CN102214259B - 风电场设计专家系统 - Google Patents
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Abstract
提出了一种风电场设计专家系统，属于专家系统设计技术领域。所述系统包括：既有风电场工程测风塔数据模块；既有风电场工程气象站数据模块；新建工程原始输入数据模块，用于输入新建风电场工程原始数据；风资源分析模块，利用新建工程原始输入数据模块提供的原始数据，并参照既有风电场工程测风塔数据模块和既有风电场工程气象站数据模块提供的新建风电场附近的多个既有风电场的相关数据，生成风资源分析图表；风电机组数据模块，用于建立风电机组数据表；风电机组选型模块，根据风资源分析模块分析得到的风资源数据，采用风电机组数据模块提供的风电机组数据，推荐出最优风电机组机型和排布。本系统解决了无法合理准确地设计风电场的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种专家系统，尤其涉及一种风电场设计专家系统。
背景技术
风力发电作为理想的可再生能源和常规化石能源的替代能源，近年来，在全球得到迅速发展，中国风电装机容量从2005年开始，连续5年翻番增长。截止到2010年底，累计装机容量达到4200万千瓦，风电装机总容量跃居全球第一。
风电场设计将会对风电项目未来的运行产生深远的影响，风电场的设计从最初的宏观选址便开始了。目前只有功能单一的风资源数据处理软件、风电场优化和发电量计算软件，只能对单一特定原始数据进行分析处理，尚未有使用既有风电场原始技术参数和运行实际技术参数对新建工程借鉴的综合处理系统。现有的风电场设计系统，功能单一，只能完成单一的数据分析和发电量计算功能，不能结合新建工程周边可资借鉴的实际风电工程的基础数据和设计参数优化设计，无法将已建风电场中大量的基础数据和设计参数进行归纳、整理和再分析，无法指导新建风电场设计参数的选择，无法自动生成满足《风电场工程可行性研究报告编制办法》（发改能源[2005]899号）的风资源分析和发电量计算报告。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出了一种风电场设计专家系统，其依托了大量既有风电场工程的基础数据、设计参数及运行实际数据，能参考周边既有风电场的设计经验，优化确定出新建风电场的最优设计参数。
根据本发明提出的风电场设计专家系统包括：既有风电场工程测风塔数据模块，用于建立既有风电场工程的测风塔数据表；既有风电场工程气象站数据模块，用于建立既有风电工程的气象站数据表；新建工程原始输入数据模块，用于输入新建风电场工程原始数据；风资源分析模块，利用新建工程原始输入数据模块提供的原始数据，并参照既有风电场工程测风塔数据模块和既有风电场工程气象站数据模块提供的新建风电场附近的多个既有风电场的相关数据，生成风资源分析图表；风电机组数据模块，用于建立风电机组数据表；风电机组选型模块，根据风资源分析模块分析得到的风资源数据，采用风电机组数据模块提供的风电机组数据，推荐出最优风电机组机型和排布。
根据本发明提出的风电场设计专家系统的一个方面，该系统进一步包括：风资源报告生成模块，自动将固定的公式、图表和文字填入风资源报告的相应章节，输出满足要求的风资源报告；发电量计算模块，根据风电机组选型模块的选型结果，自动将固定的公式、图表和文字填入相应的章节，生成满足要求的风电场发电量分析报告。
根据本发明提出的风电场设计专家系统的一个方面，该系统进一步包括：既有风电场工程后评估分析模块，将每个工程的评审意见进行归纳整理再提高，将实际已投运工程的发电量数据进行归纳，与可行性研究阶段设计参数进行对比，进一步优化参数选择，改进风资源分析模块和风电机组选型模块。
根据本发明提出的风电场设计专家系统的一个方面，所述测风塔数据表，包括测风塔基本信息、测风塔逐时原始数据以及测风塔历史数据分析数据，其中测风塔基本信息包括经纬度坐标、海拔高度、测风各高度、风向高度；测风塔逐时原始数据包括日期、风速、风向、气压、温度；测风塔历史数据分析数据包括有效数据完整率、各高度风速日变化和年变化、各高度年平均风速与Weibull分布A值和K值、空气密度、风切变指数、湍流强度、50年一遇最大风速。
根据本发明提出的风电场设计专家系统的一个方面，所述气象站数据表，包括气象站基本信息、气象站逐时原始数据以及气象站历史数据分析结果，其中，所述气象站基本信息包括经纬度坐标、测风高度、海拔高度、迁站信息、测风高度变化信息、仪器变化信息、人工转自动信息、气象站周围图片；所述气象站逐时原始数据包括日期、风速、风向、气压、温度；所述气象站历史数据分析结果包括建站以来风速变化长系列、代表年长系列的选择及其年平均风速多年风向频率、多年气压、气温、湿度、极端最高温度、极端最低温度、降水量、蒸发量、最大积雪深度、沙暴日数、雷暴日数、冰雹日数、空气密度、50年一遇最大风速。
根据本发明提出的风电场设计专家系统的一个方面，所述原始数据包括新建风电场内测风塔数据和附近气象站数据。
根据本发明提出的风电场设计专家系统的一个方面，风资源分析模块实现如下功能：A、对测风数据进行检验和修正，根据修正结果进行统计分析，生成风资源分析图表；B、计算湍流、空气密度、风切变指数、最大风速、气象站与测风塔同期逐时数据的相关分析、代表年轮毂高度处风速和风向、风速日变化、年变化和风速Weibull分布、风向玫瑰图。
根据本发明提出的风电场设计专家系统的一个方面，所述风电机组数据表包括不同容量各种型号的风电机组功率曲线和推力曲线数据。
根据本发明提出的风电场设计专家系统的一个方面，风电机组选型模块通过风资源分析模块分析得到的代表年轮毂高度处风速和风向，实现如下功能：A．在不考虑风电机组排布的基础上，采用风电机组数据模块提供的的多组风电机组功率曲线，进行理论发电量计算；B．通过理论发电量大小和风电机组相关投资，计算出度电成本，推荐最佳的5个或多个机型；C．通过专业软件计算所推荐的5个或多个机型的风电机组排布形式和净发电量计算结果，进行自动的技术经济比选，推荐出最优机型；D．通过专业软件计算所推荐的最优机型在不同轮毂高度下的发电量，进行不同轮毂高度的技术经济比选，推荐出最优轮毂高度；E．通过专业软件计算所推荐的最优机型在不同排列形式下的发电量，进行不同排列方式的技术经济比选，推荐出最优排布方式；F．参考新建风电场附近多个既有风电工程的各项折减系数，给出最优的各项电量折减系数，并计算最终的风电场年上网电量。
根据本发明提出的风电场设计专家系统的一个方面，风资源报告生成模块和发电量计算模块提供允许人工输入与修改的接口，使得可以人工生成和修改报告。
根据本发明提出的风电场设计专家系统的一个方面，所述既有风电场工程后评估分析模块实现以下功能：A．设计审查意见的上传与归档管理；B．风电场工程正式并网发电后的实际运行数据的上传，与设计参数的对比分析；C．根据A和B反馈的结果，进一步优化参数选择，以改进风资源分析模块和风电机组选型模块。
本发明重点放在风能资源分析和风电机组选型、布置及风电场发电量估算上，可以集成风电场设计相关的风能专业模块、总图专业模块、电气专业模块、财务分析模块等内容。将已经建成投产的近百个工程的测风塔、气象站资料进行整理、归纳、再分析，形成基础数据库；在设计每个新建工程时作为客户端向服务器传输资料，系统可自动与新建工程周边最近多个现有风电场的技术资料进行类比排列，从而确定新建工程最优设计参数，然后由专家系统自动生成新建工程风资源分析报告，避免人工统计的差错和人为因素的影响，提高报告中技术数据的准确性和针对性，同时也可极大地提高生产效率。
附图说明
图1示出了本发明所提出的风电场设计专家系统的模块图。
具体实施方式
图1示出了风电场设计专家系统的模块图。如图1所示，本发明提出的专家系统包括既有风电场工程测风塔数据模块1、既有风电场工程气象站数据模块2、新建工程原始输入数据模块3、风资源分析模块4、风资源报告生成模块5、风电机组数据模块6、风电机组选型模块7、发电量计算模块8和既有风电场工程后评估分析模块9。下面，对上述各个模块进行详细描述。
既有风电场工程测风塔数据模块1：将已完成设计的既有工程的测风资料进行上传，经二级审核后确认资料的真实性和准确性，形成基础数据库之一。具体地，建立既有风电场工程的测风塔数据表，主要包括（a）测风塔基本信息：经纬度坐标、海拔高度、测风各高度、风向高度；（b）测风塔逐时原始数据：日期、风速、风向、气压、温度等；(c) 测风塔历史数据分析：有效数据完整率、各高度风速日变化和年变化、各高度年平均风速与weibull分布A值和K值、空气密度、风切变指数、湍流强度、50年一遇最大风速。
既有风电场工程气象站数据模块2：将已完成设计的既有工程的气象站资料进行上传，经二级审核后确认资料的适时性和准确性，形成基础数据库之一。具体地，建立既有风电工程的气象站数据表，主要包括（a）气象站基本信息：经纬度坐标、测风高度、海拔高度、迁站信息、测风高度变化信息、仪器变化信息、人工转自动信息、气象站周围图片；（b）气象站逐时原始数据：日期、风速、风向、气压、温度等；(c) 气象站历史数据分析：建站以来风速变化长系列；代表年长系列的选择及其年平均风速；多年风向频率；多年气压（hPa）、气温(℃)、湿度（%）、极端最高温度（℃）、极端最低温度（℃）、降水量（mm）、蒸发量（mm）、最大积雪深度（cm）、沙暴日数（日）、雷暴日数（日）、冰雹日数（日）；空气密度；50年一遇最大风速。
新建工程原始输入数据模块3：包括测风塔数据和气象站数据。具体地，输入新建风电场工程原始数据，原始数据包括新建风电场内测风塔数据和附近气象站数据；以上数据可以导入，也可以通过键盘鼠标输入。
风资源分析模块4：以《风电场风能资源评估方法》GB18710-2002和《风电场工程可行性研究报告编制办法》（发改能源[2005]899号）为编制依据，包括对测风数据进行检验和修正，根据修正结果进行统计分析，生成风资源分析图表。按照我国国标和国际标准计算湍流、空气密度、风切变指数、最大风速、气象站与测风塔同期逐时数据的相关分析、风速日变化、年变化和风速Weibull分布、风向玫瑰图等内容。具体地，利用新建工程原始输入数据模块3提供的原始数据，并参照既有风电场工程测风塔数据模块1和既有风电场工程气象站数据模块2提供的新建风电场附近的多个既有风电场设计参数，实现如下功能：A、对测风数据进行检验和修正，根据修正结果进行统计分析，生成风资源分析图表；B、计算湍流、空气密度、风切变指数、最大风速、气象站与测风塔同期逐时数据的相关分析、代表年轮毂高度处风速和风向、风速日变化、年变化和风速Weibull分布、风向玫瑰图等。
风资源报告生成模块5：按报告章节模板填空，系统自动将固定的公式、图表和文字填入相应的章节，最后输出满足《风电场工程可行性研究报告编制办法》(发改能源[2005]899号)中第七条 “风能资源”要求的风资源报告。
风电机组数据模块6：上传不同厂家、各种型号的风电机组功率曲线和推力曲线，形成基础数据库。具体地，建立风电机组数据表，主要包括不同容量各种型号的风电机组功率曲线和推力曲线数据库。
风电机组选型模块7：由风资源分析模块4分析得到的风资源数据，在不考虑风电机组排布的基础上进行理论发电量计算，系统可自动优选推荐最优的发电机组型号。具体地，通过风资源分析模块4分析得到的代表年轮毂高度处风速和风向，实现如下功能：A．在不考虑风电机组排布的基础上，采用风电机组数据模块6提供的的多组风电机组功率曲线，进行理论发电量计算；B．通过理论发电量大小和风电机组相关投资，计算出度电成本，推荐最佳的5个（或多个）机型；C．通过专业软件（如WAsP、WindFarmer、WT等风资源分析软件）计算B中推荐的5个（或多个）机型的风电机组排布形式和净发电量计算结果，进行自动的技术经济比选，推荐出最优机型；D．通过专业软件（如WAsP、WindFarmer、WT等风资源分析软件）计算C中推荐的最优机型在不同轮毂高度下的发电量，进行不同轮毂高度的技术经济比选，得到最优轮毂高度；E．通过专业软件（如WAsP、WindFarmer、WT等风资源分析软件）计算C中推荐的最优机型在不同排列形式下的发电量，进行不同排列方式的技术经济比选，得到最优排布方式；F．参考新建风电场附近多个既有风电工程的各项折减系数，给出最优的各项电量折减系数，并计算最终的风电场年上网电量。
发电量计算模块8：根据风电机组选型模块7的分析，自动生成风电场发电量分析报告。具体地，按报告章节模板填空，自动将固定的公式、图表和文字填入相应的章节，参考周围多个风电场的设计参数，并允许人工输入与修改，最后形成满足《风电场工程可行性研究报告编制办法》(发改能源[2005]899号)中第十条“风电机组选型、布置及风电场发电量估算”要求的发电量计算报告。
既有风电场工程后评估分析模块9：将每个工程的评审意见进行归纳整理再提高；将实际已投运工程的发电量等数据进行归纳，与可行性研究阶段设计参数进行对比，进一步优化参数选择，改进风资源分析模块和风电机组选型模块，形成一个闭环，不断优化参数。具体地，其实现以下功能：A．设计审查意见的上传与归档管理；B．风电场工程正式并网发电后的实际运行数据的上传，与设计参数的对比分析；C．根据A和B反馈的结果，系统进一步优化设计参数，不断提高风电场设计水平。
本发明提出的风电场设计专家系统，集成了大量实际风电场设计的基础数据和设计参数，能借鉴新建工程周边既有风电场的设计经验，优化确定新建风电场的最优设计参数。而且，在输入新建工程原始技术数据后，系统能自动进行风资源分析处理和风电机组优化选型，可最终输出符合《风电场工程可行性研究报告编制办法》（发改能源[2005]899号）的“风资源和发电量计算”报告，其提高了风电场设计的科学性和准确性，并较大地节省了风电场工程设计的时间，加快了工程建设的速度。本发明充分利用已设计完成的上百个风电项目的基础数据和设计参数，构成基础数据库，每个新建风电场的设计都能由系统自动参考周边最近的多个风电场的设计参数进行类比。随着风电场设计项目的不断增多，基础数据库也将不断扩大，同时风电场后评估模块中已经并网发电工程的实际运行参数也在不断增多，种种因素会使得由本发明优化出的设计参数更加合理和准确。
本发明所提出的上述实施方式仅为示例性的，并不作为对本发明报复范围的限制，上述各个模块所实现的具体功能可通过现有的计算机领域的常用技术以及风电场领域的常用技术实现，这里不再赘述，本领域技术人员可使用这些技术对本发明做出修改，以适应各种具体的实际情况，这些修改也落入本发明的保护范围内。
Claims (1)
1.风电场设计专家系统，其特征在于，该系统包括：
既有风电场工程测风塔数据模块，用于建立既有风电场工程的测风塔数据表；
既有风电场工程气象站数据模块，用于建立既有风电场工程的气象站数据表；
新建工程原始输入数据模块，用于输入新建风电场工程原始数据，所述原始数据包括新建风电场内测风塔数据和附近气象站数据；
风资源分析模块，利用新建工程原始输入数据模块提供的原始数据，并参照既有风电场工程测风塔数据模块和既有风电场工程气象站数据模块提供的新建风电场附近的多个既有风电场的相关数据，生成风资源分析图表；
风电机组数据模块，用于建立风电机组数据表；
风电机组选型模块，根据风资源分析模块分析得到的风资源数据，采用风电机组数据模块提供的风电机组数据，推荐出最优风电机组机型和排布。
2. 根据权利要求1的风电场设计专家系统，其特征在于，该系统进一步包括：
风资源报告生成模块，自动将固定的公式、图表和文字填入风资源报告的相应章节，输出满足要求的风资源报告；
发电量计算模块，根据风电机组选型模块的选型结果，自动将固定的公式、图表和文字填入相应的章节，生成满足要求的风电场发电量分析报告。
3. 根据权利要求1的风电场设计专家系统，其特征在于，该系统进一步包括：
既有风电场工程后评估分析模块，将每个工程的评审意见进行归纳整理再提高，将实际已投运工程的发电量数据进行归纳，与可行性研究阶段设计参数进行对比，进一步优化参数选择，改进风资源分析模块和风电机组选型模块。
4. 根据权利要求1-3任一所述的系统，其特征在于，其中：
所述测风塔数据表，包括测风塔基本信息、测风塔逐时原始数据以及测风塔历史数据分析数据，其中测风塔基本信息包括经纬度坐标、海拔高度、测风各高度、风向高度；测风塔逐时原始数据包括日期、风速、风向、气压、温度；测风塔历史数据分析数据包括有效数据完整率、各高度风速日变化和年变化、各高度年平均风速与Weibull分布A值和K值、空气密度、风切变指数、湍流强度、50年一遇最大风速。
5. 根据权利要求1-3任一所述的系统，其特征在于，其中：
所述气象站数据表，包括气象站基本信息、气象站逐时原始数据以及气象站历史数据分析结果，其中，所述气象站基本信息包括经纬度坐标、测风高度、海拔高度、迁站信息、测风高度变化信息、仪器变化信息、人工转自动信息、气象站周围图片；所述气象站逐时原始数据包括日期、风速、风向、气压、温度；所述气象站历史数据分析结果包括建站以来风速变化长系列、代表年长系列的选择及其年平均风速多年风向频率、多年气压、气温、湿度、极端最高温度、极端最低温度、降水量、蒸发量、最大积雪深度、沙暴日数、雷暴日数、冰雹日数、空气密度、50年一遇最大风速。
6. 根据权利要求1-3任一所述的系统，其特征在于，其中：
风资源分析模块实现如下功能：A、对测风数据进行检验和修正，根据修正结果进行统计分析，生成风资源分析图表；B、计算湍流、空气密度、风切变指数、最大风速、气象站与测风塔同期逐时数据的相关分析、代表年轮毂高度处风速和风向、风速日变化、年变化和风速Weibull分布、风向玫瑰图。
7. 根据权利要求1-3任一所述的系统，其特征在于，其中：
所述风电机组数据表包括不同容量各种型号的风电机组功率曲线和推力曲线数据。
8. 根据权利要求1-3任一所述的系统，其特征在于，其中：
风电机组选型模块通过风资源分析模块分析得到的代表年轮毂高度处风速和风向，实现如下功能：A．在不考虑风电机组排布的基础上，采用风电机组数据模块提供的多组风电机组功率曲线，进行理论发电量计算；B．通过理论发电量大小和风电机组相关投资，计算出度电成本，推荐最佳的5个或多个机型；C．通过专业软件计算所推荐的5个或多个机型的风电机组排布形式和净发电量计算结果，进行自动的技术经济比选，推荐出最优机型；D．通过专业软件计算所推荐的最优机型在不同轮毂高度下的发电量，进行不同轮毂高度的技术经济比选，推荐出最优轮毂高度；E．通过专业软件计算所推荐的最优机型在不同排列形式下的发电量，进行不同排列方式的技术经济比选，推荐出最优排布方式；F．参考新建风电场附近多个既有风电工程的各项折减系数，给出最优的各项电量折减系数，并计算最终的风电场年上网电量。
9. 根据权利要求2所述的系统，其特征在于，其中：
风资源报告生成模块和发电量计算模块提供允许人工输入与修改的接口，使得可以人工生成和修改报告。
10. 根据权利要求3所述的系统，其特征在于，其中：
所述既有风电场工程后评估分析模块实现以下功能：A．设计审查意见的上传与归档管理；B．风电场工程正式并网发电后的实际运行数据的上传，与设计参数的对比分析；C．根据A和B反馈的结果，进一步优化参数选择，以改进风资源分析模块和风电机组选型模块。
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