CN103912448A - 一种区域风电场机组功率特性监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种区域风电场机组功率特性监测方法，利用区域风电场中现有实测数据，提出区域风电场群机组功率特性横向监测方法，实时自动监测风电机组的功率特性，对于性能降低某一幅度的机组，能够进行实时报警，提醒运检人员采取措施，及时恢复风电机组的性能，保证风电机组处于健康状态，从而提高风电场的发电量。

Description

一种区域风电场机组功率特性监测方法

技术领域

本发明涉及一种区域风电场机组功率特性监测方法。

背景技术

在当今能源和环境问题日益受到关注的情况下，风能作为一种洁净的可再生能源在许多国家得到了迅速发展。我国也把发展风能作为本国能源战略的一个重点，随着国内风电开发规模的不断增长，风电企业装机容量也随之增长，装机台数也在增多，但随着风电机组运行年限的延长，机组运行性能也随之衰退，加上其它诸多不确定因素，均有可能导致风电机组运行性能下降，风电运营企业如何及时监测到这些运行性能下降的机组，分析性能下降原因，及时采取整改措施，恢复机组的运行性能，提高风电场的发电量，是一项值得研究的重要课题。

目前，在国内还没有专门针对风电机组性能进行监测的系统。现有风电机组大多是依靠人工方法实时监测风电机组的运行性能，而风电场机组台数少则几十台，多则几百台，特别是一个区域性企业所监控的风电机组多达上千台，仅仅依靠人工方法，这不仅难于实现，而且成本巨大。近几年也有不少学者提出通过在机组上增加传感器测点来监测风电机组的运行性能，但是实际应用中确存在着监测点定位不准确、加装传感器增大投资成本、可靠性和实用性低等缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种针对区域风电场，能够有效检测并判断出异常风电机组的区域风电场机组功率特性监测方法。

本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种区域风电场机组功率特性监测方法，针对区域风电场中同区域、同型号风电机组的功率特性进行横向对比监测，包括如下步骤：

步骤01.统计获取当前时间段范围内区域风电场中指定区域内的实测风速记录、该区域内各台同型号风电机组的实测风电功率记录、以及彼此之间的对应关系；

步骤02.针对该区域内的实测风速记录和各台同型号风电机组的实测风电功率记录，进行数据分析筛选，获取指定各台同型号风电机组当前时间段范围内的风速风电功率数据记录，格式为：机组编号、风速、风电功率；

步骤03.针对当前时间段范围内的实测风速记录按照风速进行区间划分，获取各个风速区间，并将指定各台同型号风电机组当前时间段范围内的风速风电功率数据记录按照风速区间进行分类，并按机组编号进行各台同型号风电机组归类；

步骤04.根据上述步骤的分类、归类结果，分别针对上述步骤中的各台同型号风电机组，获取其对应当前时间段范围内各个风速区间的数据记录条数；并分别获取对应各个风速区间内的同型号风电机组平均风电功率；进而分别获取对应各个风速区间内各台同型号风电机组对应其所在风速区间内同型号风电机组平均功率的相对误差；

步骤05.根据对应各个风速区间内各台同型号风电机组对应其所在风速区间内同型号风电机组平均功率的相对误差、以及预设误差范围，判断并获得指定各台同型号风电机组当前时间段范围内的风速风电功率数据记录中，倾向异常的风电机组及其对应倾向异常的风速区间的记录；

步骤06.分别针对上一步骤中获得的各台倾向异常的风电机组，对其对应的倾向异常的风速区间内发生异常的记录条数进行累加，并与预设风速区间异常次数阀值进行比较，判断并获得初级异常的风电机组及其对应的初级异常的风速区间；

步骤07.分别针对上一步骤获得的各台初级异常的风电机组，对其对应的初级异常的风速区间的个数进行累加，并与该区域内划分的风速区间的总个数进行比较，判断并获得中级异常的风电机组。

作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤07之后还包括如下步骤：

步骤08.分别针对所述步骤07中获得的各台中级异常的风电机组，统计获取该台中级异常的风电机组的历史风速记录及对应该台中级异常的风电机组的历史风电功率记录；实时测量当前指定时间范围内各指定时刻该台中级异常的风电机组的当前风速和对应的当前风电功率；

步骤09.针对该台中级异常的风电机组的历史风速记录和对应的历史风电功率记录，根据预设数据选取要求，获取该台中级异常的风电机组的指定历史风速风电功率关系参照数据，并根据当前指定时间范围内环境因素与上述历史风速记录对应的环境因素进行修正，格式为：机组编号、风速、风电功率；

步骤10.将该台中级异常的风电机组的指定历史风速风电功率关系参照数据中的各条记录按照风速，参照风速区间进行分类；

步骤11.获取该台中级异常的风电机组对应各个风速区间的数据记录条数，并获取该台中级异常的风电机组对应各个风速区间的平均风电功率；进而获取该台中级异常的风电机组对应各个风速区间的平均风电功率相对误差；

步骤12.根据该台中级异常的风电机组对应各个风速区间的平均风电功率和平均风电功率相对误差，判断并获得当前指定时间范围内各指定时刻该台中级异常的风电机组的当前风速和对应的当前风电功率的各条记录中，该台中级异常的风电机组对应倾向异常的风速区间的记录；

步骤13.针对该台中级异常的风电机组对应的倾向异常的风速区间内发生异常的记录条数进行累加，并与预设风速区间异常次数阀值进行比较，判断并获得该台中级异常的风电机组对应的初级异常的风速区间；

步骤14.针对该台中级异常的风电机组对应的初级异常的风速区间的个数进行累加，并与该区域内划分的风速区间的总个数进行比较，判断并获得终级异常的风电机组。

作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤03中，根据风速区间法针对统计数据按照风速进行区间划分，获取各个风速区间。

本发明所述一种区域风电场机组功率特性监测方法采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

(1)本发明设计的区域风电场机组功率特性监测方法，利用区域风电场中现有实测数据，提出区域风电场群机组功率特性横向监测方法，实时自动监测风电机组的功率特性，对于性能降低某一幅度的机组，能够进行实时报警，提醒运检人员采取措施，及时恢复风电机组的性能，保证风电机组处于健康状态，从而提高风电场的发电量；

(2)本发明设计的区域风电场机组功率特性监测方法，在针对区域风电场群机组功率特性进行横向监测方法的基础之上，进一步引入了纵向监测方法，针对异常风电机组实现了进一步的精准监测，保证了最终监测结果准确性，使得针对区域风电场机的监测更加可靠；

(3)本发明设计的区域风电场机组功率特性监测方法，具有算法简单，适用性强，投资成本低，便于应用于工程实际，能够有效地提高了风电场运行监测效率，提高风电场发电效益的优点。

附图说明

图1是本发明设计的区域风电场机组功率特性监测方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明设计的一种区域风电场机组功率特性监测方法在实际应用过程当中，针对区域风电场中同区域、同型号风电机组的功率特性进行横向对比监测，包括如下步骤：

步骤01.统计获取当前时间段范围内区域风电场中指定区域内的实测风速记录、该区域内各台同型号风电机组的实测风电功率记录、以及彼此之间的对应关系；其中，为了提高数据的处理能力，在统计获取当前时间段范围内区域风电场中指定区域内的实测风速记录、该区域内各台同型号风电机组的实测风电功率记录、以及彼此之间的对应关系的过程中，可以每一秒钟测量一次实测风速记录、实测风电功率记录、以及彼此之间的对应关系，然后每十分钟作为一个监测数据处理点，获取十分钟中每一秒测量实测风速记录和实测风电功率记录的平均值、以及彼此之间的对应关系，作为这个监测数据处理点(十分钟)对应的数据，即这个监测数据处理点区域风电场中指定区域内的实测风速记录、该区域内各台同型号风电机组的实测风电功率记录、以及彼此之间的对应关系；

步骤02.针对该区域内的实测风速记录和各台同型号风电机组的实测风电功率记录，进行数据分析筛选，获取指定各台同型号风电机组当前时间段范围内的风速风电功率数据记录，格式为：机组编号、风速、风电功率；其中数据筛选，删除符合条件的风电机组的数据

1)风力发电机组不工作；

2)风电机组处于启动或停机阶段；

3)其它特殊工况；

步骤03.采用风速区间法(bin方法)针对当前时间段范围内的实测风速记录按照风速进行区间划分，获取各个风速区间，其中，借鉴IEC61400-12标准规定，现场采集到的实测风速记录应至少覆盖区间为：(切入风速-1)m/s至1.5×(85％的额定功率时的风速)m/s，参照Bin方法，并结合实际情况，把风速范围按照0.5m/s间隔分成若干区间(bin),每个bin的中心值为0.5m/s的整数倍,每个bin会包含许多风速散点；并将指定各台同型号风电机组当前时间段范围内的风速风电功率数据记录按照风速区间进行分类，并按机组编号进行各台同型号风电机组归类；

步骤04.根据上述步骤的分类、归类结果，分别针对上述步骤中的各台同型号风电机组，获取其对应当前时间段范围内各个风速区间的数据记录条数；并分别获取对应各个风速区间内的同型号风电机组平均风电功率；分别针对各个风速区间内的各台同型号风电机组，分别获取各台同型号风电机组对应其所在风速区间内同型号风电机组平均功率的相对误差；

步骤05.根据对应各个风速区间内各台同型号风电机组对应其所在风速区间内同型号风电机组平均功率的相对误差、以及预设误差范围，判断并获得指定各台同型号风电机组当前时间段范围内的风速风电功率数据记录中，倾向异常的风电机组及其对应倾向异常的风速区间的记录，即当某一台风电机组的对应其所在风速区间内同型号风电机组平均功率的相对误差超出了预设误差范围，则判断该台风电机组为倾向异常的风电机组，以及其对应着倾向异常的风速区间的记录；

步骤06.分别针对上一步骤中获得的各台倾向异常的风电机组，对其对应的倾向异常的风速区间内发生异常的记录条数进行累加，即在统计次数中，获得某一台倾向异常的风电机组对应其倾向异常的风速区间内，该台倾向异常的风电机发生异常的次数，并与预设风速区间异常次数阀值进行比较，超出预设风速区间异常次数阀值范围，则判断并获得初级异常的风电机组及其对应的初级异常的风速区间，此时，对于低于平均功率工作的风电机组，通过监控系统提醒运检人员需要密切关注这台风电机组的运行状况；对于高于平均功率工作的风电机组，需要通过监控系统提醒运检人员结合其它温度、振动等关键数据对该台初级异常的风电机组进行检查。

步骤07.分别针对上一步骤获得的各台初级异常的风电机组，对其对应的初级异常的风速区间的个数进行累加，并与该区域内划分的风速区间的总个数进行比较，判断并获得中级异常的风电机组，针对中级异常的风电机组，结合其温度、振动等关键数据，通过监控系统语音报警，提醒运检人员对中级异常的风电机组进行检查，例如，检查机组对风情况、风轮及传动系统效率等。

本发明设计的区域风电场机组功率特性监测方法，利用区域风电场中现有实测数据，提出区域风电场群机组功率特性横向监测方法，实时自动监测风电机组的功率特性，对于性能降低某一幅度的机组，能够进行实时报警，提醒运检人员采取措施，及时恢复风电机组的性能，保证风电机组处于健康状态，从而提高风电场的发电量。

本发明设计的一种区域风电场机组功率特性监测方法中，紧接着以上技术方案的基础之上，针对获得的中级异常的风电机组再进行纵向对比监测，采用如下步骤：

步骤08.分别针对所述步骤07中获得的各台中级异常的风电机组，统计获取该台中级异常的风电机组的历史风速记录及对应该台中级异常的风电机组的历史风电功率记录；实时测量当前指定时间范围内各指定时刻该台中级异常的风电机组的当前风速和对应的当前风电功率；

步骤09.针对该台中级异常的风电机组的历史风速记录和对应的历史风电功率记录，根据预设数据选取要求，获取该台中级异常的风电机组的指定历史风速风电功率关系参照数据，并根据当前指定时间范围内环境因素与上述历史风速记录对应的环境因素进行修正，格式为：机组编号、风速、风电功率；

其中，根据当前指定时间范围内环境因素与上述历史风速记录对应的环境因素进行修正，由于是对同一台中级异常的风电机组的功率特性曲线的相对对比分析，监测其总体变化趋势，所以采集运行数据时，忽略风向对风电功率特性的影响，风电机组风速可以不进行修正。但在同样风速下，因受空气温度、湿度等因素影响，空气密度不同，机组功率差别较大，根据IEC标准规定，当地空气密度偏离标准空气密度±0.05以上都应进行修正。风电机组输出功率与空气密度成正比，在标准条件下，空气密度ρ₀＝1.225kg/m³，温度T₀＝288.15K，压力为P₀＝101.33kpa，空气密度的计算公式如下：

其中：ρ——空气密度，kgm³p——湿空气的全压力，Mpa；p_b——温度为t时，饱和空气中水蒸气的分压力，Mpa；——空气的相对湿度，％。

根据风电机组输出功率与空气密度成正比的关系，换算成标准条件下机组的功率计算公式为：

$P_0=\frac{{\mathrm{\ρ}}_0}{\mathrm{\ρ}}P$

步骤10.将该台中级异常的风电机组的指定历史风速风电功率关系参照数据中的各条记录按照风速，参照风速区间进行分类；

步骤11.获取该台中级异常的风电机组对应各个风速区间的数据记录条数，并获取该台中级异常的风电机组对应各个风速区间的平均风电功率；进而获取该台中级异常的风电机组对应各个风速区间的平均风电功率相对误差；

步骤12.根据该台中级异常的风电机组对应各个风速区间的平均风电功率和平均风电功率相对误差，判断并获得当前指定时间范围内各指定时刻该台中级异常的风电机组的当前风速和对应的当前风电功率的各条记录中，该台中级异常的风电机组对应倾向异常的风速区间的记录；

步骤13.针对该台中级异常的风电机组对应的倾向异常的风速区间内发生异常的记录条数进行累加，并与预设风速区间异常次数阀值进行比较，判断并获得该台中级异常的风电机组对应的初级异常的风速区间；

步骤14.针对该台中级异常的风电机组对应的初级异常的风速区间的个数进行累加，并与该区域内划分的风速区间的总个数进行比较，判断并获得终级异常的风电机组。针对该台终级异常的风电机组，系统自动报警，提醒运检人员对该台终级异常的风电机组进行检查。

本发明设计的区域风电场机组功率特性监测方法，在针对区域风电场群机组功率特性进行横向监测方法的基础之上，进一步引入了纵向监测方法，针对异常风电机组实现了进一步的精准监测，保证了最终监测结果准确性，使得针对区域风电场机的监测更加可靠。并且具有算法简单，适用性强，投资成本低，便于应用于工程实际，能够有效地提高了风电场运行监测效率，提高风电场发电效益的优点。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (3)

1. 一种区域风电场机组功率特性监测方法，其特征在于，针对区域风电场中同区域、同型号风电机组的功率特性进行横向对比监测，包括如下步骤：

步骤01. 统计获取当前时间段范围内区域风电场中指定区域内的实测风速记录、该区域内各台同型号风电机组的实测风电功率记录、以及彼此之间的对应关系；

步骤02. 针对该区域内的实测风速记录和各台同型号风电机组的实测风电功率记录，进行数据分析筛选，获取指定各台同型号风电机组当前时间段范围内的风速风电功率数据记录，格式为：机组编号、风速、风电功率；

步骤03. 针对当前时间段范围内的实测风速记录按照风速进行区间划分，获取各个风速区间，并将指定各台同型号风电机组当前时间段范围内的风速风电功率数据记录按照风速区间进行分类，并按机组编号进行各台同型号风电机组归类；

步骤04. 根据上述步骤的分类、归类结果，分别针对上述步骤中的各台同型号风电机组，获取其对应当前时间段范围内各个风速区间的数据记录条数；并分别获取对应各个风速区间内的同型号风电机组平均风电功率；进而分别获取对应各个风速区间内各台同型号风电机组对应其所在风速区间内同型号风电机组平均功率的相对误差；

步骤05. 根据对应各个风速区间内各台同型号风电机组对应其所在风速区间内同型号风电机组平均功率的相对误差、以及预设误差范围，判断并获得指定各台同型号风电机组当前时间段范围内的风速风电功率数据记录中，倾向异常的风电机组及其对应倾向异常的风速区间的记录； 

步骤06. 分别针对上一步骤中获得的各台倾向异常的风电机组，对其对应的倾向异常的风速区间内发生异常的记录条数进行累加，并与预设风速区间异常次数阀值进行比较，判断并获得初级异常的风电机组及其对应的初级异常的风速区间；

步骤07. 分别针对上一步骤获得的各台初级异常的风电机组，对其对应的初级异常的风速区间的个数进行累加，并与该区域内划分的风速区间的总个数进行比较，判断并获得中级异常的风电机组。

2. 根据权利要求1所述一种区域风电场机组功率特性监测方法，其特征在于：所述步骤07之后还包括如下步骤：

步骤08. 分别针对所述步骤07中获得的各台中级异常的风电机组，统计获取该台中级异常的风电机组的历史风速记录及对应该台中级异常的风电机组的历史风电功率记录；实时测量当前指定时间范围内各指定时刻该台中级异常的风电机组的当前风速和对应的当前风电功率；

步骤09. 针对该台中级异常的风电机组的历史风速记录和对应的历史风电功率记录，根据预设数据选取要求，获取该台中级异常的风电机组的指定历史风速风电功率关系参照数据，并根据当前指定时间范围内环境因素与上述历史风速记录对应的环境因素进行修正，格式为：机组编号、风速、风电功率；

步骤10. 将该台中级异常的风电机组的指定历史风速风电功率关系参照数据中的各条记录按照风速，参照风速区间进行分类；

步骤11. 获取该台中级异常的风电机组对应各个风速区间的数据记录条数，并获取该台中级异常的风电机组对应各个风速区间的平均风电功率；进而获取该台中级异常的风电机组对应各个风速区间的平均风电功率相对误差； 

步骤12. 根据该台中级异常的风电机组对应各个风速区间的平均风电功率和平均风电功率相对误差，判断并获得当前指定时间范围内各指定时刻该台中级异常的风电机组的当前风速和对应的当前风电功率的各条记录中，该台中级异常的风电机组对应倾向异常的风速区间的记录； 

步骤13. 针对该台中级异常的风电机组对应的倾向异常的风速区间内发生异常的记录条数进行累加，并与预设风速区间异常次数阀值进行比较，判断并获得该台中级异常的风电机组对应的初级异常的风速区间；

步骤14. 针对该台中级异常的风电机组对应的初级异常的风速区间的个数进行累加，并与该区域内划分的风速区间的总个数进行比较，判断并获得终级异常的风电机组。

3. 根据权利要求1所述一种区域风电场机组功率特性监测方法，其特征在于：所述步骤03中，根据风速区间法针对统计数据按照风速进行区间划分，获取各个风速区间。