CN102588210A - 一种用于功率曲线拟合数据预处理的滤波方法 - Google Patents

一种用于功率曲线拟合数据预处理的滤波方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于功率曲线拟合数据预处理的滤波方法，包括：A.获取用于拟合功率曲线的风速以及与其对应的功率数据；B.将所述风速数据进行分段；C.确定每一风速段内的滤波上限和滤波下限；D.根据所述滤波上限和滤波下限，对所述数据进行滤波。通过利用实际测得的历史数据来拟合功率曲率，并通过设置滤波上限和滤波下限来对历史数据中的异常数据进行剔除，从而使利用拟合的历史数据得到的功率曲线更能反映实际机组性能、并准确地预测评估机组的发电能力。

Description

一种用于功率曲线拟合数据预处理的滤波方法
技术领域
本发明涉及风电场功率预测领域，特别涉及一种用于功率曲线拟合数据预处理的滤波方法。
背景技术
功率曲线是描述风力发电机组输出功率和风速的函数关系的曲线，它是风力发电机组的设计依据，用于考核机组性能、预测评估机组的发电能力。
机组制造商在向用户提供设备时，提供了机组的标准功率曲线，但该曲线是在实验条件下获得的，实际投运后机组的运行特与标准曲线多少有所差别，因此在风电场功率预测领域中，通常利用历史的风机出力数据(风机发出的有功功率，以下简称风机功率)及其对应时刻的实测风速，来建立实际功率曲线对未来的风机功率进行预测，在所搜集的风机功率数据中，往往含有大量的不符合正常风机出力特型的异常运行点，例如在较大的实测风速下，风机功率却较小甚至为0，其原因是多方面的，如风机组停机维护，风机组运行异常，风速传感器失灵等等，这些数据都需要从拟合数据中滤除。
以额定功率为1500kW的风机为例，目前较为通用的滤波方法是将实测风速的速度限定在0-25m/s以内，风机功率限制在0-1.2倍的额定功率之间，再将实测风速大于5m/s，但对应功率小于50kW的运行点剔除。这种方法只能去除因机组停机维护等原因造成的部分异常点。
另一种方法是利用标准功率曲线进行滤波，如图1所示，将标准功率曲线分别加减阈值500kW，获得滤波的上限和下限，把高于上限或低于下限的数据滤除。但是该方法对位于图中上下限以外较为贴近标准功率曲线的异常数据就无能为力了，并且对于不同额定功率的机组，滤波阈值也要调整，单一阈值无法适应不同的滤波需求。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种用于功率曲线拟合数据预处理的滤波方法，包括：A.获取用于拟合功率曲线的风速以及与其对应的功率数据；B.将所述风速数据进行分段；C.确定每一风速段内的滤波上限和滤波下限；D.根据所述滤波上限和滤波下限，对预测数据进行滤波。
通过利用实际测得的历史数据来拟合功率曲率，并通过设置滤波上限和滤波下限来对历史数据中的异常数据进行剔除，从而使利用拟合的历史数据得到的功率曲线更能反映实际机组性能、并准确地预测评估机组的发电能力。
其中，步骤C包括：将每一风速段内的功率值从小到大排序；将每一风速段内的功率值排在99％的值作为滤波上限，将每一风速段内的功率值排在1％的值作为滤波上限。
通过选取较大范围的滤波上下限对历史实际测得数据滤波时，避免将正常测得的数据剔除，使功率曲线更能反映实际机组性能、并准确地预测评估机组的发电能力。
其中，步骤B之后还包括：E.确定每一风速段内的功率代表值。
通过确定每一风速段内的功率代表值，从而使拟合的历史数据得到的功率曲线更能反映实际机组性能、并准确地预测评估机组的发电能力。
其中，步骤E包括：将每一风速段内的功率值进行排序；选取排在中间的功率值作为该风速段的功率代表值。
更能准确地反映实际机组性能、并准确地预测评估机组的发电能力。
其中，步骤C之后还包括：F.对所述滤波上限和滤波下限进行修正。
通过对滤波上限和滤波下限的修正，从而使拟合的历史数据得到的功率曲线更能反映实际机组性能、并准确地预测评估机组的发电能力。
其中，步骤F中对所述滤波上限进行修正，包括：对每一风速段内的滤波上限进行判断：如果该风速段内的滤波上限小于其前面风速段内的滤波上限时，则将风速段内的滤波上限增加该修正值；直到该风速段内的滤波上限大于其前面风速段内的滤波上限。
通过对滤波上限和滤波下限的修正，从而使拟合的历史数据得到的功率曲线更能反映实际机组性能、并准确地预测评估机组的发电能力。
其中，步骤F中对所述滤波下限进行修正，包括：对每一风速段内的滤波下限进行判断：如果该风速段内的滤波下限小于其前面风速段内的滤波下限时，则将风速段内的滤波下限增加该修正值；直到该风速段内的滤波下限大于其前面风速段内的滤波上限。
通过对滤波上限和滤波下限的修正，从而使拟合的历史数据得到的功率曲线更能反映实际机组性能、并准确地预测评估机组的发电能力。
其中，步骤D包括：将每一风速段内的功率值大于滤波上限和小于滤波下限的风速及其对应的功率数据剔除。
剔除了测得数据中机组异常运行的数据点，从而使拟合的历史数据得到的功率曲线更能反映实际机组性能、并准确地预测评估机组的发电能力。
附图说明
图1为现有技术中利用固定滤波上下限对标准功率曲线的效果示意图；
图2为利用本发明的方法对功率曲线进行滤波的方法流程示意图；
图3为利用本发明的方法对功率曲线进行滤波的效果示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明实施例进行详细描述。参见图2，本发明实施例提供了一种用于功率曲线拟合数据预处理的滤波方法，该方法包括以下步骤：
S200：获取用于拟合的实测风速和实测功率数据；
在风电场中控系统数据库中存储着由风电机组测风仪测得的风速，以及在该风速下对应的发电有功功率，该风速和该风速下对应的发电有功功率在风速和功率坐标系中形成许多数据点，利用这些数据点的数据可以拟合出风电机组的实际功率曲线，功率曲线的横坐标为风速，纵坐标为功率。然而在这些实测数据中往往含有大量的异常运行数据点，这些异常运行数据点也称异常点，其原因是多方面的，如风机组停机维护，风机组运行异常，风速传感器失灵等等，这些异常点会严重的影响功率曲线拟合效果，因此必须从拟合数据中滤除。
S210：将实测数据按照风速分段；首先确定风速段长度，例如，分段长度为0.5m/s(米/秒)时，将图3中的横坐标风速分为[0-0.5]，[0.5-1]，…，[16.5-17m/s]段。
所选取的风电机组某一时段内的实测风速和功率在坐标平面内形成的点分别落在不同的风速段内。
S220：将每一段数据点的功率值进行排序，例如，从小到大，选取排在中间的功率值，即功率中位数作为该风速段的功率代表值，选取排在后面的某一功率值作为滤波上限，排在前面的某一功率值作为滤波下限。
假设所选取的实测数据，即，风速和对应该风速的功率，落在第一风速段(0.5-1)m/s内的点为200个，将这200个数据点的功率值从小到大排序，选取中位数作为第一风速段的功率代表值，选取较大的功率值作为滤波上限，例如，选取位于99％(最大为100％，最小为1％)处的功率值作为滤波上限，位于1％(最大为100％，最小为1％)处的功率值作为滤波下限。对于每一段都做上述操作，确定每一风速段内的中位数、滤波上限以及滤波下限。
S230：对每一风速段内滤波的上限和下限进行修正；
对每一风速段内的滤波下限进行修正，即将第二风速段内的滤波下限与第一风速段内的滤波下限相比较，如果第二风速段内的滤波下限小于第一风速段内的滤波下限，将第二风速段内的滤波下限加上某一修正值a进行修正，该修正值a的范围可为大于等于0小于等于1％，该修正值可根据经验值确定，例如，修正值a＝0.5％，如果第二风速段内修正后的滤波下限仍然小于第一风速段内的滤波下限，则将第二风速段内的滤波下限加上该修正值a进行修正，直至第二风速段内的滤波下限大于第一风速段内的滤波下限。对第三风速段内的滤波下限进行修正，第三风速段的滤波下限与第二风速段的滤波下限进行比较，与上述修正过程相似，直至第三风速段内的滤波下限大于第二风速段内的滤波下限，对第四风速段，……，直至最后一个风速段的滤波上限进行修正。
在本实施中，是以对每一风速段内的滤波上限进行修正为示例，其滤波下限的修正和滤波上限的修正相类似。
利用修正后的滤波上限和滤波下限，对所获取的实测风速和实测功率数据进行滤波。
S240：将每一风速段内所预测的功率值低于滤波下限和高于滤波上限的数据点剔除，以完成滤波。
参见图3，利用本发明的滤波方法使得用于拟合的实测数据基本围绕功率曲线，可见该方法的滤波效果优于图1所示的使用标准功率曲线的滤波法。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，根据本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于功率曲线拟合数据预处理的滤波方法，其特征在于，包括：
A.获取用于拟合功率曲线的风速以及与其对应的功率数据；
B.将所述风速数据进行分段；
C.确定每一风速段内的滤波上限和滤波下限；
D.根据所述滤波上限和滤波下限，对预测数据进行滤波。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤C包括：
将每一风速段内的功率值从小到大排序；
将每一风速段内的功率值排在99％的值作为滤波上限，将每一风速段内的功率值排在1％的值作为滤波下限。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤B之后还包括：
E.确定每一风速段内的功率代表值。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤E包括：
将每一风速段内的功率值进行排序；
选取排在中间的功率值作为该风速段的功率代表值。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤C和D之间还包括：
F.对所述滤波上限和滤波下限进行修正。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤F中对所述滤波上限进行修正，包括：
对每一风速段内的滤波上限进行判断：
如果该风速段内的滤波上限小于其前面风速段内的滤波上限时，则将风速段内的滤波上限增加该修正值；
直到该风速段内的滤波上限大于其前面风速段内的滤波上限。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤F中对所述滤波下限进行修正，包括：
对每一风速段内的滤波下限进行判断：
如果该风速段内的滤波下限小于其前面风速段内的滤波下限时，则将风速段内的滤波下限增加该修正值；
直到该风速段内的滤波下限大于其前面风速段内的滤波上限。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤D包括：
将每一风速段内的功率值大于滤波上限和小于滤波下限的风速及其对应的功率数据剔除。
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