CN105736253B - 基于风速和功率判断风机状态及计算能量利用率的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于风速和功率判断风机状态及计算能量利用率的方法。目前还没有一种工艺简单，能够快速进行的基于风速和功率判断风机状态及计算能量利用率的方法。本发明的特点在于：包括以下步骤：步骤1：确定风电机组的标准功率曲线及其拐点数据；步骤2：计算风电机组的实际功率；步骤3：确定风机的运行状态；步骤4：计算风机在各个状态下的能量损失；步骤5：根据各个状态下的能量损失计算各损失所占的比重，并以能量柱的形式表述。本发明的工艺简单，判断准确率高，能够快速进行判断。

Description

基于风速和功率判断风机状态及计算能量利用率的方法
技术领域
本发明涉及一种基于风速和功率判断风机状态及计算能量利用率的方法，基于风电机组风速、功率数据的风电机组状态分类方法以及通过该分类计算能量利用效率的方法，属于风力发电计算领域。
背景技术
一般认为通过风机PLC数据判断风机运行状态需要进行大量数据传输和计算，由于在集中监测模式下不需要对风电机组进行控制，故大量的数据传输和计算容易造成大量数据和网络资源的浪费。由于集中监测模式下在缺少风机PLC数据时，难以判断风机运行状态，难以为远程集中监测模式下快速进行风机状态分类提供依据。
现在也有一些采用其他方法来判断风机状态的技术，如公开日为2014年05月21日，公开号为CN103809556A的中国专利中，公开了一种风机状态监控方法，该风机状态监控方法利用加速度传感器和油液检测传感器对每个机组中各传动部件的振动和润滑油的状态进行实时监控，并不能实现集中监控模式下的机组状态判断。
综上所述，目前还没有一种简单，判断准确率高，能够快速进行的基于风速和功率判断风机状态及计算能量利用率的方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种简单，判断准确率高，能够快速进行的基于风速和功率判断风机状态及计算能量利用率的方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：该基于风速和功率判断风机状态的方法的特点在于：所述方法包括以下步骤：
步骤1：确定风电机组的标准功率曲线及其拐点数据；
步骤2：计算风电机组的实际功率；
步骤3：确定风机的运行状态；
步骤4：计算风机在各个状态下的能量损失；
步骤5：根据各个状态下的能量损失计算各损失所占的比重，并以能量柱的形式表述。
作为优选，本发明所述步骤1中确定风电机组的标准功率曲线及其所对应的切入风速V0、额定风速Ve、切出风速Vq以及对应的额定功率Pe。
作为优选，本发明所述步骤2中计算风电机组实际功率的方法如下：
获取一定时间0～T内某时刻t的十分钟平均风速V（t）、风机功率P（t）数据，通过t时刻十分钟平均风速V（t），对照风机标准功率曲线计算风机t时刻标准功率Pb（t）=f（V（t），t）。
本发明所述步骤3中确定风机运行状态的方法如下：
通过t时刻风速V（t）、风机出力P（t）、以及风机标准功率Pb（t）对t时刻风电机组运行状态进行分类：
（1）V（t）<V0或者V（t）＞Vq，且P（t）≤0，风机处于待机状态R1；
（2）V0≤V（t）≤Vq，且P（t）≤0，风机处于故障停机或者调度停机或者检修停机的状态，属于停机状态R2；
（3）V0≤V（t）≤Vq，且0＜P（t）≤J*Pb（t），风机处于调度限出力或者自身限出力状态，属于限出力状态R3，J为功率曲线损失系数，0＜J≤1，J值根据现场实际运行情况确定；
（4）V0≤V（t）≤Vq，且J*Pb（t）＜P（t）≤K*Pb（t），风机处于正常发电状态R4，K为风电机组超发系数，K＞1，K值根据现场实际运行情况确定；
（5）30min内V（t）或P（t）的数值不变，风机处于通讯中断状态R5。
本发明所述步骤4中计算风机在各个状态下的能量损失的方法如下：
根据步骤3的运行状态分类，通过积分方法求风机能量损失：
（1）风机状态处于R1时，风机待机能量损失为Q1=0；
（2）风机状态处于R2时，风机停机能量损失为Q2；
tR20和tR2n分别为风机状态处于R2时的开始和截止时刻；
（3）风机状态处于R3时，风机限电能量损失为Q3；
tR30和tR3n分别为风机状态处于R3时的开始和截止时刻；
（4）风机状态处于R4时，认为风机正常发电，产生能量损失主要为性能损失Q4；
tR40和tR4n分别为风机状态处于R4状态时的开始和截止时刻；
（5）对于状态R5，现场数据采集设备必须具有存储和断点续传功能，待通讯恢复后，将风速和功率发送至集控平台，进行（1）～（4）状态下能量损失的分类和计算。
一种利用基于风速和功率判断风机状态的方法进行计算能量利用率的方法，其特点在于：所述方法的步骤如下：
计算0～T时间内，风机理论发的总发电量QW为：
0～T时间内，风机由于待机产生能量损失比q1为：；
风机由于停机产生能量损失比q2为：；
风机由于限电产生能量损失比q3为：；
风机由于性能损失产生能量损失比q4为：。
作为优选，本发明以能量柱形式表述实际总发电量以及各能量损失在该时间内分布，即用垂直矩形图表表示实际总发电量及各能量损失占该时间内总发电量比例。
作为优选，本发明所述能量柱形式以不同颜色表示。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：简单，快速；通过基于风电机组风速和出力（功率）数据进行风电机组状态分类并计算能量利用损失的方式，弥补了缺少PLC数据时无法判断风机状态分类法的不足，为远程集中监测模式下快速进行风机状态分类提供依据。首先通过风速和功率数据对风机所处状态进行分析，再通过标准功率曲线计算一段时间内能量利用损失。本发明可以用于集控模式下在不能获取风机PLC状态、只能获取风速和功率时对风电机组状态进行分类，应用于集控模式下风机状态的分类和能量利用效率的简便计算，特别是对于进口机组，通过数据简易处理和利用实现机组状态的大概分类和计算风能利用率。
本发明确定风机标准功率曲线及其切入风速V0、额定风速Ve、切出风速Vq以及对应的额定功率Pe。获取一定时间内风电机组风速和出力数据，确定t时的十分钟平均风速V（t）和风机功率P（t）数据。通过t时刻风速V（t），对照风机标准功率曲线计算风机t时刻标准功率Pb（t）=f（V（t），t）。
本发明通过t时刻风速V（t）、风机出力（功率）P（t）、风机标准功率Pb（t）对t时刻风电机组运行状态进行分类：（1）当风速为达到风机切入风速V0或者风速超过风机切出风速Vq，且功率不大于零，则风机处于待机状态R1；（2）当风速处于切入风速与切出风速之间，且功率不大于零，则风机处于故障停机或者调度停机或者检修停机状态，此时状态属于停机状态R2；（3）当风速处于切入风速与切出风速之间，且功率低于标准功率的一定比例，则风机处于调度限负荷或者自身限负荷状态，此时状态属于限负荷状态R3；（4）当风速处于切入风速与切出风速之间，且风机功率在标准功率值的某一范围上下波动，则风机处于正常发电状态R4；（5）30分钟内风速或功率的数值不变，风机处于通讯中断状态R5。
本发明根据运行状态分类通过积分方法求风机能量损失：（1）风机状态处于R1时，风机待机能量损失为Q1=0。（2）风机状态处于R2时，风机停机能量损失为Q2，Q2为风机处停机状态时的理论发电量，即对应该风速下理论标准功率与持续时间的积分。（3）风机状态处于R3时，风机限电能量损失为Q3，Q3为风机处于限电状态时理论发电量与实际发电量的值。理论发电量，即对应该风速下理论标准功率与持续时间的积分；实际发电量，即此时间段内风机实际功率与时间的积分。（4）风机状态处于R4时，风机产生损失Q4等于实际功率与标准功率差值的积分，当实际功率高于标准功率时不计入损失。（5）对于状态R5，现场数据采集设备必须具有存储和断点续传功能，待通讯恢复后，将风速和功率发送至集控平台，进行（1）～（4）状态下能量损失的分类和计算。
附图说明
图1是本发明实施例中基于风速和功率判断风机状态的方法的流程示意图。
图2是采用本发明实施例中基于风速和功率计算能量利用率的方法得到的各分类状态下能量损失及对应能量柱的示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施例。
参见图1和图2，集中监测模式下由于缺少风机PLC数据，通过一种基于风电机组风速和功率等数据进行风电机组状态分类并计算能量利用损失的方式，弥补了缺少PLC数据时无法判断风机状态分类法的不足，为远程集控模式下快速进行风机状态分类提供依据，具体步骤如下。
步骤1：确定风电机组标准功率曲线，从而确定所计算风电机组的风机切入风速V0、额定风速Ve、切出风速Vq、额定功率Pe，以及某风速对应的理论标准功率Pb（t），同时确定用于分析能量损失的时间段T。
步骤2：时间段0～T内，风电机组十分钟平均风速V（t）和功率P（t）数据确定风机状态R1～R5：首先判断，30min内V（t）或P（t）是否出现数值不变的情况，若出现，则判定此时风机处于通讯中断状态，并记该段时间tR50……tR5n风机处于通讯中断状态R5。
步骤3：如图2所示，时间段0～T内，除去tR50……tR5n时间段，根据以下规则判断风机状态R1～R4。
（1）V（t）<V0或者V（t）＞Vq，且P（t）≤0，风机处于待机状态R1，记出现此状态时间段为tR10……tR1n，如图2中0～t1的时间段。
（2）V0≤V（t）≤Vq，且P（t）≤0，风机处于故障停机或者调度停机或者检修停机状态，属于停机状态R2，记出现此状态时间段为tR20……tR2n，如图2中t1～t2的时间段内。
（3）V0≤V（t）≤Vq，且0＜P（t）≤J*Pb（t），风机处于调度限负荷或者自身限负荷状态，属于限负荷状态R3，记出现此状态时间段为tR30……tR3n，如图2 所示t3～t4以及t5～t6的时间段内；J为功率曲线损失系数，0＜J≤1，根据现场实际运行情况确定。
（4）V0≤V（t）≤Vq，且J*Pb（t）＜P（t）≤K*Pb（t），风机处于正常发电状态R4，记出现此状态时间段为tR40……tR4n，如图2所示t2～t3、t4～t5和t6～T的时间段内。K为风电机组超发系数，K＞1，根据现场实际运行情况确定。
步骤4：根据风电机组运行状态分类，通过积分方法求风机能量损失。
（1）风机状态处于R1时，风机待机能量损失为Q1=0。
（2）风机状态处于R2时，风机停机能量损失为Q2，即图2 中t1～t2时间内理论发电功率与该时间段内的积分
tR20和tR2n为风机状态处于R2时的开始和截止时刻。
（3）风机状态处于R3时，风机限电能量损失为Q3，即图2 中t3～t4和t5～t6时间内理论发电功率在该时间段的积分与实际发电功率在该时间段的积分的差值
tR30和tR3n为风机状态处于R3时的开始和截止时刻。
（4）风机状态处于R4时，风机产生损失Q4，即图2 中t2～t3、t4～t5和t6～T时间内理论发电功率在该时间段的积分与实际发电功率在该时间段的积分的差值
tR40和tR4n为风机状态处于R4状态时实际功率小于标准功率的开始和截止时刻，即图2中t2～t3、t4～t5和t6～T时间内阴影部分。
（5）通讯恢复后，将R5状态时间内的风速和功率进行（1）～（4）能量损失状态分类和计算。
步骤5：计算0～T时间内，风机理论发的总发电量QW，
。
步骤6：0～T时间内，各种状态能量损失占比计算方法如下：
风机由于待机产生能量损失占比为：
风机由于停机产生能量损失占比为：
风机由于限出力产生能量损失占比为：
风机由于性能损失产生能量损失占比为：
步骤7：利用步骤6计算的各状态下能量损失占比、实际发电量，以能量柱形式表述其该时间内分布，即用垂直矩形图表表示实际总发电量及各能量损失占该时间内总发电量比例：停机损失q2包含了图2中t1～t2时间内的能量损失，限出力损失q3包含了图2 中t3～t4和t5～t6时间内的能量损失之和，性能损失q4包含了图2中t2～t3、t4～t5和t6～T时间内的能量损失之和，实际发电量为0～T时间内实际发电占理论发电量的占比。最终可以以不同颜色对各损失进行划分表述于能量柱上。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明所作的举例说明。凡依据本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于风速和功率判断风机状态的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
步骤1：确定风电机组的标准功率曲线及其拐点数据；
步骤2：计算风电机组的实际功率；
步骤3：确定风机的运行状态；所述步骤3中确定风机运行状态的方法如下：
通过t时刻风速V（t）、风机功率P（t）、以及风机标准功率Pb（t）对t时刻风电机组运行状态进行分类：
（1）V（t）<V0或者V（t）＞Vq，且P（t）≤0，风机处于待机状态R1；V0表示切入风速，Vq表示切出风速；
（2）V0≤V（t）≤Vq，且P（t）≤0，风机处于故障停机或者调度停机或者检修停机的状态，属于停机状态R2；
（3）V0≤V（t）≤Vq，且0＜P（t）≤J*Pb（t），风机处于调度限出力或者自身限出力状态，属于限出力状态R3，J为功率曲线损失系数，0＜J≤1，J值根据现场实际运行情况确定；
（4）V0≤V（t）≤Vq，且J*Pb（t）＜P（t）≤K*Pb（t），风机处于正常发电状态R4，K为风电机组超发系数，K＞1，K值根据现场实际运行情况确定；
（5）30min内V（t）或P（t）的数值不变，风机处于通讯中断状态R5；
步骤4：计算风机在各个状态下的能量损失；
步骤5：根据各个状态下的能量损失计算各损失所占的比重，并以能量柱的形式表述。
2.根据权利要求1所述的基于风速和功率判断风机状态的方法，其特征在于：所述步骤1中确定风电机组的标准功率曲线及其所对应的切入风速V0、额定风速Ve、切出风速Vq以及对应的额定功率Pe。
3.根据权利要求1所述的基于风速和功率判断风机状态的方法，其特征在于：所述步骤2中计算风电机组实际功率的方法如下：
获取一定时间0～T内某时刻t的t时刻风速V（t）、风机功率P（t）数据，通过t时刻风速V（t），对照风机标准功率曲线计算风机t时刻标准功率Pb（t）=f（V（t），t）。
4.根据权利要求1所述的基于风速和功率判断风机状态的方法，其特征在于：所述步骤4中计算风机在各个状态下的能量损失的方法如下：
根据步骤3的运行状态分类，通过积分方法求风机能量损失：
（1）风机状态处于R1时，风机待机能量损失为Q1=0；
（2）风机状态处于R2时，风机停机能量损失为Q2；
tR20和tR2n分别为风机状态处于R2时的开始和截止时刻；
（3）风机状态处于R3时，风机限电能量损失为Q3；
tR30和tR3n分别为风机状态处于R3时的开始和截止时刻；
（4）风机状态处于R4时，认为风机正常发电，产生能量损失主要为性能损失Q4；
tR40和tR4n分别为风机状态处于R4状态时的开始和截止时刻；
（5）对于状态R5，现场数据采集设备必须具有存储和断点续传功能，待通讯恢复后，将风速和功率发送至集控平台，进行（1）～（4）状态下能量损失的分类和计算。
5.一种利用权利要求1-4任一权利要求所述的基于风速和功率判断风机状态的方法进行计算能量利用率的方法，其特征在于：所述方法的步骤如下：
计算0～T时间内，风机理论发的总发电量QW为：
0～T时间内，风机由于待机产生能量损失比q1为：；
风机由于停机产生能量损失比q2为：；
风机由于限电产生能量损失比q3为：；
风机由于性能损失产生能量损失比q4为：。
6.根据权利要求5所述的基于风速和功率判断风机状态的方法进行计算能量利用率的方法，其特征在于：以能量柱形式表述实际总发电量以及各能量损失在该时间内分布，即用垂直矩形图表表示实际总发电量及各能量损失占该时间内总发电量比例。
7.根据权利要求6所述的基于风速和功率判断风机状态的方法进行计算能量利用率的方法，其特征在于：所述能量柱形式以不同颜色表示。
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