CN106368908A - 一种基于scada系统风电机组功率曲线测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于SCADA系统风电机组功率曲线测试方法，该方法基于风电场SCADA系统采集到的风速、发电机转速等相关数据和故障、停机等记录；利用风电机组SCADA大数据，进行数据整理、分析算法，得出全场风电机组的实测功率曲线，并将全场风电机组的实测功率曲线与机组投标时的保证功率曲线对比分析，从而指导风电场运行、检修及出质保管理，提升全场风电机组的发电量。

Description

一种基于SCADA系统风电机组功率曲线测试方法

技术领域

本发明涉及一种风电机组功率曲线测试方法，特别是一种基于SCADA系统风电机组功率曲线测试方法。

背景技术

风电机组的功率曲线是机组输出功率与风速之间的关系曲线，是用来衡量风电机组出力性能的一项重要指标。通常情况下，风电机组制造商提供的保证功率曲线与风电机组实际运行时所产生的功率曲线存在差异。若实际功率曲线高于保证值，机组可能会长期处于疲劳状态，导致机组寿命较短；若实际功率曲线低于保证值，机组的发电量就会下降。故需对风电机组功率曲线进行测试。

目前，国际国内上对风电机组功率曲线的测试都是依照IEC61400-12-1标准竖立测风塔或激光雷达测风仪对其进行测试的。利用测风塔或激光雷达测风仪对单个风电机组的功率曲线测试有较大优势；但是由于测风塔建造时间较长，且测风塔一旦建好不便移动或即使可移动但周期较长等缺点，故其在整个风电场风电机组功率曲线测试中存在较大弊端。若能提出一种造价低、可操作性强、快速的风电机组功率曲线测试方式、方法，便能解决以上问题，可快速、便捷地实现整个风电场风电机组功率曲线的测试工作。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是传统的风电机组功率曲线考核方法存在测风塔建造困难、不便移动、试验周期长、造价高、无法实现对整个风电场的风电机组进行测试的不足。

本发明提供了一种基于SCADA系统的风电机组功率曲线测试方法，包括如下步骤：

S1：确定被测风电机组，确定被测风电机组SCADA系统和传感器正常运行；

S2：利用SCADA系统采集被测风电机组的风速、错风角、发电机转速、变桨角度、大气温度、实测功率数据和故障记录、停机记录、操作事件记录，测量被测风电机组的海拔高度，所述被测风电机组的风速、错风角、发电机转速、变桨角度、大气温度、实测功率数据的采集精度在30s-1min之间；

S3：对采集到的数据进行数据甄别和10min处理，所述数据甄别是剔除下列范围之外的数据：0～50m/s的风速、-90°～90°的错风角、0～2000rpm的发电机转速、-10°～95°的变桨角度、-50°～50°的大气温度、0～1.5倍额定功率的实测功率，所述10min处理是对完成数据甄别以后的被测风电机组风速、错风角、发电机转速、变桨角度、大气温度、实测功率数据进行10min平均值处理，同时计算出10min风速的湍流强度，根据被测风电机组的海拔高度计算被测风电机组轮毂高度处的大气压力；

S4、对完成数据甄别和10min处理的采集数据进行数据剔除和处理分析，得到被测风电机组实测功率曲线，所述数据剔除是指剔除故障、停机和操作事件记录中的数据，同时剔除实测功率小于1kW、桨距角大于20°、发电机转速小于1050rpm、错风角小于-30°或大于30°、风速小于10m/s且桨距角大于5°的数据，所述数据处理分析是指对风速、实测功率进行分区间处理，风速划分为0.5m/s整数倍的风速为中心，左右对称的连续区间；实测功率随风速同步划分；

S5、计算被测风电机组实测功率曲线和保证功率曲线下的年发电量并进行对比，分析是否在保证值的95％内，根据分析结果为被测风电机组提供相关建议。

本发明利用SCADA系统对风电机组功率曲线进行测试，可以快速、便捷地对整个风电场的风电机组进行测试，解决了测风塔或激光雷达测风仪建成后不便移动、对整场测试周期较长的不足。便捷地得到被测风电机组的功率曲线。本发明还可以方便的根据测试过程中分析计算得出的结果对风电机组的健康运行提出建议。

相对于传统的风电机组功率曲线测试方法，本发明大大提高了快速性、便捷性，同时大大提高了测试广度，可实现整个风电场风电机组的测试，由于不需要建立测风塔或激光雷达测风仪，也使得风电场的成本大大降低。

进一步的，所述被测风电机组的海拔高度误差控制在10m以内。

海拔高度误差越小，实测功率曲线越精确。

进一步的，所述被测风电机组的风速、错风角、发电机转速、变桨角度、大气温度、实测功率数据的采集时间至少180h以上，每个区间至少包含30min的采样数据，所述故障记录、停机记录、操作事件记录的时间段需要覆盖所述被测风电机组的风速、错风角、发电机转速、变桨角度、大气温度、实测功率数据的采集时间段。

进一步的，所述被测风电机组实测功率曲线包含风速标准化处理和湍流强度处理，所述的风速标准化处理是指根据采集到的大气温度和计算得到的大气压力计算出空气密度对风速进行标准化处理，所述的湍流强度处理是指在计算得到的湍流强度中筛选出不同湍流强度下的功率曲线。

由于不同空气密度下的风速，机组的出力程度也不一样，如均为2m/s的风速，空气密度越大，机组出力也越大，为了精确计算实测功率曲线，需要将风速转化为标准空气密度下的风速。

由于不同湍流强度下的风速，机组的出力程度也不一样，如均为2m/s的十分钟平均风速，湍流强度不一样，机组出力也不一样。为在同一平台对比功率曲线，故需进行湍流强度处理，筛选出一定的湍流强度下的风速。

进一步的，所述S5中，利用标杆机组或风电场周围具有可代表性的测风塔的实测风频分布进行年发电量计算。

年发电量可以按如下公式计算：

$AEP=N_h*\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}(P_i*F(V_i\left)\right)$

式中：

AEP——年发电量；

N——区间个数；

P_i——第i个区间标准化的平均输出功率；

V_i——第i个区间标准化的平均风速；

F(V_i)——实测风频分布中第i个区间的风速占全风速段的比值；

N_h——一年中的小时数，约为8760小时。

本发明同现有技术相比具有以下优点及效果：

1、利用SCADA系统对风电机组功率曲线进行测试，提高了风电机组功率曲线测试的便捷性、快速性和可操作性。

2、测试的快速性大大提高。

3、可实现整个风电场风电机组功率曲线的测试。

4、降低了风电场的测试成本。

5、为风电机组的安全、健康运行提高技术指导，提高了风电场的效益，降低了风电场的维护成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的步骤示意图。

图2为本发明的流程示意图。

图3为实施例一安徽某风场风电机组的实测功率曲线与厂家保证的保证功率曲线对比图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，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。

下面结合图1和图2说明本发明各个步骤：

S1：确定被测风电机组，确定被测风电机组SCADA系统和传感器正常运行；

S2：利用SCADA系统采集被测风电机组的风速、错风角、发电机转速、变桨角度、大气温度、实测功率数据和故障记录、停机记录、操作事件记录，测量被测风电机组的海拔高度，所述被测风电机组的风速、错风角、发电机转速、变桨角度、大气温度、实测功率数据的采集精度在30s-1min之间；

S3：对采集到的数据进行数据甄别和10min处理，所述数据甄别是剔除下列范围之外的数据：0～50m/s的风速、-90°～90°的错风角、0～2000rpm的发电机转速、-10°～95°的变桨角度、-50°～50°的大气温度、0～1.5倍额定功率的实测功率，所述10min处理是对完成数据甄别以后的被测风电机组风速、错风角、发电机转速、变桨角度、大气温度、实测功率数据进行10min平均值处理，同时计算出10min风速的湍流强度，根据被测风电机组的海拔高度计算被测风电机组轮毂高度处的大气压力；

S4、对完成数据甄别和10min处理的采集数据进行数据剔除和处理分析，得到被测风电机组实测功率曲线，所述数据剔除是指剔除故障、停机和操作事件记录中的数据，同时剔除实测功率小于1kW、桨距角大于20°、发电机转速小于1050rpm、错风角小于-30°或大于30°、风速小于10m/s且桨距角大于5°的数据，所述数据处理分析是指对风速、实测功率进行分区间处理，风速划分为0.5m/s整数倍的风速为中心，左右对称的连续区间；实测功率随风速同步划分；

S5、计算被测风电机组实测功率曲线和保证功率曲线下的年发电量并进行对比，分析是否在保证值的95％内，根据分析结果为风电场提供相关建议。

实施例一：

安徽某风场风电机组出力性能较差，风电场需对全场的风电机组功率曲线进行评估。由于该风电场有30台风电机组，若建立测风塔对全场风电机组进行测试、评估；建造成本巨大，测试周期较长，且对风电场的日常维护带来困扰。

采用本方法对风电机组进行功率曲线测试，可快速、便捷地实现全场风电机组的功率曲线测试工作。确认风电场需被测试的风电机组，检测SCADA系统和传感器是否正常运行。利用SCADA系统采集被测试风电机组的风速、错风角、发电机转速、变桨角度、大气温度、实测功率。采集到数据时间为六个月，采样频率为30s，同时剔除故障、停机和操作机组情况下的数据；同时结合风电机组的实际情况，制定出一套剔除规则：小于1kW、桨距角大于20°、转速小于1050rpm、错风角小于-30°或大于30°、风速小于10m/s且桨距角大于5°的数据为机组不正常运行的数据。同时收集风电机组保证功率曲线。

对采集到的风速、错风角、发电机转速、变桨角度、大气温度、功率依据本专利中的实施方式进行数据剔除、处理和分析，最后得到实测功率曲线如图3所示。

对比发现，3#风电机组与保证功率曲线差异较大，对其进行年发电量估算，结果发现3#风电机组年发电量是保证功率曲线发电量的90％。同样的方法得出整个风电场有5台风电机组低于保证值，分别为3#、10#、15#、20#和28#风电机组；最后综合分析，认为以上5台风电机组需整改。用该方法可快速、便捷地对整个风电场风电机组进行功率曲线测试。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，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 (5)

1.一种基于SCADA系统风电机组功率曲线测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：确定被测风电机组，确定被测风电机组SCADA系统和传感器正常运行；

S2：利用SCADA系统采集被测风电机组的风速、错风角、发电机转速、变桨角度、大气温度、实测功率数据和故障记录、停机记录、操作事件记录，测量被测风电机组的海拔高度，所述被测风电机组的风速、错风角、发电机转速、变桨角度、大气温度、实测功率数据的采集精度在30s-1min之间；

S3：对采集到的数据进行数据甄别和10min处理，所述数据甄别是剔除下列范围之外的数据：0～50m/s的风速、-90°～90°的错风角、0～2000rpm的发电机转速、-10°～95°的变桨角度、-50°～50°的大气温度、0～1.5倍额定功率的实测功率，所述10min处理是对完成数据甄别以后的被测风电机组风速、错风角、发电机转速、变桨角度、大气温度、实测功率数据进行10min平均值处理，同时计算出10min风速的湍流强度，根据被测风电机组的海拔高度计算被测风电机组轮毂高度处的大气压力；

S4、对完成数据甄别和10min处理的采集数据进行数据剔除和处理分析，得到被测风电机组实测功率曲线，所述数据剔除是指剔除故障、停机和操作事件记录中的数据，同时剔除实测功率小于1kW、桨距角大于20°、发电机转速小于1050rpm、错风角小于-30°或大于30°、风速小于10m/s且桨距角大于5°的数据，所述数据处理分析是指对风速、实测功率进行分区间处理，风速划分为0.5m/s整数倍的风速为中心，左右对称的连续区间；实测功率随风速同步划分；

S5、计算被测风电机组实测功率曲线和保证功率曲线下的年发电量并进行对比，分析是否在保证值的95％内，根据分析结果为风电场提供相关建议。

2.根据权利要求1所述的基于SCADA系统风电机组功率曲线测试方法，其特征在于，所述被测风电机组的海拔高度误差控制在10m以内。

3.根据权利要求1所述的基于SCADA系统风电机组功率曲线测试方法，其特征在于，所述被测风电机组的风速、错风角、发电机转速、变桨角度、大气温度、实测功率数据的采集时间至少180h以上，每个区间至少包含30min的采样数据，所述故障记录、停机记录、操作事件记录的时间段需要覆盖所述被测风电机组的风速、错风角、发电机转速、变桨角度、大气温度、实测功率数据的采集时间段。

4.根据权利要求1所述的基于SCADA系统风电机组功率曲线测试方法，其特征在于，所述被测风电机组实测功率曲线包含风速标准化处理和湍流强度处理，所述的风速标准化处理是指根据采集到的大气温度和计算得到的大气压力计算出空气密度对风速进行标准化处理，所述的湍流强度处理是指在计算得到的湍流强度中筛选出不同湍流强度下的功率曲线。

5.根据权利要求1所述的基于SCADA系统风电机组功率曲线测试方法，其特征在于，所述S5中，利用标杆机组或风电场周围具有可代表性的测风塔的实测风频分布进行年发电量计算。