CN110094299B - 风电机组的偏航对风自矫正方法和设备 - Google Patents

风电机组的偏航对风自矫正方法和设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种风电机组的偏航对风自矫正方法和设备，所述偏航对风自矫正方法包括：获取风电机组的运行数据；将所述运行数据转换成数据点时间间隔为系统响应时间的运行数据；按照不同的扇区划分转换后的运行数据；针对每个扇区，在所述扇区内的运行数据中查找每个风速段的最大功率值，根据所述每个风速段的最大功率值确定每个风速段对应的偏航对风偏差值；按照各个扇区内的各个风速段对应的偏航对风偏差值对风电机组进行偏航对风矫正。根据本发明，可准确、简单、高效地在线对风电机组进行对风偏差计算和矫正，可长期保持风电机组的对风精度。

Description

风电机组的偏航对风自矫正方法和设备
技术领域
本发明涉及风电机组的偏航控制领域。更具体地讲，涉及一种风电机组的偏航对风自矫正方法和设备。
背景技术
受高空作业困难的影响，大型风力发电机组机舱初始方位与风向标初始方位之间很难达到精确标定。目前在风电场安装机组时，调试人员一般根据经验采用目测来进行风向标初始位置的标定，这导致风力发电机组机舱初始方位与风向标初始方位存在随机偏差。另外，风向仪之类的测量设备长时间运行会产生零点漂移，也会对偏航对风角的测量准确度造成影响。同时，在风电机组运行过程中，安装在机舱尾部的风向仪测量偏差根据其安装位置不同而受风轮旋转的影响程度不同，且该测量偏差随转速变化而变化。由于上述安装随机偏差和测量偏差的存在，导致风轮平面不能正对风向，降低了风能的利用率，造成风机输出功率和发电量低。
随着风力发电机组单机容量的不断增大，风力发电机组固有偏航误差角导致的风力发电机组功率损失不断增大，这大大降低了风机的发电量；加之风力发电设备制造行业竞争激烈，风力发电运营厂商对风力发电机组发电效率的要求也越来越高，因而迫切需要一种可以减小上述固有偏航误差角造成的功率损失，以提高风机发电效率和发电量的方法。现有技术中已出现了一些风电机组的偏航对风矫正方法，但这些技术难以准确地定位机组的实际对风偏差角度，从而难以准确地进行偏航对风矫正。
发明内容
本发明的目的在于提供一种风电机组的偏航对风自矫正方法和设备，以解决现有的偏航对风矫正方法准确度不高的问题。
本发明的一方面提供一种风电机组的偏航对风自矫正方法，所述偏航对风自矫正方法包括：获取风电机组的运行数据；将所述运行数据转换成数据点时间间隔为系统响应时间的运行数据；按照不同的扇区划分转换后的运行数据；针对每个扇区，在所述扇区内的运行数据中查找每个风速段的最大功率值，根据所述每个风速段的最大功率值确定每个风速段对应的偏航对风偏差值；按照各个扇区内的各个风速段对应的偏航对风偏差值对所述风电机组进行偏航对风矫正。
可选地，所述按照不同的扇区划分转换后的运行数据之前，还包括：根据风电场的机位点的排布情况以及风电场的地形情况对所述风电机组的运行区间进行扇区的划分。
可选地，所述在所述扇区内的运行数据中查找每个风速段的最大功率值，根据所述每个风速段的最大功率值确定每个风速段对应的偏航对风偏差值包括：将所述扇区内的运行数据按照对风角度划分为多个不同的对风角度区间；在不同的对风角度区间中查找每个风速段的最大功率值；将每个风速段的最大功率值对应的对风角度区间的中值确定为每个风速段对应的偏航对风偏差值。
可选地，所述在不同的对风角度区间中查找每个风速段的最大功率值包括：将每个对风角度区间中的运行数据按风速进行分仓，将每个风速仓中的运行数据作为一个数据点，得到每个对风角度区间的功率风速曲线，并根据每个对风角度区间的功率风速曲线确定每个风速段的最大功率值。
可选地，所述按照不同的扇区划分转换后的运行数据包括：删除转换后的运行数据中的异常数据，并按照不同的扇区划分删除了异常数据的转换后的运行数据。
可选地，所述将所述运行数据转换成数据点时间间隔为系统响应时间的运行数据包括：当所述运行数据的数据量满足绘制功率曲线的数据量时，将所述运行数据转换成数据点时间间隔为系统响应时间的运行数据。
本发明的一方面提供一种风电机组的偏航对风自矫正设备，所述偏航对风自矫正设备包括：获取单元，用于获取风电机组的运行数据；转换单元，用于将所述运行数据转换成数据点时间间隔为系统响应时间的运行数据；划分单元，用于按照不同的扇区划分转换后的运行数据；查找单元，用于针对每个扇区，在所述扇区内的运行数据中查找每个风速段的最大功率值，根据所述每个风速段的最大功率值确定每个风速段对应的偏航对风偏差值；矫正单元，用于按照各个扇区内的各个风速段对应的偏航对风偏差值对所述风电机组进行偏航对风矫正。
可选地，所述设备还包括：扇区划分单元，用于在所述划分单元按照不同的扇区划分转换后的运行数据之前，根据风电场的机位点的排布情况以及风电场的地形情况对所述风电机组的运行区间进行扇区的划分。
可选地，所述查找单元，具体用于将所述扇区内的运行数据按照对风角度划分为多个不同的对风角度区间，在不同的对风角度区间中查找每个风速段的最大功率值，将每个风速段的最大功率值对应的对风角度区间的中值确定为每个风速段对应的偏航对风偏差值。
可选地，所述查找单元，具体用于将每个对风角度区间中的运行数据按风速进行分仓，将每个风速仓中的运行数据作为一个数据点，得到每个对风角度区间的功率风速曲线，并根据每个对风角度区间的功率风速曲线确定每个风速段的最大功率值。
可选地，所述划分单元，具体用于删除转换后的运行数据中的异常数据，并按照不同的扇区划分删除了异常数据的转换后的运行数据。
可选地，所述转换单元，具体用于当所述运行数据的数据量满足绘制功率曲线的数据量时，将所述运行数据转换成数据点时间间隔为系统响应时间的运行数据。
本发明的另一方面提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有当被处理器执行时使得处理器执行如上所述的风电机组的偏航对风自矫正方法的计算机程序。
本发明的另一方面提供一种计算装置，该计算装置包括：处理器；存储器，用于存储当被处理器执行使得处理器执行如上所述的风电机组的偏航对风自矫正方法的计算机程序。
根据本发明的实施例的风电机组的偏航对风自矫正方法和设备，基于风电机组的日常运行数据，从整机系统的角度，通过将运行数据划分为不同的扇区，可充分考虑机舱尾流、不同扇区的风频差异以及机组实际运行状态与理论值的差异对偏航对风偏差计算精度的影响，并且将运行数据转换成以系统响应时间为间隔的运行数据，考虑了风轮转动惯量导致实际转速与风速变化之间的滞后，可准确、简单、高效地在线对风电机组进行对风偏差计算和矫正，可长期保持风电机组的对风精度。
根据本发明的实施例的风电机组的偏航对风自矫正方法和设备，可用于不同扇区不同风速段的对风矫正，也可通过嵌入到相应软件平台中实现对机组在线的准实时的对风矫正，可使风机在不同风速、不同地形条件下均能精准对风，为精细化风机、智能化风机打下坚实的基础。
将在接下来的描述中部分阐述本发明另外的方面和/或优点，还有一部分通过描述将是清楚的，或者可以经过本发明的实施而得知。
附图说明
通过下面结合附图进行的详细描述，本发明的上述和其它目的、特点和优点将会变得更加清楚，其中：
图1是示出根据本发明的实施例的风电机组的偏航对风自矫正方法的流程图；
图2是示出根据本发明的实施例的风电机组的偏航对风自矫正设备的框图。
具体实施方式
下面参照附图详细描述本发明的实施例。
图1是示出根据本发明的实施例的风电机组的偏航对风自矫正方法的流程图。
在步骤S10，获取风电机组的运行数据。运行数据可包括风速、功率以及对风角度等。
在步骤S20，将获取的运行数据转换成数据点时间间隔为系统响应时间的运行数据。作为示例，可按照国际电工委员会(IEC)标准来转换运行数据。
该系统响应时间是指风轮转动惯量导致的实际转速与风速变化之间的滞后时间，由于存在系统响应时间，因此，功率变化和风速变化之间也存在滞后。由于获取的运行数据一般为原始数据，原始数据的采集周期一般比较密集，采集周期(即原始运行数据中的数据点时间间隔)一般远小于系统响应时间，也就是说，原始的运行数据中的数据点中的功率和风速并不成对应关系，因此，需要将获取的运行数据转换成数据点时间间隔为系统响应时间的运行数据。在转换的工程中，将原始的运行数据以系统响应时间为一个周期，将每个周期内的多个原始的数据点的各个数据(例如风速、功率以及对风角度等)分别进行平均得到转换后的数据点的各个数据。
在一个优选的实施例中，为了使偏航对风矫正更为准确，需要在运行数据的数据量满足绘制功率曲线的数据量时，将运行数据转换成数据点时间间隔为系统响应时间的运行数据以及进行后续处理。作为示例，绘制功率曲线的数据量可以是IEC标准中的绘制功率曲线的数据量。
在一个优选的实施例中，在后续处理之前，还可将转换后的运行数据进行清洗，即将运行数据中的异常数据进行删除。例如，可对运行数据中的各数据设置正常数据区间，将超出该正常数据区间的数据进行删除。例如，风速的正常数据区间可以是0至30米每秒。
在步骤S30，按照不同的扇区划分转换后的运行数据。
在之前未对异常数据进行删除的实施例中，按照不同的扇区划分转换后的运行数据。在之前对异常数据进行删除的实施例中，按照不同的扇区划分删除了异常数据的转换后的运行数据。
这里，在按照不同的扇区划分转换后的运行数据之前，可根据风电场的机位点的排布情况以及风电场的地形情况对风电机组的运行区间进行扇区的划分。本发明不对划分扇区的方式进行限制，还可以采用其他的方式来划分扇区。
在步骤S40，针对每个扇区，在扇区内的运行数据中查找每个风速段的最大功率值，根据每个风速段的最大功率值确定每个风速段对应的偏航对风偏差值。
这里，可通过各种处理来查找每个风速段的最大功率值以及根据所述每个风速段的最大功率值确定每个风速段对应的偏航对风偏差值。
作为示例，针对每个扇区将所述扇区内的运行数据按照对风角度划分为多个不同的对风角度区间；在不同的对风角度区间中查找每个风速段的最大功率值；将每个风速段的最大功率值对应的对风角度区间的中值确定为每个风速段对应的偏航对风偏差值。
具体说来，不同的对风角度区间的长度可不同。例如，可将角度范围在预定角度范围(YawMin，YawMax)(对风矫正关注的对风角度范围)内的对风角度的运行数据按不同步长划分到n个不同的对风角度区间中，其中，n值越大，结果越精细。小于YawMin的对风角度的运行数据划分到(-∞，YawMin)区间中，大于YawMax的对风角度划分到(YawMax，+∞)区间中。
划分完对风角度区间后，将各个对风角度区间的运行数据中的每个风速段对应的功率进行对比，找到最大的功率(即最大功率值)。这里，针对每个对风角度区间，可将每个风速段内的各个风速对应的功率进行平均得到每个风速段对应的功率。作为示例，为了方便对比，可将功率进行二次处理(将功率乘以或除以某个数值)后再进行对比。
在一个优选的实施例中，为了方便查找最大功率值，可将每个对风角度区间中的运行数据按风速进行分仓(一个风速仓对应一个风速段)，将每个风速仓中的运行数据作为一个数据点，得到每个对风角度区间的功率风速曲线，并根据每个对风角度区间的功率风速曲线确定每个风速段的最大功率值。这里，作为示例，可根据IEC标准来拟合得到功率风速曲线。
这里，将每个风速仓中的运行数据作为一个数据点是指将每个风速仓中各个风速对应的功率进行平均得到每个风速仓(即风速段)对应的功率。为了提高数据的精度，可将包含的数据点少于预定数量的风速仓对应的功率设置为空值。
本发明不对查找最大功率值的方式进行限制，还可以采用其他方式来查找该对风角度。
在步骤S50，按照各个扇区内的各个风速段对应的偏航对风偏差值对风电机组进行偏航对风矫正。这里，可通过对风电机组的主控程序修改，针对性的完成风电机组在特定扇区的特定风速段内的偏航对风偏差矫正。
图2是示出根据本发明的实施例的风电机组的偏航对风自矫正设备的框图。本发明的实施例的风电机组的偏航对风自矫正设备包括获取单元10、转换单元20、划分单元30、查找单元40和矫正单元50。
获取单元10用于获取风电机组的运行数据。运行数据可包括风速、功率以及对风角度等。
转换单元20用于将运行数据转换成数据点时间间隔为系统响应时间的运行数据。作为示例，可按照国际电工委员会(IEC)标准来转换运行数据。
该系统响应时间是指风轮转动惯量导致的实际转速与风速变化之间的滞后时间，由于存在系统响应时间，因此，功率变化和风速变化之间也存在滞后。由于获取的运行数据一般为原始数据，原始数据的采集周期一般比较密集，采集周期(即原始运行数据中的数据点时间间隔)一般远小于系统响应时间，也就是说，原始的运行数据中的数据点中的功率和风速并不成对应关系，因此，需要将获取的运行数据转换成数据点时间间隔为系统响应时间的运行数据。在转换的工程中，将原始的运行数据以系统响应时间为一个周期，将每个周期内的多个原始的数据点的各个数据(例如风速、功率以及对风角度等)分别进行平均得到转换后的数据点的各个数据。
在一个优选的实施例中，为了使偏航对风矫正更为准确，需要在运行数据的数据量满足绘制功率曲线的数据量时，将运行数据转换成数据点时间间隔为系统响应时间的运行数据以及进行后续处理。作为示例，绘制功率曲线的数据量可以是IEC标准中的绘制功率曲线的数据量。
在一个优选的实施例中，在后续处理之前，还可将转换后的运行数据进行清洗，即将运行数据中的异常数据进行删除。例如，可对运行数据中的各数据设置正常数据区间，将超出该正常数据区间的数据进行删除。例如，风速的正常数据区间可以是0至30米每秒。
划分单元30用于按照不同的扇区划分转换后的运行数据。
在未对异常数据进行删除的实施例中，按照不同的扇区划分转换后的运行数据。在对异常数据进行删除的实施例中，按照不同的扇区划分删除了异常数据的转换后的运行数据。
这里，在一个优选的实施例中，本发明的是实施例的风电机组的偏航对风自矫正设备还可包括扇区划分单元(图中未示出)。扇区划分单元用于在划分单元30按照不同的扇区划分转换后的运行数据之前，根据风电场的机位点的排布情况以及风电场的地形情况对风电机组的运行区间进行扇区的划分。本发明不对划分扇区的方式进行限制，还可以采用其他的方式来划分扇区。
查找单元40用于针对每个扇区，在扇区内的运行数据中查找每个风速段的最大功率值，根据每个风速段的最大功率值确定每个风速段对应的偏航对风偏差值。这里，可通过各种处理来查找每个风速段的最大功率值。
作为示例，针对每个扇区将扇区内的运行数据按照对风角度划分为多个不同的对风角度区间；在不同的对风角度区间中查找每个风速段的最大功率值；将每个风速段的最大功率值对应的对风角度区间的中值确定为每个风速段对应的偏航对风偏差值。
具体说来，不同的对风角度区间的长度可不同。例如，可将角度范围在预定角度范围(YawMin，YawMax)(对风矫正关注的对风角度范围)内的对风角度的运行数据按不同步长划分到n个不同的对风角度区间中，其中，n值越大，结果越精细。小于YawMin的对风角度的运行数据划分到(-∞，YawMin)区间中，大于YawMax的对风角度划分到(YawMax，+∞)区间中。
划分完对风角度区间后，将各个对风角度区间的运行数据中的每个风速段对应的功率进行对比，找到最大的功率(即最大功率值)。这里，针对每个对风角度区间，可将每个风速段内的各个风速对应的功率进行平均得到每个风速段对应的功率。作为示例，为了方便对比，可将功率进行二次处理(将功率乘以或除以某个数值)后再进行对比。
在一个优选的实施例中，为了方便查找最大功率值，可将每个对风角度区间中的运行数据按风速进行分仓(一个风速仓对应一个风速段)，将每个风速仓中的运行数据作为一个数据点，得到每个对风角度区间的功率风速曲线，并根据每个对风角度区间的功率风速曲线确定每个风速段的最大功率值。这里，作为示例，可根据IEC标准来拟合得到功率风速曲线。
这里，将每个风速仓中的运行数据作为一个数据点是指将每个风速仓中各个风速对应的功率进行平均得到每个风速仓(即风速段)对应的功率。为了提高数据的精度，可将包含的数据点少于预定数量的风速仓对应的功率设置为空值。
本发明不对查找最大功率值的方式进行限制，还可以采用其他方式来查找该对风角度。
矫正单元50用于按照各个扇区内的各个风速段对应的偏航对风偏差值对风电机组进行偏航对风矫正。这里，可通过对风电机组的主控程序修改，针对性的完成风电机组在特定扇区的特定风速段内的偏航对风偏差矫正。
根据本发明的实施例的风电机组的偏航对风自矫正方法和设备，基于风电机组的日常运行数据，从整机系统的角度，通过将运行数据划分为不同的扇区，可充分考虑机舱尾流、不同扇区的风频差异以及机组实际运行状态与理论值的差异对偏航对风偏差计算精度的影响，并且将运行数据转换成以系统响应时间为间隔的运行数据，考虑了风轮转动惯量导致实际转速与风速变化之间的滞后，可准确、简单、高效地在线对风电机组进行对风偏差计算和矫正，可长期保持风电机组的对风精度。
根据本发明的实施例的风电机组的偏航对风自矫正方法和设备，可用于不同扇区不同风速段的对风矫正，也可通过嵌入到相应软件平台中实现对机组在线的准实时的对风矫正，可使风机在不同风速、不同地形条件下均能精准对风，为精细化风机、智能化风机打下坚实的基础。
根据本发明的实施例还提供一种计算机可读存储介质。该计算机可读存储介质存储有当被处理器执行时使得处理器执行如上所述的风电机组的偏航对风自矫正方法的计算机程序。
根据本发明的实施例还提供一种计算装置。该计算装置包括处理器和存储器。存储器用于存储程序指令。所述程序指令被处理器执行使得处理器执行如上所述的风电机组的偏航对风自矫正方法的计算机程序。
此外，根据本发明的实施例的风电机组的偏航对风自矫正设备中的各个程序模块可完全由硬件来实现，例如现场可编程门阵列或专用集成电路；还可以由硬件和软件相结合的方式来实现；也可以完全通过计算机程序来以软件方式实现。
尽管已经参照其示例性实施例具体显示和描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。

Claims (14)

1.一种风电机组的偏航对风自矫正方法，其特征在于，所述偏航对风自矫正方法包括：
获取风电机组的运行数据；
将所述运行数据转换成数据点时间间隔为系统响应时间的运行数据；
按照不同的扇区划分转换后的运行数据；
针对每个扇区，在所述扇区内的运行数据中查找每个风速段的最大功率值，根据所述每个风速段的最大功率值确定每个风速段对应的偏航对风偏差值；
按照各个扇区内的各个风速段对应的偏航对风偏差值对所述风电机组进行偏航对风矫正。
2.根据权利要求1所述的偏航对风自矫正方法，其特征在于，所述按照不同的扇区划分转换后的运行数据之前，还包括：根据风电场的机位点的排布情况以及风电场的地形情况对所述风电机组的运行区间进行扇区的划分。
3.根据权利要求1所述的偏航对风自矫正方法，其特征在于，所述在所述扇区内的运行数据中查找每个风速段的最大功率值，根据所述每个风速段的最大功率值确定每个风速段对应的偏航对风偏差值包括：
将所述扇区内的运行数据按照对风角度划分为多个不同的对风角度区间；
在不同的对风角度区间中查找每个风速段的最大功率值；
将每个风速段的最大功率值对应的对风角度区间的中值确定为每个风速段对应的偏航对风偏差值。
4.根据权利要求3所述的偏航对风自矫正方法，其特征在于，所述在不同的对风角度区间中查找每个风速段的最大功率值包括：将每个对风角度区间中的运行数据按风速进行分仓，将每个风速仓中的运行数据作为一个数据点，得到每个对风角度区间的功率风速曲线，并根据每个对风角度区间的功率风速曲线确定每个风速段的最大功率值。
5.根据权利要求1所述的偏航对风自矫正方法，其特征在于，所述按照不同的扇区划分转换后的运行数据包括：删除转换后的运行数据中的异常数据，并按照不同的扇区划分删除了异常数据的转换后的运行数据。
6.根据权利要求1所述的偏航对风自矫正方法，其特征在于，所述将所述运行数据转换成数据点时间间隔为系统响应时间的运行数据包括：
当所述运行数据的数据量满足绘制功率曲线所需的数据量时，将所述运行数据转换成数据点时间间隔为系统响应时间的运行数据。
7.一种风电机组的偏航对风自矫正设备，其特征在于，所述偏航对风自矫正设备包括：
获取单元，用于获取风电机组的运行数据；
转换单元，用于将所述运行数据转换成数据点时间间隔为系统响应时间的运行数据；
划分单元，用于按照不同的扇区划分转换后的运行数据；
查找单元，用于针对每个扇区，在所述扇区内的运行数据中查找每个风速段的最大功率值，根据所述每个风速段的最大功率值确定每个风速段对应的偏航对风偏差值；
矫正单元，用于按照各个扇区内的各个风速段对应的偏航对风偏差值对所述风电机组进行偏航对风矫正。
8.根据权利要求7所述的偏航对风自矫正设备，其特征在于，所述设备还包括：扇区划分单元，用于在所述划分单元按照不同的扇区划分转换后的运行数据之前，根据风电场的机位点的排布情况以及风电场的地形情况对所述风电机组的运行区间进行扇区的划分。
9.根据权利要求7所述的偏航对风自矫正设备，其特征在于，所述查找单元，具体用于将所述扇区内的运行数据按照对风角度划分为多个不同的对风角度区间，在不同的对风角度区间中查找每个风速段的最大功率值，将每个风速段的最大功率值对应的对风角度区间的中值确定为每个风速段对应的偏航对风偏差值。
10.根据权利要求9所述的偏航对风自矫正设备，其特征在于，所述查找单元，具体用于将每个对风角度区间中的运行数据按风速进行分仓，将每个风速仓中的运行数据作为一个数据点，得到每个对风角度区间的功率风速曲线，并根据每个对风角度区间的功率风速曲线确定每个风速段的最大功率值。
11.根据权利要求7所述的偏航对风自矫正设备，其特征在于，所述划分单元，具体用于删除转换后的运行数据中的异常数据，并按照不同的扇区划分删除了异常数据的转换后的运行数据。
12.根据权利要求7所述的偏航对风自矫正设备，其特征在于，所述转换单元，具体用于当所述运行数据的数据量满足绘制功率曲线所需的数据量时，将所述运行数据转换成数据点时间间隔为系统响应时间的运行数据。
13.一种计算机可读存储介质，存储有当被处理器执行时使得处理器执行如权利要求1至6中任意一项所述的风电机组的偏航对风自矫正方法的计算机程序。
14.一种计算装置，包括：
处理器；
存储器，用于存储当被处理器执行使得处理器执行如权利要求1至6中任意一项所述的风电机组的偏航对风自矫正方法的计算机程序。
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