于时间的风电机组的评价指标；可以参阅图6为本发明实施例提供的时间饼示意图，其示出了时间饼的表示形式，实际的图示中，可以通过不同颜色的饼图，以及各饼图的面域比例表示不同状态，例如数据中断、待机、停机、限负荷、正常等状态的累积时间；
2)以能量棒可视化仪表形式输出，统计待测风电机组在不同状态下的功率输出情况，计算基于能量的风电机组的评价指标，可以参阅图7为本发明实施例提供的能量棒示意图，其示出了能量棒的表示形式，实际的图示中，可以通过不同颜色的条棒，以及(0-1.0)的比例值表示不同状态下的能量利用情况，如标准能量可用率、限负荷状态能量损失率、停机状态能量损失率、正常运行状态能量损失率等。
这里，本实施例风电机组性能评估方法通过将标准额定风速替代现有技术中的额定风速、将校正后的风速系数替代现有技术中的风速系数，避免或减少制造商所提供的待测风电机组的额定风速与理论额定风速之间的差异，以及校正各风电机组制造商对风速仪实时测得的风速数据进行不同程度修正造成差异，提高待测风电机组性能评估的客观性、准确性及运算效率。
另外，本申请的实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，当计算机程序指令被执行时实现上述方法。
本申请的实施例计算机可读存储介质，能够执行上述风电机组性能评估方法，以对待测风电机组进行性能评估，提高风电机组性能评估结果的客观性、准确性及运算效率。
以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种风电机组性能评估方法，包括：
S1，采集风电机组的功率曲线数据及运行数据；
S2，根据所述功率曲线数据计算标准额定风速，基于所述标准额定风速构建标准功率系数曲线；
S3，根据所述运行数据及所述标准功率系数曲线，确定风速系数校正函数，得到校正后的风速系数；其中，包括：
根据以所述运行数据和所述标准额定风速得到的实际功率系数曲线，选取目标功率系数曲线；其中：所述目标功率系数曲线为：在功率系数曲线中性能表现最优的目标风电机组的功率系数曲线；
在同一坐标系下，将所述目标功率系数曲线与所述标准功率系数曲线拟合，确定所述风速系数校正函数；
S4，根据所述标准功率系数曲线和所述校正后的风速系数，实现对不同风电机组的性能测定，从而进行性能评估。
2.根据权利要求1所述的方法，所述根据所述功率曲线数据，计算标准额定风速，包括：
根据所述功率曲线数据的变化状况及额定功率，计算标准额定风速。
3.根据权利要求1所述的方法，所述根据以所述运行数据和所述标准额定风速得到的实际功率系数曲线，选取目标功率系数曲线，包括：
根据所述风电机组的运行数据、所述标准额定风速和额定功率，计算所述风电机组运行时的风速系数和功率系数；
根据所述风电机组运行时的风速系数和功率系数，确定所述风电机组的所述实际功率系数曲线，其表示所述风电机组的风速系数与功率系数的实际对应关系；
根据预设置的优选指标，对所述风电机组的实际功率系数曲线进行优选，确定所述目标功率系数曲线。
4.根据权利要求1所述的方法，所述性能评估，包括：
根据所述校正后的风速系数和所述标准功率系数曲线，确定待测风电机组的标准功率系数；
计算所述待测风电机组的实际功率系数；
根据所述标准功率系数和所述实际功率系数，对待测风电机组进行评估。
5.根据权利要求4所述的方法，该方法还包括：
在同一坐标系下，基于待测风电机组的风速系数、实际功率系数和标准功率系数，生成用于表征待测风电机组运行过程和性能的标准负荷曲线；
该坐标系至少以时间轴为其中一坐标。
6.根据权利要求4所述的方法，所述根据所述标准功率系数和所述实际功率系数，对待测风电机组进行评估，包括：
根据状态划分逻辑、所述标准功率系数和所述实际功率系数，对待测风电机组的运行状态进行划分。
7.根据权利要求6所述的方法，所述根据所述标准功率系数和所述实际功率系数，对待测风电机组进行评估，包括：
统计所述待测风电机组在不同状态下的运行时间和功率输出情况；
以图表的形式输出所述待测风电机组的运行状态、运行时间和/或功率输出情况。
8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，当所述计算机程序指令被执行时实现如权利要求1～7中任一项所述的方法。
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