CN105065212B - 一种风电场风电机组校验方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种风电场风电机组校验方法，包括S01、在风电场各风电机组正常运行时，采集风电机组的各个变量在不同风速下的数据；S02、对各风电机组的各个变量的数据进行规范化处理，得到各个变量在不同风速下的平均值，生成各个变量在不同风速下的变量曲线；S03、将单个风电机组的各个变量曲线与风电场中其它各风电机组对应的各总变量曲线进行对比得出互差值，当存在一个以上变量曲线的互差值大于预设值时，则判断此风电机组不合格，否则为合格。本发明还相应公开了一种风电场风电机组校验系统，包括依次相连的变量采集模块、变量曲线生成模块以及变量评估模块。本发明的方法及系统均具有测试方便、效率高、操作简便等优点。
Description
技术领域
本发明主要涉及风力发电技术领域，特指一种风电场风电机组校验方法及系统。
背景技术
中国社会科学院29日发布的《产业蓝皮书：中国产业竞争力报告(2014)》指出，未来两年，新能源工业发展将呈现四大趋势,其中重要的一点并是风电行业未来新增装机将稳定增长。2014-2016年全球风电年新增装机将保持10％以上的增速。未来我国风电年新增装机规模将保持稳定增长，盈利能力大大提升，风电产业有望健康发展。
随着风电行业的高速发展，大批量风电机组安装，要保证风电机组在20年寿命周期内、各种不同的特殊环境中安全高效地运行，仅仅依靠制造过程的质量管理和保障是远远不够的。目前普遍做法是进行理论分析机组安全性和整机性能，但这个做法无法确保实际风电场中运行的机组能否达到设计要求。也有个别公司对新设计风电机组按照标准要求进行性能和载荷测试，通过测试与理论进行对比，但这种做法存在的缺点是测试时间长，测试成本比较高，风资源的随机性对机组的测试结果影响大，并且无法完全反映实际风电场各机组的运行情况。另外国外已经针对风资源的测试与评估开发出了许多先进测试设备和评估软件。在风电场选址，特别是选址方面已经开发了商业化的应用软件。在风电机组布局及电力输配电系统的设计上也开发了成熟软件。但增加设备将带来成本的上升；另外，如果没有对风电场长期运行进行数据分析和风资源分析，很难给风电场实际运行提供支撑。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种测试方便、效率高的风电场风电机组校验方法，并相应提供一种结构简单、操作简便、易于实现的风电场风电机组校验系统。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种风电场风电机组校验方法，包括以下步骤：
S01、在风电场各风电机组正常运行时，采集风电机组的各个变量在不同风速下的数据；
S02、对各风电机组的各个变量的数据进行规范化处理，得到各个变量在不同风速下的平均值，生成各个变量在不同风速下的变量曲线；
S03、将单个风电机组的各个变量曲线与风电场中其它各风电机组对应的各总变量曲线进行对比得出互差值，当存在一个以上变量曲线的互差值大于预设值时，则判断此风电机组不合格，否则为合格。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述风电机组的变量包括风电机组的变桨角、变桨驱动力矩、发电机转速和发电机功率。
步骤S01中，各个变量在不同风速下的数据采样过程为：以0.5m/s倍数连续取值的不同风速，每种风速下采样数据达到30分钟以上，采样频率为1Hz以上，且所有风速的总采样有效时间为180小时以上。
步骤S02中，各变量曲线分别为发电机功率曲线、变桨角曲线、变桨驱动力矩曲线以及发电机转速曲线。
步骤S03中，所述互差值的计算公式为：
其中互差值errpower表示计算得到的综合数值误差值，V表示风速，f(V)表示概率密度，cutin表示切入风速，cutout表示切出风速，P单台测量(V)表示单台变量曲线，P全场其它(V)表示风电场其它风电机组的总变量曲线。
步骤S03中，所述互差值的预设值为5％。
步骤S03中，当出现一个变量曲线的互差值大于预设值时，进行报警；当出现两个变量曲线的互差值大于预设值时，判定此风电机组不合格。
本发明还相应公开了一种风电场风电机组校验系统，包括依次相连的变量采集模块、变量曲线生成模块以及变量评估模块，在风电场各风电机组正常运行时，所述变量采集模块采集风电机组的各个变量在不同风速下的数据，所述变量曲线生成模块对各风电机组的各个变量的数据进行规范化处理得到各个变量在不同风速下的平均值，并生成各个变量在不同风速下的变量曲线，所述变量评估模块将单个风电机组的各个变量曲线与风电场中其它各风电机组对应的各总变量曲线进行对比得出互差值，当存在一个以上变量曲线的互差值大于预设值时，则判断此风电机组不合格，否则为合格。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述变量采集模块包括风电机组的变桨角采集单元、变桨驱动力矩采集单元、发电机转速采集单元和发电机功率采集单元。
所述变量评估模块包括机组性能评估模块和变桨系统评估模块，所述机组性能评估模块用于对风电机组的发电机转速以及发电机功率进行对比分析；所述变桨系统评估模块用于对变桨角以及变桨驱动力矩进行对比分析。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的风电场风电机组校验方法，通过进行风电场各机组的互校验，能提高风电场的发电效率，降低故障机组的运行风险，而且操作方便、通用性好，能够避免人为带来的误判；而且本校验方法不需增加额外的硬件、可适用于不同类型的风电场。本发明的风电场风电机组校验系统不仅具有如上方法所述的优点，而且结构简单、易于实现。
附图说明
图1为本发明的方法流程图。
图2为本发明的方法中不同风速下的功率分布图。
图3为本发明的方法中不同风速下的功率曲线图。
图4为本发明的方法中不同风速下的变桨角曲线图。
图5为本发明的方法中不同风速下的变桨驱动力矩曲线图。
图6为本发明的方法中不同风速下的发电机转速曲线图。
图7为本发明的校验系统的方框结构图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
如图1至图6所示，本实施例的风电场风电机组校验方法，包括以下步骤：
S01、在风电场各风电机组正常运行时，采集风电机组的各个变量在不同风速下的数据；
S02、对各风电机组的各个变量的数据进行规范化处理，得到各个变量在不同风速下的平均值，生成各个变量在不同风速下的变量曲线；
S03、将单个风电机组的各个变量曲线与风电场中其它各风电机组对应的各总变量曲线进行对比得出互差值，当存在一个以上变量曲线的互差值大于预设值时，则判断此风电机组不合格，否则为合格。
本发明的风电场风电机组校验方法，通过进行风电场各机组的互校验，能提高风电场的发电效率，降低故障机组的运行风险，而且操作方便、通用性好，能够避免人为带来的误判；而且本校验方法不需增加额外的硬件、可适用于不同类型的风电场。
本实施例中，风电机组的变量包括风电机组的变桨角、变桨驱动力矩、发电机转速和发电机功率，相对应的，各变量曲线分别为发电机功率曲线、变桨角曲线、变桨驱动力矩曲线以及发电机转速曲线。
本实施例中，步骤S01中，各个变量在不同风速下的数据采样过程为：以0.5m/s倍数连续取值的不同风速，每种风速下采样数据达到30分钟以上，采样频率为1Hz以上，且所有风速的总采样有效时间为180小时以上。
本实施例中，步骤S03中，互差值的计算公式为：
其中互差值errpower表示计算得到的综合数值误差值，V表示风速，f(V)表示概率密度，cutin表示切入风速，cutout表示切出风速，P单台测量(V)表示单台变量曲线，P全场其它(V)表示风电场其它风电机组的总变量曲线。
本实施例中，步骤S03中，互差值的预设值为5％。
本实施例中，步骤S03中，当出现一个变量曲线的互差值大于预设值时，进行报警；当出现两个变量曲线的互差值大于预设值时，判定此风电机组不合格。当然，也可以在一个变量曲线的互差值大于预设值时即判定不合格，根据需要进行相应调整。
本发明的校验方法在具体实施例中的详细过程为：
(1)分别对风电场各机位风电机组的主控制系统进行不同风速下的数据采样，在每种风速下采样指定的时间得到多组采样数据，每一组采样数组包括风数据、发电机数据、变桨角、变桨驱动力矩、偏航驱动力矩、发电量、机舱振动加速度数据，其中风数据包括风速和风向，发电机数据包括发电机的功率、转速和转矩；
(2)将所有风参数中的风速进行预处理得到风速的平均值、标准偏差、最大值、最小值，如图1所示，针对预处理后的风数据和发电机数据采用如下方法进行处理：即分别在不同风速下对被测试的风电机组的主控制系统进行数据采样时，具体是指以0.5m/s倍数连续取值的不同风速，每种风速下采样数据需达到30分钟以上，采样频率为1Hz以上，且所有风速的总采样有效时间为180小时以上；从而根据如下公式计算出每种风速下的规范化风速平均值和规范化功率平均值：
式(2)中，Vi表示第i种风速下的规范化风速平均值，Vn,i,j表示第i种风速下第j组采样数组中的风速；式(3)中，Pi表示第i种风速下的规范化功率平均值，Pn,i,j表示第i种风速下第j组采样数组中的平均功率，Ni表示第i种风速下采样数据所包含数据组的数量。
根据每种风速下的规范化风速平均值和规范化功率平均值生成风电机组的功率曲线(如图3所示)；并根据每种风速下的变桨角、变桨驱动力矩、发电机转速生成变桨角曲线(如图4所示)、变桨驱动力矩曲线(如图5所示)及发电机转速曲线(如图6所示)；
(3)单台机组的各变量曲线与全场其它机组汇总后的变量曲线比较，如果上述参数的互差值errpower有两项以上大于指定阈值(5％)，判定被测试的兆瓦级风电机组不通过，否则判定被测试的兆瓦级风电机组载荷及性能校验通过。
其中互差值的计算公式如下：
式中，互差值errpower表示计算得到的综合数值误差值，V表示风速,f(V)表示概率密度，cutin表示切入风速，cutout表示_切出风速，P单台测量(V)表示单台变量曲线，具体包括功率曲线、变桨角曲线、变桨驱动力矩曲线以及发电机转速曲线，P全场其它(V)表示全场其它风机机组的总变量曲线，对应为功率曲线、变桨角曲线、变桨驱动力矩曲线以及发电机转速曲线，其中总变量曲线的生成过程同单个变量曲线的生成过程相同，在此不再赘述。
本发明还相应公开了一种风电场风电机组校验系统，包括依次相连的变量采集模块、变量曲线生成模块以及变量评估模块，在风电场各风电机组正常运行时，变量采集模块采集风电机组的各个变量在不同风速下的数据，变量曲线生成模块对各风电机组的各个变量的数据进行规范化处理得到各个变量在不同风速下的平均值，并生成各个变量在不同风速下的变量曲线，变量评估模块将单个风电机组的各个变量曲线与风电场中其它各风电机组对应的各总变量曲线进行对比得出互差值，当存在一个以上变量曲线的互差值大于预设值时，则判断此风电机组不合格，否则为合格。
本实施例中，变量采集模块包括风电机组的变桨角采集单元、变桨驱动力矩采集单元、发电机转速采集单元和发电机功率采集单元。变量评估模块包括机组性能评估模块和变桨系统评估模块，其中机组性能评估模块用于对风电机组的发电机转速以及发电机功率进行对比分析；其中变桨系统评估模块用于对变桨角以及变桨驱动力矩进行对比分析。其中变量曲线生成模块的功能在各评估模块里集成，在图7中没有体现；在大型风电场的各风电机组运行时，通过对所有风电机组的机舱风速仪采集风速和风向数据；主控系统采集机组发电机功率、转速、转矩，风电机组变桨驱动系统的驱动力矩、变桨角。然后各机组将相关的变量信息(主要包括风速和风向，发电机转速、发电机转矩给定、变桨角、变桨力矩)输入到风电机组互校验专家评估系统，其中提取发电机功率和转速信号，结合各风电机组所测的风速信号进行机组性能辨识；其中提取变桨驱动力矩和变桨角信号，结合各风电机组所测的风速信号进行变桨系统辨识。
测试过程：单台风电机组数据曲线与全场其它机组汇总数据曲线比较；性能评估将各机组的动态功率曲线数学模型数值、转速值进行比对分析，需综合数值误差<5％。变桨系统评估采用变桨角、变桨驱动力矩曲线进行比对分析，需综合数值误差<5％。频率评估采用塔筒、传动链频率比对分析，综合数值误差<5％。如果判别有一项不满足要求，进行下一个参数(变量)的比对，并进行报警。如果有两项出现偏差，测试不通过。当然，在其它实施例中，可根据需要变换各参数，即对需要重点关注的参数采集进行对比分析。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种风电场风电机组校验方法，其特征在于，包括以下步骤：
S01、在风电场各风电机组正常运行时，采集风电机组的各个变量在不同风速下的数据；
S02、对各风电机组的各个变量的数据进行规范化处理，得到各个变量在不同风速下的平均值，生成各个变量在不同风速下的变量曲线；
S03、将单个风电机组的各个变量曲线与风电场中其它各风电机组对应的各总变量曲线进行对比得出互差值；所述互差值为单个风电机组变量加权值与风电场中其它各风电机组对应的变量加权值的综合偏差率；当存在一个以上变量曲线的互差值大于预设值时，则判断此风电机组不合格，否则为合格。
2.根据权利要求1所述的风电场风电机组校验方法，其特征在于，所述风电机组的变量包括风电机组的变桨角、变桨驱动力矩、发电机转速和发电机功率。
3.根据权利要求2所述的风电场风电机组校验方法，其特征在于，步骤S01中，各个变量在不同风速下的数据采样过程为：以0.5m/s倍数连续取值的不同风速，每种风速下采样数据达到30分钟以上，采样频率为1Hz以上，且所有风速的总采样有效时间为180小时以上。
4.根据权利要求3所述的风电场风电机组校验方法，其特征在于，步骤S02中，各变量曲线分别为发电机功率曲线、变桨角曲线、变桨驱动力矩曲线以及发电机转速曲线。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的风电场风电机组校验方法，其特征在于，步骤S03中，所述互差值的计算公式为：
其中互差值errpower表示计算得到的综合数值误差值，V表示风速，f(V)表示概率密度，cutin表示切入风速，cutout表示切出风速，P单台测量(V)表示单台变量曲线，P全场其它(V)表示风电场其它风电机组的总变量曲线。
6.根据权利要求5所述的风电场风电机组校验方法，其特征在于，步骤S03中，所述互差值的预设值为5％。
7.根据权利要求1至4中任意一项所述的风电场风电机组校验方法，其特征在于，步骤S03中，当出现一个变量曲线的互差值大于预设值时，进行报警；当出现两个变量曲线的互差值大于预设值时，判定此风电机组不合格。
8.一种风电场风电机组校验系统，其特征在于，包括依次相连的变量采集模块、变量曲线生成模块以及变量评估模块，在风电场各风电机组正常运行时，所述变量采集模块采集风电机组的各个变量在不同风速下的数据，所述变量曲线生成模块对各风电机组的各个变量的数据进行规范化处理得到各个变量在不同风速下的平均值，并生成各个变量在不同风速下的变量曲线，所述变量评估模块将单个风电机组的各个变量曲线与风电场中其它各风电机组对应的各总变量曲线进行对比得出互差值，当存在一个以上变量曲线的互差值大于预设值时，则判断此风电机组不合格，否则为合格；所述互差值为单个风电机组变量加权值与风电场中其它各风电机组对应的变量加权值的综合偏差率。
9.根据权利要求8所述的风电场风电机组校验系统，其特征在于，所述变量采集模块包括风电机组的变桨角采集单元、变桨驱动力矩采集单元、发电机转速采集单元和发电机功率采集单元。
10.根据权利要求9所述的风电场风电机组校验系统，其特征在于，所述变量评估模块包括机组性能评估模块和变桨系统评估模块，所述机组性能评估模块用于对风电机组的发电机转速以及发电机功率进行对比分析；所述变桨系统评估模块用于对变桨角以及变桨驱动力矩进行对比分析。
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