CN106844802A - 一种风电场群内部风向场确认方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风电场群内部风向场确认方法，包括如下步骤：变换风电场群坐标，将风电场群中的风电场经纬度坐标转化为简单的二维坐标；确认风电场关系，判断风经过各个风电场的顺序，再根据该顺序依次向下风向进行递推分析；确认风电场群内部风向关系。本发明为风电场的建设者提供了一个较为精确地分析风电场群内部风向场的方法，该方法可以有效解决因为地形、风机等因素导致风电场群内部风向产生较大变化时产生的风速分析误差，为评估整个风电场群发电能力提供保障，可有效减小其分析误差。

Description

一种风电场群内部风向场确认方法

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种风电场群内部风向场确认方法。

背景技术

随着人类的发展，能源问题成为影响人类生存质量的重要问题。解决能源问题的一个主要方法是大力发展清洁能源、优化能源结构。而在新能源中，风能是非常重要的一部分。与其它新能源相比，风能资源丰富且在世界范围内分布较广，具有很大的开发潜力，并且随着风轮机制造以及风电并网技术的日益成熟，风力发电也渐渐成为人们关注的焦点。人类可以使用风车把风的动能转化为旋转的力量去推动发电机以产生电能，方法是通过传动轴，将转子的旋转动力传送至发电机。全球的风能约为2.74×109MW，其中可利用的风能为2×107MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍，所以新能源研究中风能占据着十分重要的作用。

随着风力发电产业的迅猛发展，风力发电场的数量越来越多，电站建设和运行工程中也暴露出很多问题，虽然现在对此的研究越来越多，但很多问题因为受影响因素较多还很难进行分析。此外在解决这些问题的时候，很多措施往往在实施前都不能保证可行性，只能通过实际实验来验证，成本高周期长，相对盲目。

在分析风电站的风向情况时，一般都是对于一个个风电场群进行单独的风向分析，很少分析整个风电站的风向场。这是因为在实际中风电场群之间的距离较大，很多的风电场群之间是没有影响的或者影响可以忽略的，所以具体地确认风电站内部的风向场是没有必要的。

风电站中有时也会存在着两个距离不是很大的风电场群，这些风电场群之间除了调度要求的影响之外还会有类似于尾流效应的影响，这些因素对一些风电场发电造成的影响是不能够忽略的。在这个时候，确认风电场群内部风向场可以为分析这些影响的大小提供一定的数据基础。

整个风电场群众存在着很多的风电场，相较于单个风电场内部的环境来说，整个风电站的风向、环境等情况更加复杂。所以在确认风电场群内部的风向场时，需要考虑的因素较单个风电场来说会更多。

风电站中风电场群的位置并非类似于风电场内那样整齐的整列，而且风电场群内部的面积大，其中的地理环境可能非常复杂。以上的因素将会给风电场群内部风向场的确认增加一些困难，且在风向发生较大范围改变的时候分析会 比较困难，容易发生分析的错误，导致精度无法达到一定的要求。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种风电场群内部风向场确认方法，通过基于各个风电场处风向的算法分析出整个风电场群内部的风向场，得到风电场群中各风电场的相互的风向关系，正确应对处理实际风电场群中可能经常存在风电场相互影响。

为实现上述目的，本发明提供了一种风电场群内部风向场确认方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，变换风电场群坐标，将风电场群中的风电场经纬度坐标转化为简单的二维坐标，并且使所述二维坐标均在所建立的坐标系的第一象限中；

步骤2，判断风电场风向，确认单个风电场内部风向场，将所述每个风电场内部的风向场确认后，得出各个风电场的进、出风的位置，对风电场群进行风向场的确认；

步骤3，确认风电场关系，根据测风塔的数据判断出风电场群整体的大致风向，从而判断风经过各个风电场的顺序，再根据所述顺序依次向下风向进行递推的分析，直到满足要求为止；

步骤4，确认风电场群内部风向关系。

较佳地，所述步骤2中所述风电场群风向场的确认时默认为风电场有统一的进风角度和出风角度，平均风向和出平均风向确认方法如下：

假设在风电场的进风边界上有m台风机，且风机处风向分别为α1、α2...αm，风向的权重分别为i1、i2...im,则可得风电场的进平均风向

假设风电场的出风边界有n台风机，且风机处的风向分别为β1、β2......βn，风向的权重分别为j1、j2......jn，则可得到该风电场的出平均风向

较佳地，所述步骤3中所述风电场关系确认方法如下：

假设风电场群中下风向的风电场依次为风电场1、风电场2、风电场3......，则需将所述风电场1的出平均风速依次与下风向各个风电场的进平均风速进行判断，直到有风电场满足要求或者已无风电场为止；

取所述每个风电场的中心位置作为其分析位置，坐标分别为(xz1，yz1)、(xz2，yz2)......，设置场风向差临界角为θ，场坐标临界角为λ，以所述风电场1和所述风电场2为例说明分析方法；

所述风电场1和所述风电场2满足下列两个关系式时，表示两个风电场的大多数部分在同样的风电场群风流场线上，

当所述风电场1和所述风电场2的数据同时满足所述两个关系式时，将两者的关系记录在场风向关系表中；若不能同时满足所述两个关系式时，则再对所述风电场1和所述风电场3的数据进行分析，依次类推，直到满足要求为止。

较佳地，所述步骤4中所述风电场群内部风向关系为一张较为完整的表示风电场群内部风向关系的表，所述风向关系表可以显示出风电场群内部风的大致流向，即确认了风电场群内部风向场。

本发明的一种风电场群内部风向场确认方法，使用全部在工作的风机数据对风电场群内部风向进行确定，不再仅仅依靠测风塔的风向数据，能够大大提高对风电场群内部风流场分析的准确性；对风电场群内部的风的流动情况进行了较为详尽的分析，能够使对风电场之间的影响分析较默认风电场群风向为单个方向的方法更加准确；构建了风电场群中风流场流经风电场的关系表，可快速了解不同的风电场群整体风速下风电场之间的关系，同时，可为风电场之间的影响提供很好的分析基础。

本发明为风电场的建设者提供了一个较为精确地分析风电场群内部风向场的方法，该方法可以有效解决因为地形、风机等因素导致风电场群内部风向产生较大变化时产生的风速分析误差，为评估整个风电场群发电能力提供保障，可有效减小其分析误差。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明一个较佳实施例的一种风电场群内部风向场确认方法流程示意图。

图2是本发明一个较佳实施例的风电场群内部分布示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种风电场群内部风向场确认方法，通过一种基于各个风电场处风向的算法分析出整个风电场群内部的风向场，以得到风电场群中各风电场的相互的风向关系，并基于此关系构建一个表来记录这些影响关系，具体步骤如下所述。

步骤1，换风电场群坐标，将风电场群中的风电场经纬度坐标转化为简单的二维坐标并且使所述二维坐标均在所建立的坐标系的第一象限中。

本实施例中假设风电场群中的风电场情况如图2所示。

步骤2，判断风电场风向，确认单个风电场内部风向场，将每个风电场内部的风向场确认后，得出各个风电场的进、出风的位置，对风电场群进行风向场确认。

其中，单个风电场内部风向场确认方法如下：

(1)设置风机坐标，将风机的经纬度坐标转化为简单的二维坐标并且使这些二维坐标均在所建立的坐标系的第一象限中。

二维坐标自西向东风向为x轴的正方向，自南向北为y轴的正方向，角度a为与x轴正方向的夹角(0-360°)，所述风电场风机为一个阵列，所述风电场风机阵列的横列和纵列分别与x轴与y轴平行。

(2)判定进风位置，判断出风电场进风位置处风机。

设置一个角度参数a0，所述a0是用于设置风电场在不同进风位置情况时的临界风向的重要参数；同时，取x、y坐标最小处的风机的风向为a1，取x坐标最大、y坐标最小处的风机的风向为a2，取x、y坐标最大处的风机的风向为a3，取x坐标最小、y坐标最大处的风机的风向为a4，具体判断步骤如下：

获取参数参数a0，所述参数a0可以对风电场的历史风向、风速数据进行分析获得，也可以人为的在参数设置部分进行设置；

将风电场四个角落的风向数据a1、a2、a3和a4与测风塔的风向进行对比分析，检测这四处风机的准确性，若不准确则需要选用邻近的边界风机的数据进行替代；

根据不同的风向对风电场的进风位置进行判定,判定方法如下：

设S(x，y)表示选取(x，y)坐标处的风机作为风电场的入风点处风机，

当0<a1<a0时，则S(xmin，...)(选取x最小处的所有风机)；

当a0<＝a1<＝90-a0时，则S(x min，...)以及S(...，ymin)；

当90-a0<a1<＝90时，则S(...，ymin)；

当90<a2<90+a0时，则S(x min，...)；

当90+a0<＝a2<＝180-a0时，则S(x max，...)以及S(...，ymin)；

当180-a0<a2<＝180时，则S(x max，...)；

当180<a3<180+a0时，则S(x max，...)；

当180+a0<＝a3<＝270-a0时，则S(x max，...)以及S(...，ymax)；

当270-a0<a3<＝270时，则S(...，ymax)；

当270<a4<270+a0时，则S(...，ymax)；

当270+a0<＝a4<＝360-a0时，则S(x min，...)以及S(...，ymax)；

当360-a0<a4<＝360时，则S(x min，...)。

若一些边界上的风机因为故障等原因没有工作，则最接近其的非边界风机，即风电场总体风向中下风向的第一台风机，是否受尾流效应的影响则需要根据其附近风电场边界风机的角度进行判定。

(3)确定内部风向场：对风电场内部的每一个风机进行分析，得到一张关于风电场内部各风电机风向的关系表，以所述关系表为基础、绘制出整个风电场内部的风向场。

以当0<a<90为例：

设风向差临界值为β、坐标临界值为γ，考虑此时风机下风向的三个可能的风机，

此时根据风向可知风必然是先经过风机0的，设此时测得的所述风机0处风向为ε(0<ε<90)，

当ε<＝a0时，则可分析出风机1的风向必然受风机0的影响，即它们在一条风流场线上，而其余风机的风向跟风机0的风向关系不大，可在风向关系表中加入该关系；

当ε>＝90-a0时，则可分析出风机2的风向必然受风机0的影响，即它们在一条风流场线上，而其余风机的风向跟风机0的风向关系不大，可在风向关系表中加入该关系；

当a0<ε<90-a0时，风机0与风机5是否在一条风流场线上就需要做进一步的分析。前文中引入风向差临界值为β和坐标临界值为γ，风向差临界角β用于通过两处风机的风向角度差来判断两者关系，坐标临界角γ则是用于通过两处风机的角度差与风机0的关系来判断两者关系；

设风机5的坐标为(x5,y5)、风机0坐标为(x0,y0)，风机5处的风向为ε5，则当两者之间的数据满足以下的公式1和公式2时，便视为风机5和风机0在一条风流场线上的，在风向关系表中记录两者在风电场中对应的编号；

|ε5-ε|≤β (2)

若风机5不能同时满足公式(1)和公式(2)时的条件时，则需要对风机6和风机7这两个风机处的数据进行分析；

当时，需要对风机6的数据按照所述式1和公式2进 行分析，若成立则将风机0与风机6的关系记录在风向关系表中；

当时，需要对风机7的数据按照上述两个公式进行分析，若成立则将风机0与风机7的关系记录在风向关系表中；

依次类推，可以找到与风机0处于一条风向上的风机，记录两者风机在风场中的编号；

在风电场中按照上述对风机0的分析方式逐步对风电场的每一个风机进行分析，便能得到一张关于风电场内部各风电机风向的关系表，以所述关系表为基础就能绘制出整个风电场内部的风向场。

将每个风电场内部的风向场确认后可以以此来分析风电场群内部的风向。实际经验表明虽然风电场内部的风向会发生改变，但其进、出风的角度都会保持着大致的相同，并不会有太大的不同。

经过分析，可以得出各个风电场的进、出风的位置，各个进风位置的角度不会有太大的区别，同样各个出风位置的角度也不会有太大的区别。这样可以默认为风电场有统一的进风角度和出风角度，便能对风电场群进行风向场的确认。

风电场统一的进风角度和出风角度分析方法如下：假设在风电场的进风边界上有m台风机，且风机处风向分别为α1、α2...αm，风向的权重分别为i1、i2...im,则可得风电场的进平均风向如式3所示：

假设风电场的出风边界有n台风机，且风机处的风向分别为β1、β2......βn，风向的权重分别为j1、j2......jn，则可得到该风电场的出平均风向如式4所示：

步骤3，确认风电场关系，根据测风塔的数据判断出风电场群整体的大致风向，从而判断风经过各个风电场的顺序，再根据所述顺序依次向下风向进行递推分析，直到满足要求为止。

假设风电场群中下风向的风电场依次为风电场1、风电场2、风电场3......，则需将所述风电场1的出平均风速依次与下风向各个风电场的进平均风速进行判断，直到有风电场满足要求或者已无风电场为止；

取所述每个风电场的中心位置作为其分析位置，坐标分别为(xz1，yz1)、(xz2，yz2)......，设置场风向差临界角为θ，场坐标临界角为λ，以所述风电场1和所述风电场2为例说明分析方法；

所述风电场1和所述风电场2满足下列两个关系式5和式6时，表示两个风电场的大多数部分在同样的风电场群风流场线上。

当风电场1和风电场2的数据同时满足上面两式(5)和(6)时，将两者的关系记录在场风向关系表中；若不能同时满足上述公式(5)和(6)时，则再对风电场1和风电场3的数据进行分析，依次类推，直到满足要求为止。

步骤4，确认风电场群内部风向关系。

通过上述上述步骤3中的方法对风电场群中的风电场进行逐风电场的分析，可以得到一张较为完整的表示风电场群内部风向关系的表。这一张表可以显示出风电场群内部风的大致流向，即确认了风电场群内部风向场。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种风电场群内部风向场确认方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，变换风电场群坐标，将风电场群中的风电场经纬度坐标转化为简单的二维坐标，并且使所述二维坐标均在所建立的坐标系的第一象限中；

步骤2，判断风电场风向，确认单个风电场内部风向场，将所述每个风电场内部的风向场确认后，得出各个风电场的进、出风的位置，对风电场群进行风向场的确认；

步骤3，确认风电场关系，根据测风塔的数据判断出风电场群整体的大致风向，从而判断风经过各个风电场的顺序，再根据所述顺序依次向下风向进行递推的分析，直到满足要求为止；

步骤4，确认风电场群内部风向关系。

2.如权利要求1所述的风电场群内部风向场确认方法，其特征在于，所述步骤2中所述风电场群风向场确认时默认为风电场有统一的进风角度和出风角度，进平均风向和出平均风向确认方法如下：

假设在风电场的进风边界上有m台风机，且风机处风向分别为α1、α2...αm，风向的权重分别为i1、i2...im,则可得风电场的进平均风向

假设风电场的出风边界有n台风机，且风机处的风向分别为β1、β2......βn，风向的权重分别为j1、j2......jn，则可得到该风电场的出平均风向

。

3.如权利要求2所述的风电场群内部风向场确认方法，其特征在于，所述步骤3中所述风电场关系确认方法如下：

假设风电场群中下风向的风电场依次为风电场1、风电场2、风电场3......，则需将所述风电场1的出平均风速依次与下风向各个风电场的进平均风速进行判断，直到有风电场满足要求或者已无风电场为止；

取所述每个风电场的中心位置作为其分析位置，坐标分别为(xz1，yz1)、(xz2，yz2)......，设置场风向差临界角为θ，场坐标临界角为λ，以所述风电场1和所述风电场2为例说明分析方法；

所述风电场1和所述风电场2满足下列两个关系式时，表示两个风电场的大多数部分在同样的风电场群风流场线上，

当所述风电场1和所述风电场2的数据同时满足所述两个关系式时，将两者的关系记录在场风向关系表中；若不能同时满足所述两个关系式时，则再对所述风电场1和所述风电场3的数据进行分析，依次类推，直到满足要求为止。

4.如权利要求3所述的风电场群内部风向场确认方法，其特征在于，所述步骤4中所述风电场群内部风向关系为一张较为完整的表示风电场群内部风向关系的表，所述风向关系表可以显示出风电场群内部风的大致流向，即确认了风电场群内部风向场。