CN110067708A - 一种使用功率曲线识别偏航对风不正的方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种使用功率曲线识别偏航对风不正的方法，包括以下步骤：采集风力发电机组运行数据；对数据进行预处理，剔除数据中非正常运行状态数据；保留对风角值在固定范围内的数据，以固定间隔对对风角数据划分区间；遍历每个对风角区间下的数据，拟合每个对风角区间中风速‑功率关系曲线；计算设定风速范围内功率曲线下的面积；遍历所有对风角区间后，获得所有对风角下的功率曲线及对应曲线下的面积，判断最大的曲线下面积值所对应的对风角区间为偏航对风偏差角度所在区间。通过对不同对风角区间的功率曲线的拟合，寻找整体机组风能利用最佳的对风角位置来判断对风偏差角度，可以消除不稳定性和不准确性。

Description

一种使用功率曲线识别偏航对风不正的方法

技术领域

本申请涉及一种使用功率曲线识别偏航对风不正的方法，适用于风力发电的技术领域。

背景技术

偏航对风不正是风力发电机中常见的一种现象。由于风向标安装未校准、风向标松动或卡滞、风向标随使用测量误差变大、偏航系统控制出现故障等，造成叶片实际对风角度与应对风的角度存在偏差，从而造成发电量损失。大部分使用运行数据解决该问题的方法基于正常情况下风机获取风能最大值应该在对风角为0度附近的假设。在具体实现的算法上，通常采用对风速进行切分，对每个风速区间下的对风角-功率或其他等效的风能利用特征进行拟合，进而计算最大功率或风能利用特征所对应的对风角角度为偏差角度。这种方法由于现场实际风况复杂，风在经过叶片后风速和风向发生改变，而导致风速仪风向标测量值与叶片前并不相同，在这种情况下对机舱风速仪所测得的风速进行切分，会观察到不同的风速区间下，对风角-功率的关系表现并不一致，在某些情况下表现甚至会有很大差异，因此其获得的结果并不稳定且不准确。

现有技术中急需一种在不使用额外设备，且仅基于SCADA运行数据来检测识别偏航对风误差角度的方法。

发明内容

本申请提出了一种使用功率曲线识别偏航对风不正的方法，基于发电量最大或风机性能最好的对风角位置为其实际正对风的位置的原理，通过对不同对风角区间的功率曲线的拟合，寻找整体机组风能利用最佳的对风角位置来判断对风偏差角度，可以规避其他方法中由于机舱风速仪测量误差以及与实际叶片前风速差异等带来的不稳定性以及不准确性。

根据本申请的一种使用功率曲线识别偏航对风不正的方法，包括以下步骤：

(1)采集风力发电机组运行数据；

(2)对数据进行预处理，剔除数据中非正常运行状态数据；

(3)保留对风角值在固定范围内的数据，以固定间隔对对风角数据划分区间；

(4)遍历每个对风角区间下的数据，拟合每个对风角区间中风速-功率关系曲线；

(5)计算设定风速范围内功率曲线下的面积；

(6)遍历所有对风角区间后，获得所有对风角下的功率曲线及对应曲线下的面积，判断最大的曲线下面积值所对应的对风角区间为偏航对风偏差角度所在区间。

优选地，如果出现最大曲线下面积值对应多于一个的对风角区间，取最接近0值的区间为偏航对风偏差角度所在区间。

优选地，步骤(3)中保留的对风角值的范围为[-30,30]，固定间隔为2。在步骤(2)中，计算对风角数据的值域，判断最大值是否超过180度，将该变量中大于180度的数据减去360度，以转换值域到[-180，180]。

本申请基于发电量最大或风机性能最好的对风角位置为其实际正对风的位置的原理，通过对不同对风角区间的功率曲线的拟合，寻找整体机组风能利用最佳的对风角位置来判断对风偏差角度，可以规避其他方法中由于机舱风速仪测量误差以及与实际叶片前风速差异等带来的不稳定性以及不准确性。

附图说明

图1是本申请的使用功率曲线识别偏航对风不正的方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本申请的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

下面结合图1对本申请的使用功率曲线识别偏航对风不正的方法进行说明。本申请的方法包括以下步骤：

(1)采集来自SCADA系统(数据采集与监视控制系统)的风力发电机组运行数据，采集的运行数据可以包括风速、转速、叶片角度、对风角、有功功率、风机运行状态等。采集的方式可以是在风力发电机组的对应位置设置传感器或测量设备。

(2)对数据进行预处理，使用风机状态标识或基于风机状态控制逻辑剔除数据中非正常运行状态数据，此处的非正常运行状态可能包括停机、故障、维护、限功率等状态。

具体地，可以设置数据标注模块，其根据停机、故障、维护、限功率等状态的管理运营数据对相关时间范围内的运行数据进行状态标注。例如，根据输入的风场运营维护记录，依次标记启机后的设备运行数据为健康状态数据，停机时刻前一段时间的设备运行数据为故障数据，停机期间的设备运行数据为无效数据；再如，根据输入的风机齿轮箱油液检测结果，对检测结果前一段时间的设备运行数据进行标记，类似地可标记为风机齿轮箱存在故障风险或风机齿轮箱正常。

(3)保留对风角值在固定范围内的数据，例如可以设定范围为[-30,30]。以固定间隔对对风角数据划分区间，例如该间隔可以设定为2。

(4)遍历每个对风角区间下的数据，拟合每个对风角区间中风速-功率关系曲线。在本申请中，对拟合使用的具体方法没有特指，任何可以拟合风速-功率关系的统计学方法、机器学习方法都是可行的。

(5)计算设定风速范围内功率曲线下的面积。在一般情况下，可以使用积分法或其他等效方法计算风速为[3,10]范围内的功率曲线下的面积。

(6)遍历所有对风角区间后，获得所有对风角下的功率曲线及对应曲线下的面积。判断最大的曲线下面积值所对应的对风角区间。若出现多于一个的最大曲线下面积值对应的对风角区间，取最接近0值的区间，该区间即为偏航对风偏差角度所在区间。

实施例

一种使用功率曲线识别偏航对风不正的方法，包括以下步骤：

(1)获得SCADA系统的监测数据。

(2)对数据进行预处理，根据数据中的风机状态标识删除设备在故障、维护、限电等非正常运行状态时的数据，对于没有风机状态标识变量的数据，选择桨叶角小于5度角的数据。风机通过桨叶角控制转速来达到停机或限功率，通常停机或限功率时，桨叶角小于5度。

优选地，还可以计算对风角数据的值域，判断最大值是否超过180度。对于最大值超过180度的该变量，将该变量中大于180度的数据减去360度，以转换值域到[-180，180]。

(3)保留对风角值在固定范围内的数据，默认设定为[-30,30]。

(4)对对风角数据以固定间隔分区间。例如，可以0.5的间隔宽度将对风角数据划分为[-30,-29.5)，[-29.5,-29)，…，[29.5,30]等一系列区间。

(5)分别拟合每个对风角区间中的风速-功率之间的关系曲线。

(6)计算设定风速范围内功率曲线下的面积，生成一系列以0.01大小宽度的等间隔、值域为[3,10]的风速数据，如3,3.01,3.02…9.98，9.99,10。该风速数据代入步骤(5)生成的风功率曲线模型中，计算对应的功率值。将所有功率值加和即获得等效的功率曲线下面积。如计算得到[-30,-29.5)的曲线下面积为54903.8，[-29.5,-29)为57303.3，……，[29.5,30]为51666.35。

(7)获得所有对风角区间下的功率曲线下面积。判断最大曲线下面积对应的对风角区间。

(8)若出现多于一个的最大曲线下面积值对应的对风角区间，取最接近0值的区间。该区间为偏航对风偏差角度所在区间。

虽然本申请所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本申请而采用的实施方式，并非用以限定本申请。任何本申请所属技术领域内的技术人员，在不脱离本申请所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本申请的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (4)

1.一种使用功率曲线识别偏航对风不正的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)采集风力发电机组运行数据；

(2)对数据进行预处理，剔除数据中非正常运行状态数据；

(3)保留对风角值在固定范围内的数据，以固定间隔对对风角数据划分区间；

(4)遍历每个对风角区间下的数据，拟合每个对风角区间中风速-功率关系曲线；

(5)计算设定风速范围内功率曲线下的面积；

(6)遍历所有对风角区间后，获得所有对风角下的功率曲线及对应曲线下的面积，判断最大的曲线下面积值所对应的对风角区间为偏航对风偏差角度所在区间。

2.根据权利要求1所述的使用功率曲线识别偏航对风不正的方法，其特征在于，如果出现最大曲线下面积值对应多于一个的对风角区间，取最接近0值的区间为偏航对风偏差角度所在区间。

3.根据权利要求1或2所述的使用功率曲线识别偏航对风不正的方法，其特征在于，步骤(3)中保留的对风角值的范围为[-30,30]，固定间隔为2。

4.根据权利要求1或2所述的使用功率曲线识别偏航对风不正的方法，其特征在于，在步骤(2)中，计算对风角数据的值域，判断最大值是否超过180度，将该变量中大于180度的数据减去360度，以转换值域到[-180，180]。