CN105257470A - 一种风电机组风向补偿优化方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风电机组风向补偿优化方法，包括以下步骤：采集风电机组在正常运行时的数据；对采集到的数据按风向区间等间隔分割，并对数据进行预处理；根据预处理后的不同风向区间的数据绘制功率曲线簇；根据功率曲线簇进行外包络线寻优，并根据稳态功率-转速曲线识别各转速段对应的最优风向区间；根据最优风向区间进行逆向插补，实现来流风向的补偿。本发明还公开了一种风电机组风向补偿优化装置，包括数据采集模块，数据区间分割模块，数据处理模块，功率曲线绘制模块、外包络寻优模块和风向补偿调度模块。本发明的风电机组风向补偿优化方法及装置均具有对风电机组的来流风向进行补偿、实现精准对风、提高发电性能等优点。

Description

一种风电机组风向补偿优化方法及装置

技术领域

本发明主要涉及风力发电技术领域，特指一种风电机组风向补偿优化方法及装置。

背景技术

当来流风经过大型风力发电机组风轮面时，驱动风轮旋转，造成风轮后的风向发生改变，但风速风向仪安装在机舱尾部，所测风向为风轮后的风向，无法准确的表征风轮前风向，现有控制技术中，对于经过旋转风轮面的风向处理不一。部分厂家直接运用机舱尾部风向仪所测得风向表征来流风向，部分厂家根据设计经验利用线性关系式对来流风向进行修正，而线性关系式的参数不好确定，并且难以优化设计。实际中经过旋转风轮面后，来流风向会跟随风轮的转动发生偏移，且偏移量非线性。因此，其直接结果均导致机组对风不准，影响机组的风能捕获，还会造成主控逻辑中控制输入量偏航风向的不准确，影响机组的对风情况。

在偏航对风控制时，因偏航控制器的输入量为机舱尾部风向传感器的测量信号，该信号受到旋转风轮的影响会与真实的来流风向产生偏差。导致偏航对风误差，使得机组不能准确对风，继而影响发电性能。针对偏航对风误差，现有方法主要为基于Lidar的风向机舱传递函数测定(其原理为：同一时间内采用激光雷达装备测量风轮前的来流风向、风速仪传感器测量机舱尾部风向。然后根据两组测量数据计算出来流风向和机舱尾部风向之间的传递函数)。该方法的不足为：激光雷达装备的应用成本高并且需要对每个机型分别测定；相同机型也普遍存在个体差异、不适合批量应用。

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，本发明提供一种操作简便、可对来流风向进行补偿、以提高对风精确性以及发电性能的风电机组风向补偿优化方法，并相应提供一种结构简单的风电机组风向补偿优化装置。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种风电机组风向补偿优化方法，包括以下步骤：

S01、在风电机组正常运行时，采集风电机组的运行数据；

S02、对采集到的运行数据按风向区间等间隔分割，并对运行数据进行预处理；

S03、根据预处理后的各风向区间内的运行数据分别绘制风速功率曲线，得到一组功率曲线簇；

S04、根据功率曲线簇进行外包络线寻优，并根据风电机组的稳态功率-转速曲线识别出各风电机组的转速段对应的最优风向区间；

S05、根据最优风向区间进行逆向插补，生成转速-风向插值表，实现来流风向的补偿。

作为上述技术方案的进一步改进：

在步骤S02中，预处理的过程为：

S21、根据标识量对各风向区间内的运行数据进行筛选，剔除特殊状态下的无用运行数据；

S22、对筛选后的运行数据按一定间隔时间进行均值处理；

S23、对均值处理后的运行数据进行Bin过程处理：选取各风速段下的风速以及功率，进行平均值的计算。

在步骤S21中，特殊状态包括电网限电、降级模式和覆冰模式。

在步骤S01中，采集风电机组运行数据时的采样频率大于1HZ。

在步骤S01中，运行数据包括风速、功率、桨距角、风向、发电机转速。

本发明还相应公开了一种风电机组风向补偿优化装置，包括

运行数据采集模块，用于采集风电机组在正常运行时的运行数据；

数据区间分割模块，用于对采集到的运行数据按风向区间段等间隔分割；

数据处理模块，用于对分割后的运行数据进行预处理；

功率曲线绘制模块，用于根据预处理后的各风向区间的运行数据分别绘制风速功率曲线，得到一组功率曲线簇；

功率曲线外包络寻优模块，用于根据功率曲线簇进行外包络线寻优，并根据风电机组的稳态功率-转速曲线识别出各风电机组的转速段对应的最优风向区间；

风向补偿调度模块，用于根据最优风向区间进行逆向插补，生成转速-风向插值表，实现来流风向的补偿。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述运行数据采集模块通过Modbus协议与风电机组的主控模块进行数据的实时交互。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的风电机组风向补偿优化方法，通过对风电机组运行数据的处理，得到转速-风向插值表，从而实现对风电机组风向的补偿，且补偿精确，实现风电机组准确对风，提高发电性能。本发明的风电机组风向补偿优化装置同样具有方法所述的优点。

附图说明

图1为本发明的方法流程图。

图2为本发明的各风向区间下功率曲线图。

图3为图2中最优风向区间1的放大图。

图4为图2中最优风向区间2的放大图。

图5为图2中最优风向区间3的放大图。

图6为图2中最优风向区间4的放大图。

图7为本发明的稳态功率-转速曲线图。

图8为本发明的两点插值示意图。

图9为本发明的化化装置结构示意图。

图中标号表示：1、运行数据采集模块；2、数据区间分割模块；3、数据处理模块；4、功率曲线绘制模块；5、功率曲线外包络寻优模块；6、风向补偿调度模块。

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8所示，本实施例的风电机组风向补偿优化方法，包括以下步骤：

S01、在风电机组正常运行时，采集风电机组的运行数据；

S02、对采集到的运行数据按风向区间等间隔分割，并对运行数据进行预处理；

S03、根据预处理后的不同风向区间的运行数据绘制风速功率曲线，得到一组功率曲线簇；

S04、根据功率曲线簇进行外包络线寻优，并根据风电机组的稳态功率-转速曲线识别出各风电机组的转速段对应的最优风向区间，其中机组稳态转速-功率曲线为机组本身的性能曲线；

S05、根据最优风向区间进行逆向插补，生成转速-风向插值表，实现来流风向的补偿。

本发明的风电机组风向补偿优化方法，通过对风电机组运行数据的处理，得到风速-风向插值表，从而实现对风电机组风向的补偿，且补偿精确，实现风电机组准确对风，提高发电性能。

本实施例中，在步骤S02中，预处理的过程为：

S21、根据标识量对各风向区间内的运行数据进行筛选，剔除特殊状态下的无用运行数据；

S22、对筛选后的运行数据按一定间隔时间进行均值处理；

S23、对均值处理后的运行数据进行Bin过程处理：选取各风速段下的风速以及功率，进行平均值的计算。

本实施例中，在步骤S21中，特殊状态包括电网限电、降级模式和覆冰模式。

本实施例中，在步骤S01中，采集风电机组运行数据时的采样频率大于1HZ。

本实施例中，在步骤S01中，运行数据包括风速、功率、桨距角、风向、发电机转速。

本发明还相应公开了一种风电机组风向补偿优化装置，如图9所示，包括

运行数据采集模块1，用于采集风电机组在正常运行时的运行数据；

数据区间分割模块2，用于对采集到的运行数据按风向区间段等间隔分割；

数据处理模块3，用于对分割后的运行数据进行预处理；

功率曲线绘制模块4，用于根据预处理后的不同风向区间的运行数据绘制风速功率曲线，得到一组功率曲线簇；

功率曲线外包络寻优模块5，用于根据功率曲线簇进行外包络线寻优，并根据风电机组的稳态功率-转速曲线识别出各风电机组的转速段对应的最优风向区间；

风向补偿调度模块6，用于根据最优风向区间进行逆向插补，生成转速-风向插值表，实现来流风向的补偿。

本实施例中，运行数据采集模块1通过Modbus协议与风电机组的主控模块进行数据之间的实时交互。

现本发明发电机组风向补偿优化方法结合优化装置对优化过程描述如下：

先利用运行数据采集模块1采集风电机组在正常运行时的运行数据，其中运行数据采集模块1通过Modbus协议实现和风机主控PLC模块数据之间的实时交互，实现数据采集。采集的数据变量应包括但不限于PLC状态、风速、功率、桨距角、风向、发电机转速、电网限功标识、降级模式标识，数据采样的频率要求至少1Hz以上，以保证采样精度。采集过程中，因风频分布近似于正态分布，导致各风向区间的数据量存在显著差，使得需要的总数据量和数据采集时间较长。为此，在具体实施过程中可以考虑在偏航阈值的基值上按时间段分别施加2度、4度、6度、8度的偏差，使数据采集期间，各风速段的数据量不服从正态分布，而是趋于均等，提高方法的实施效率。

在数据区间分割模块2中，根据风速仪的测量风向对采集的运行数据按各风向区间段进行等区间划分。

在数据处理模块3中，首先根据标识量对各子块的数据进行筛选，剔除(电网限电、降级模式、覆冰等)状态下的无用数据；

待数据筛选完成后，对筛选出来的有效数据按TDen时间间隔进行均值处理(建议TDen取10min)。

数据平均处理完成后，对均值数据进行Bin过程处理：取每VDen风速段为一个Bin，选取每个Bin区间下的风速、功率，然后进行平均值的计算，其中VDen取0.5m/s。假如VDem为0.5m/s，Bin过程简述如下：从切入风速3m/s开始每正负0.25m/s风速间隔段为一个Bin，即2.75m/s～3.25m/s为一个Bin区间，对该区间下的风速和功率进行平均值计算，然后依次对3.25m/s～3.75m/s、3.75m/s～4.25m/s……等区间下的风速和功率进行平均值计算，直至切出风速。

在功率曲线绘制模块4中，根据Bin过程的处理结果分别绘制机组各风向区间段的风速功率曲线单线图，得到各风向区间下机组的功率曲线簇，如图2所示。

在功率曲线外包络线寻优模块5中，在功率曲线簇中沿着曲线簇的最外沿，根据最优功率曲线以及机组稳态转速-功率曲线识别出相应转速区间下的“最优风向区间”，其中机组稳态转速-功率曲线为机组本身的性能曲线，如图7所示；如图2所示，从图2中从下至上所示，最优风向区间分别为风向区间1、风向区间2、风向区间3和风向区间4，分别对应图3至图6。此时的“最优风向区间”为经过旋转风轮后的机舱尾部测量风向，表示此风速段下的风向区间属于最优值，其相对机舱前的来流风向有一个向下的偏置，所以曲线中的风向区间均为负值。

在风向补偿调度模块6中，根据得到的机舱尾部“最优风向区间”进行逆向插补，生成转速-风向插值表，两点插值示意图见图8所示，此处的逆向插补即将图2中的负值的风向区间进行正向补偿，修正成机舱前的来流风向，即修正成0°风向(理想风向)。例如图3中的风向区间1为-4°～-2°，则在该最优功率段(转速段)进行2°～4°修正值的正向修正，此时修正值和转速(或功率)呈插值关系。为了对风向区间1中各风速点的风向值进行修正，则采用插值公式进行修正，即y为风向修正值，x为转速值，其中y₁为风向区间1内风向的最大值(4°)，最大值，y₀为风向区间1的最小值(2°)，x₁为风向区间1内最大功率对应的转速值，x₀为风向区间1内最小功率对应的转速值，其它风向区间的修正值同理可得。最后将修正后的风向用于控制，实现来流风向的最优补偿。

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 (7)

1.一种风电机组风向补偿优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

S01、在风电机组正常运行时，采集风电机组的运行数据；

S02、对采集到的运行数据按风向区间等间隔分割，并对运行数据进行预处理；

S03、根据预处理后的各风向区间内的运行数据分别绘制风速功率曲线，得到一组功率曲线簇；

S04、根据功率曲线簇进行外包络线寻优，并根据风电机组的稳态功率-转速曲线识别出各风电机组的转速段对应的最优风向区间；

S05、根据最优风向区间进行逆向插补，生成转速-风向插值表，实现来流风向的补偿。

2.根据权利要求1所述的风电机组风向补偿优化方法，其特征在于，在步骤S02中，预处理的过程为：

S21、根据标识量对各风向区间内的运行数据进行筛选，剔除特殊状态下的无用运行数据；

S22、对筛选后的运行数据按一定间隔时间进行均值处理；

S23、对均值处理后的运行数据进行Bin过程处理：选取各风速段下的风速以及功率，进行平均值的计算。

3.根据权利要求2所述的风电机组风向补偿优化方法，其特征在于，在步骤S21中，特殊状态包括电网限电、降级模式和覆冰模式。

4.根据权利要求1或2或3所述的风电机组风向补偿优化方法，其特征在于，在步骤S01中，采集风电机组运行数据时的采样频率大于1HZ。

5.根据权利要求4所述的风电机组风向补偿优化方法，其特征在于，在步骤S01中，运行数据包括风速、功率、桨距角、风向、发电机转速。

6.一种风电机组风向补偿优化装置，其特征在于，包括

运行数据采集模块(1)，用于采集风电机组在正常运行时的运行数据；

数据区间分割模块(2)，用于对采集到的运行数据按风向区间段等间隔分割；

数据处理模块(3)，用于对分割后的运行数据进行预处理；

功率曲线绘制模块(4)，用于根据预处理后的各风向区间的运行数据分别绘制风速功率曲线，得到一组功率曲线簇；

功率曲线外包络寻优模块(5)，用于根据功率曲线簇进行外包络线寻优，并根据风电机组的稳态功率-转速曲线识别出各风电机组的转速段对应的最优风向区间；

风向补偿调度模块(6)，用于根据最优风向区间进行逆向插补，生成转速-风向插值表，实现来流风向的补偿。

7.根据权利要求6所述的风电机组风向补偿优化装置，其特征在于，所述运行数据采集模块(1)通过Modbus协议与风电机组的主控模块进行数据的实时交互。