CN107229736B - 一种风电场风信息估测方法 - Google Patents

一种风电场风信息估测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种风电场风信息估测方法，包括根据风机的所在位置同一时点的风速风向数据、空气密度数据以及风机的运行数据的一一对应关系建立风信息数据库，通过在该风信息数据库中查询风机的当前运行参数及对应的空气密度可获取当前精确的风速风向信息。本发明中，通过对风机的实测运行数据检测，结合数据库可精确的获取风机所处位置的实时风速和风向，以供机组进行控制操作的依据。

Description

一种风电场风信息估测方法
技术领域
本发明属于电力系统控制领域，尤其是涉及一种风电场风信息估测方法。
背景技术
由于风是大气压力差引起的空气流动所产生的，风向和风力的大小时刻都在变化。风力发电具有波动性、间歇性和随机性的特点。这些特点所导致的风机机组功率波动，会对地区电网整体运行产生影响，进而会影响到整个地区总网内的电压稳定。因此，当风力发电场特别是大容量风力发电场接入电网时，就会给整个电力系统的安全、稳定运行带来一定的隐患。同时，这些波动性、间歇性和随机性的特点，也会严重影响风机的发电效率和使用寿命，因此能够实时准确的测量风电场所处环境的风速和风向，对风电机组的控制操作十分重要。
现有技术中，在风电场安装有风速风向传感器，在传感器出现故障时，无法继续测量风速风向信息，从而不利于风电机组的控制操作。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种风电场风信息估测方法，通过对风机的实测运行数据检测，结合数据库可精确的获取风机所处位置的实时风速和风向，以供机组进行控制操作的依据。
为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：
一种风电场风信息估测方法，包括根据风机的所在位置同一时点的风速风向数据、空气密度数据以及风机的运行数据的一一对应关系建立风信息数据库，通过在该风信息数据库中查询风机的当前运行参数及对应的空气密度可获取当前精确的风速风向信息。
本发明中通过建立风信息数据库可根据风机的实测运行数据匹配出对应的风速风向信息，以作为风电场控制的依据。
优选的，所述的风机的运行参数为可准确实测的数据，包括风机的实测转速。
当然的，为了更加准确的获得风速风向数据，也可以采集风机的其他参数共同建立一一对应关系，则估测效果更佳，估测的风速风向更加准确，例如，可以同时采集风机的朝向信息，从而使得数据库的数据列更加精细。
优选的，所述的风电场风信息估测方法包括以下步骤：
S1、确定风电机组内的目标风机；
S2、采集所述的目标风机所在位置同一时点的风速风向数据、空气密度数据、风机的运行参数数据；
S3、根据步骤S2中采集的各数据建立风信息数据库，根据建立的所述的风信息数据库，构造目标风机的转速及目标风机所在位置的空气密度与目标风机所在位置的风速和风向的关系，得到目标风机的转速及目标风机所在位置的空气密度与目标风机所在位置的风速和风向的关系集；
S4、实时检测风机的转速和空气密度，并根据所述的关系集得到对应的风速和风向信息。
其中，所述的空气密度数据通过以下步骤获取：
S1001、给风机组设置气压传感器来采集风机所在位置的空气气压值；
S1002、给风机组设置温度传感器来采集对应步骤S1001中的空气气压值同一时点的空气温度值；
S1003、将步骤S1001中获得的空气气压值和步骤S1002中获得的空气温度值代入气体状态公式得到所述的空气密度数据。
优选的，在步骤S4中，当在所述的关系集中未查询到检测的风机的转速值，则选择关系集中最接近的转速值进行查询；
当在所述的关系集中未查询到检测的空气密度值，则选择关系集中最接近的空气密度值进行查询。
优选的，所述的关系集可为以下结构：
关系集包括第一参数值、第二参数值、第一估测值、第二估测值。
其中每一第一参数值对应多个第二参数值，每一第二参数值对应多个第一估测值，每一第一估测值对应多个第二估测值。
优选的，在一实施例中，所述的第一参数值为风机的转速值，第二参数值为风机所在位置的空气密度值，第一估测值为风机的风速值，第二估测值为风机的风向值。当然的，本发明中，所述的关系集不限于上述结构，在实际的应用中，可增加扩展或减少参数值。
比如本发明中，所述的关系集的结构包括参数部分和估测部分：
所述的参数部分可拓展为第一参数值、第二参数值、第三参数值……第N参数值，所述的估测部分分别为风速值和风向值。通过拓展参数部分层级结构，则会使得估测结果更加精确，该参数部分包括了风机的运行参数及风机所在位置的空气密度。
在上述实施例中，当在所述的关系集中既未查询到当前风机的转速值也未查询到风机所在位置当期的空气密度值，则优先在关系集中的找出最接近第一参数值，即风机的转速值，再在关系集中根据第一参数值找出最接近的第二参数值，即空气密度值，然后再由该空气密度值匹配出一组或多组风速风向信息。当然的，为了确定最终的估测结果，可以结合当前传感器采集的风速或风向信息，从而可确定最终的风向或风速信息。
优选的，所述的目标风机至少包括一个，可以为预先指定好的风机也可以是根据风电机组的风机种类和分布情况，随机选取的若干风机。
优选的，所述的目标风机包括均匀分布在风电场不同位置的多个风机。
在上述方案中，通过多个风机进行估测风速风向信息，则估测结果更加准确，为了达到更加精确的估测效果，则在风电场内选择出距离间隔均匀的多个风机。
将各风机分别进行风信息估测或将各风机采集的实时的运行参数进行中值法计算，形成一组查询样本，即将多个风机的相同运行参数平均计算得出一组运行参数，并根据该一组运行参数进行风信息估测。当然的，也可以是分别对各单独的风机进行风信息估测，再将各风机的估测结果进行平均计算，得出最终的估测结果。
优选的，所述的目标风机也可通过以下步骤获知：
S101、将风电机组内各风机根据类型分为N类风机；
S102、分别在N类风机中随机选择或指定若干风机作为所述的目标风机。
其中，在步骤S102中，每一种风机中所选择的目标风机的数量根据每类风机在风电机组中的数量占比确定。
优选的，在步骤S3中，包括对该多个目标风机分别构造风机的转速和空气密度与目标风机所在位置的风速和风向的关系，分别得到各目标风机的转速和空气密度与各目标风机所在位置的风速和风向的关系集；
则在在步骤S4中，包括控制各目标风机分别同时检测本机转速和对应的空气密度，并根据所述的关系集分别得到风速风向信息。
优选的，在步骤S4中，还包括将分别得到的风速风向信息进行数据清洗去除干扰或者错误产生的数据，对经过数据清理后的数据进行中值法计算，获得最终精确的风速风向数据。
其中，所述中值法计算包括分别将各风速信息和各风向信息进行平均值计算得到最终精确的风速风向数据。
本发明中，通过对风机的实测运行数据检测，结合数据库可精确的获取风机所处位置的实时风速和风向，以供机组进行控制操作的依据。
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。
附图说明
附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：
图1是本发明的风电场风信息估测方法步骤图。
需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例
本发明提供一种风电场风信息估测方法，包括根据风机的所在位置同一时点的风速风向数据、空气密度数据以及风机的运行数据的一一对应关系建立风信息数据库，通过在该风信息数据库中查询风机的当前运行参数及对应的空气密度可获取当前精确的风速风向信息。
本发明中通过建立风信息数据库可根据风机的实测运行数据匹配出对应的风速风向信息，以作为风电场控制的依据。
优选的，所述的风机的运行参数为可准确实测的数据，包括风机的实测转速。
当然的，为了更加准确的获得风速风向数据，也可以采集风机的其他参数共同建立一一对应关系，则估测效果更佳，估测的风速风向更加准确，例如，可以同时采集风机的朝向信息，从而使得数据库的数据列更加精细。
参见图1所示，所述的风电场风信息估测方法包括以下步骤：
S1、确定风电机组内的目标风机；
S2、采集所述的目标风机所在位置同一时点的风速风向数据、空气密度数据、风机的运行参数数据；
S3、根据步骤S2中采集的各数据建立风信息数据库，根据建立的所述的风信息数据库，构造目标风机的转速及目标风机所在位置的空气密度与目标风机所在位置的风速和风向的关系，得到目标风机的转速及目标风机所在位置的空气密度与目标风机所在位置的风速和风向的关系集；
S4、实时检测风机的转速和空气密度，并根据所述的关系集得到对应的风速和风向信息。
其中，所述的空气密度数据通过以下步骤获取：
S1001、给风机组设置气压传感器来采集风机所在位置的空气气压值；
S1002、给风机组设置温度传感器来采集对应步骤S1001中的空气气压值同一时点的空气温度值；
S1003、将步骤S1001中获得的空气气压值和步骤S1002中获得的空气温度值代入气体状态公式得到所述的空气密度数据。
优选的，在步骤S4中，当在所述的关系集中未查询到检测的风机的转速值，则选择关系集中最接近的转速值进行查询；
当在所述的关系集中未查询到检测的空气密度值，则选择关系集中最接近的空气密度值进行查询。
优选的，所述的关系集可为以下结构：
关系集包括第一参数值、第二参数值、第一估测值、第二估测值。
其中每一第一参数值对应多个第二参数值，每一第二参数值对应多个第一估测值，每一第一估测值对应多个第二估测值。
优选的，在一实施例中，所述的第一参数值为风机的转速值，第二参数值为风机所在位置的空气密度值，第一估测值为风机的风速值，第二估测值为风机的风向值。当然的，本发明中，所述的关系集不限于上述结构，在实际的应用中，可增加扩展或减少参数值。
比如本发明中，所述的关系集的结构包括参数部分和估测部分：
所述的参数部分可拓展为第一参数值、第二参数值、第三参数值……第N参数值，所述的估测部分分别为风速值和风向值。通过拓展参数部分层级结构，则会使得估测结果更加精确，该参数部分包括了风机的运行参数及风机所在位置的空气密度。
在上述实施例中，当在所述的关系集中既未查询到当前风机的转速值也未查询到风机所在位置当期的空气密度值，则优先在关系集中的找出最接近第一参数值，即风机的转速值，再在关系集中根据第一参数值找出最接近的第二参数值，即空气密度值，然后再由该空气密度值匹配出一组或多组风速风向信息。当然的，为了确定最终的估测结果，可以结合当前传感器采集的风速或风向信息，从而可确定最终的风向或风速信息。
优选的，所述的目标风机至少包括一个，可以为预先指定好的风机也可以是根据风电机组的风机种类和分布情况，随机选取的若干风机。
优选的，所述的目标风机包括均匀分布在风电场不同位置的多个风机。
在上述方案中，通过多个风机进行估测风速风向信息，则估测结果更加准确，为了达到更加精确的估测效果，则在风电场内选择出距离间隔均匀的多个风机。
将各风机分别进行风信息估测或将各风机采集的实时的运行参数进行中值法计算，形成一组查询样本，即将多个风机的相同运行参数平均计算得出一组运行参数，并根据该一组运行参数进行风信息估测。当然的，也可以是分别对各单独的风机进行风信息估测，再将各风机的估测结果进行平均计算，得出最终的估测结果。
优选的，所述的目标风机也可通过以下步骤获知：
S101、将风电机组内各风机根据类型分为N类风机；
S102、分别在N类风机中随机选择或指定若干风机作为所述的目标风机。
其中，在步骤S102中，每一种风机中所选择的目标风机的数量根据每类风机在风电机组中的数量占比确定。
优选的，在步骤S3中，包括对该多个目标风机分别构造风机的转速和空气密度与目标风机所在位置的风速和风向的关系，分别得到各目标风机的转速和空气密度与各目标风机所在位置的风速和风向的关系集；
则在在步骤S4中，包括控制各目标风机分别同时检测本机转速和对应的空气密度，并根据所述的关系集分别得到风速风向信息。
优选的，在步骤S4中，还包括将分别得到的风速风向信息进行数据清洗去除干扰或者错误产生的数据，对经过数据清理后的数据进行中值法计算，获得最终精确的风速风向数据。
其中，所述中值法计算包括分别将各风速信息和各风向信息进行平均值计算得到最终精确的风速风向数据。
本发明中，通过对风机的实测运行数据检测，结合数据库可精确的获取风机所处位置的实时风速和风向，以供机组进行控制操作的依据。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。

Claims (10)

1.一种风电场风信息估测方法，其特征在于，包括根据风机的所在位置同一时点的风速风向数据、空气密度数据、风机的朝向信息以及风机的运行数据的一一对应关系建立风信息数据库，通过在该风信息数据库中查询风机的当前运行参数及对应的空气密度及风机的朝向信息可获取当前精确的风速风向信息；
所述的方法括以下步骤：
S1、确定风电机组内的目标风机；
S2、采集所述的目标风机所在位置同一时点的风速风向数据、空气密度数据、风机的朝向信息、风机的运行参数数据；
S3、根据步骤S2 中采集的各数据建立风信息数据库，根据建立的所述的风信息数据库，构造目标风机的转速、目标风机的朝向信息及目标风机所在位置的空气密度与目标风机所在位置的风速和风向的关系，得到目标风机的转速、目标风机的朝向信息及目标风机所在位置的空气密度与目标风机所在位置的风速和风向的关系集；
S4、实时检测风机的转速、风机的朝向和空气密度，并根据所述的关系集得到对应的风速和风向信息；
其中每一风机的转速值对应多个风机所在位置的空气密度值，每一风机所在位置的空气密度值对应多个风机的风速值，每一风机的风速值对应多个风机的风向值。
2.根据权利要求1 所述的一种风电场风信息估测方法，其特征在于，所述的风机的运行参数为可准确实测的数据，包括风机的实测转速。
3.根据权利要求1所述的一种风电场风信息估测方法，其特征在于，在步骤S4 中，当在所述的关系集中未查询到检测的风机的转速值，则选择关系集中最接近的转速值进行查询；
当在所述的关系集中未查询到检测的空气密度值，则选择关系集中最接近的空气密度值进行查询。
4.根据权利要求1 至3中任一项所述的一种风电场风信息估测方法，其特征在于，所述的目标风机至少包括一个，可以为预先指定好的风机也可以是根据风电机组的风机种类和分布情况，随机选取的若干风机。
5.根据权利要求4所述的一种风电场风信息估测方法，其特征在于，所述的目标风机包括均匀分布在风电场不同位置的多个风机。
6.根据权利要求4 所述的一种风电场风信息估测方法，其特征在于，所述的目标风机通过以下步骤获知：
S101、将风电机组内各风机根据类型分为N 类风机；
S102、分别在N 类风机中随机选择或指定若干风机作为所述的目标风机。
7.根据权利要求 6 所述的一种风电场风信息估测方法，其特征在于，在步骤S102 中，每一种风机中所选择的目标风机的数量根据每类风机的在风电机组中的数量占比确定。
8.根据权利要求7 所述的一种风电场风信息估测方法，其特征在于，在步骤S3 中，包括对多个目标风机分别构造风机的转速和空气密度与目标风机所在位置的风速和风向的关系，分别得到各目标风机的转速和空气密度与各目标风机所在位置的风速和风向的关系集；
在步骤S4 中，包括控制各目标风机分别同时检测本机转速和对应的空气密度，并根据所述的关系集分别得到风速风向信息。
9.根据权利要求8 所述的一种风电场风信息估测方法，其特征在于，在步骤S4 中，还包括将分别得到的风速风向信息进行数据清洗去除干扰或者错误产生的数据，对经过数据清理后的数据进行中值法计算，获得最终精确的风速风向数据。
10.根据权利要求9 所述的一种风电场风信息估测方法，其特征在于，所述中值法计算包括分别将各风速信息和各风向信息进行平均值计算得到最终精确的风速风向数据。
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