CN111120202A - 风力发电机组的偏航角度调整方法、装置、介质以及设备 - Google Patents

风力发电机组的偏航角度调整方法、装置、介质以及设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种风力发电机组的偏航角度调整方法、装置、介质以及设备，该方法包括：获取风力发电机组的瞬时风速数据、瞬时功率数据、运行状态数据和偏航角度数据；根据瞬时风速数据的风速平均值和风速标准差计算平均空气密度和湍流强度；将瞬时风速数据进行分组，对分组后的组内数据按照偏航角度再进行分组，针对分组后的组内数据按照湍流强度进行第三次分组；对第三次分组后的组内的瞬时功率数据进行平均计算；针对瞬时功率平均计算后得到的最大值，记录对应的瞬时风速和偏航角度，建立瞬时风速与偏航角度查询表；根据查询表在不同瞬时风速下调整所述风力发电机组的偏航角度。本发明修正风力发电机组偏航方向，提高风力发电机组的发电功率。

Description

风力发电机组的偏航角度调整方法、装置、介质以及设备
技术领域
本发明总体属于风力发电机组偏航领域，更具体地说，涉及风力发电机组的偏航角度调整方法、装置、介质以及设备。
背景技术
风力发电机组在运行过程中，需要调整机舱角度即进行偏航使风机正确对风，从而叶轮垂直于来流风向以获得更高的风能转化效率，得到最优的发电功率。但风力发电机组在运行过程中由于客观因素，例如在没有精确校对气象设备，或者叶轮的转动对来流风向扰动造成风向标采集不准，导致偏航误差存在。因此，对于风力发电机组的偏航修正问题的解决具有重要意义。
发明内容
本发明的示例性实施例旨在克服现有技术中的缺陷。
本发明公开一种风力发电机组的偏航角度调整方法，所述方法包括：
获取风力发电机组的瞬时风速数据、瞬时功率数据、运行状态数据和偏航角度数据；
根据所述瞬时风速数据在第一预设时间内的风速平均值和风速标准差计算平均空气密度和湍流强度；
根据所述平均空气密度修正所述瞬时风速数据；
将修正后的瞬时风速数据进行第一次分组，对第一次分组后的组内数据按照所述偏航角度进行第二次分组，针对第二次分组后的组内数据按照所述湍流强度进行第三次分组；
对第三次分组后的组内的瞬时功率数据进行平均计算；
针对瞬时功率平均计算后得到的最大值，记录对应的瞬时风速和偏航角度，建立瞬时风速与偏航角度查询表；
根据所述查询表在不同瞬时风速下调整所述风力发电机组的偏航角度。
进一步，获取风力发电机组的瞬时风速数据、瞬时功率数据、运行状态数据和偏航角度数据，包括：
对于风力发电机组异常的运行状态数据，删除对应的瞬时功率数据。
进一步，当所述瞬时风速小于风力发电机组的切入风速，或大于风力发电机组的额定风速时，计算所述查询表中偏航角度的平均值，根据所述偏航角度的平均值调整所述风力发电机组的偏航角度。
进一步，根据所述查询表控制所述风力发电机组的控制系统进行偏航。
进一步，根据所述查询表调整所述风力发电机组的风向标的指向位置。
进一步，采用最小二乘滤波算法对所述瞬时风速数据、瞬时功率数据和偏航角度数据进行数据平滑处理。
进一步，当瞬时功率平均计算后的最大值大于风力发电机组额定功率，对所述最大值进行删除。
进一步，所述将所述修正后瞬时风速数据进行第一次分组的步骤包括：
在第一次分组中以风速数值区间，将瞬时风速作为分组维度，使所述瞬时功率数据以及对应的偏航角度数据分部在风速维度；
所述对第一次分组后的组内数据按照所述偏航角度进行第二次分组的步骤包括：
在第二次分组中以偏航角度数值区间，将偏航角度作为分组维度，使所述功率数据分部在偏航维度；
所述对第二次分组后的组内数据按照所述湍流强度进行第三次分组的步骤包括：
在第三次分组中以湍流强度数值区间，将湍流强度作为分组维度，使所述功率数据分布在湍流强度维度。
进一步，本发明公开一种风力发电机组的偏航角度调整装置，所述装置包括：
数据获取单元，获取风力发电机组的瞬时风速数据、瞬时功率数据、运行状态数据和偏航角度数据；
数据计算单元，根据所述瞬时风速数据在第一预设时间内的风速平均值和风速标准差计算平均空气密度和湍流强度；
数据修正单元，根据所述平均空气密度修正所述瞬时风速数据；
数据分组单元，将修正后的瞬时风速数据进行第一次分组，对第一次分组后的组内数据按照所述偏航角度进行第二次分组，针对第二次分组后的组内数据按照所述湍流强度进行第三次分组；
平均计算单元，对第三次分组后的组内的瞬时功率数据进行平均计算；
映射建立单元，针对瞬时功率平均计算后得到的最大值，记录对应的瞬时风速和偏航角度，建立瞬时风速与偏航角度查询表；
偏航调整单元，根据所述查询表在不同瞬时风速下调整所述风力发电机组的偏航角度。
进一步，本发明公开一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行所述的风力发电机组的偏航角度调整方法。
进一步，本发明公开一种计算机设备，包括：存储器，用于存储可执行程序；处理器，用于执行所述存储器中存储的所述可执行程序时，实现所述的风力发电机组的偏航角度调整方法。
在根据本发明示例性实施例的，可以参照形成的风速与偏航角度建立的映射关系，根据实际技术条件和对风力发电机组的控制条件，对风力发电机组进行偏航角度的修正，以提高风力发电机组充分吸收风能的能力，从而在不同风速的情况下，可以灵活准确地修正风力发电机组偏航方向，修正风向标的偏差，从而提高风力发电机组的发电功率。
附图说明
从下面结合附图对本发明实施例的详细描述中，本发明的这些和/或其他方面和优点将变得更加清楚并更容易理解，其中：
图1示出本发明实施例的一种风力发电机组的偏航角度调整方法；
图2示出本发明实施例的另一种风力发电机组的偏航角度调整方法；
图3示出了一种风速与偏航角度下功率曲线关系；
图4示出了一种风速与偏航角度下滤波后的功率曲线关系；
图5示出了本发明实施例的一种风力发电机组的偏航角度调整装置；
图6示出了现有技术的风向标的示意图；
图7示出了一种在第二湍流滤波前风速与偏航角度下功率曲线关系；
图8示出了一种在第二湍流滤波后风速与偏航角度下功率曲线关系；
图9示出了一种在第一湍流滤波前风速与偏航角度下功率曲线关系；
图10示出了一种在第一湍流滤波后风速与偏航角度下功率曲线关系。
具体实施方式
提供以下参照附图的描述以帮助全面理解由权利要求及其等同物限定的本发明的示例性实施例。以下参照附图的描述包括各种特定细节以帮助理解，但是所述特定细节将仅被视为示例性的。因此，本领域普通技术人员将意识到，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，可对这里描述的实施例进行各种改变和修改。此外，为了清晰和简要，可省略公知功能和结构的描述。
以下描述和权利要求中使用的术语和词语不限于字面含义，而是仅由发明者使用以使得能够清楚和一致地理解本发明。因此，本领域技术人员应该清楚的是，提供本发明的示例性实施例的以下描述仅是说明的目的，而不是限制由权利要求及其等同物限定的本发明的目的。
实施例一
图1示出本实施例的一种风力发电机组的偏航角度调整方法。
S101，获取风力发电机组的瞬时风速数据、瞬时功率数据、运行状态数据和偏航角度数据；
具体地，在SCADA系统中采集瞬时风速数据、瞬时功率数据、运行状态数据和偏航角度数据，瞬时功率数据可以是风力发电机组的变频器功率数据，风速数据可以是风速测试仪测试的当前风速，所述偏航角度数据可以是风力发电机组主控偏航角度判断依据的数据形式。运行状态包括，除了在风力发电机组正常运行的状态，还有可能获取到例如风力发电机组的限功率运行状态、风力发电机组的未并网状态、风力发电机组的高低压穿越状态、风力发电机组的停机状态或者风力发电机组结冰状态下的瞬时功率。具体地，上述数据的采样间隔小于10秒，采集时长大于3个月，如此采样的间隔以及时长是为了保证数据的实时性、准确性、以及全方位性，有利于全面描述当前风力发电机组的瞬时风速、瞬时功率、运行状态以及偏航角度，从而可以为后续数据分析提供更充足的数据支持。
S102，根据所述瞬时风速数据在第一预设时间内的风速平均值和风速标准差计算平均空气密度和湍流强度；
具体地，例如以10分钟为一个周期，对连续采集所得的原始数据进行处理，通过以下公式计算每一个10分钟时间内所采集的瞬时风速的平均值和标准差，并计算每个数据点的空气密度。
平均值：
Figure BDA0001848931970000051
式中：
Xk--10min数据组第k个原始数据,包括平均风速、平均环境温度；
m--10min数据组原始数据的个数；
X10min,ave--10min内所采集原始数据的平均值；
风速标准差：
Figure BDA0001848931970000052
式中：
Xk--10min数据组第k个原始数据，包括平均风速、平均环境温度；
V10min,ave--10min内所采集原始数据的平均值；
σ10min--10min内所采集原始数据的标准差。
依据瞬时风速的平均值和风速标准差通过以下公式计算湍流强度T，表征此10分钟内数据的平均湍流强度。
Figure BDA0001848931970000053
式中：
V10min,ave---10min内所采集的风速平均值；
σ10min---10min内所采集的风速标准差。
S103,根据所述平均空气密度修正所述瞬时风速数据；
具体地，根据风速的平均值、标准差以及湍流强度，可以利用下面公式计算平均空气密度，具体如下，
空气密度：
Figure BDA0001848931970000054
式中：
H—轮毂中心的海拔高度；
T10min,ave—10min平均环境温度；
ρ--空气密度。
进一步地，利用空气密度再次修正瞬时风速数据：
Figure BDA0001848931970000061
式中：
N—原始数据的个数；
ρ0—全场年平均空气密度(依据微观选址复核报告中的数据)；
ρk--第k个10min数据的空气密度；
Vi--第i个原始风速；
Vm,i--第i个折算后的原始风速。
通过上述空气密度对瞬时风速的修正，可以消除季节因素对瞬时风速数据的影响。
S104，将所述修正后瞬时风速数据进行第一次分组，对第一次分组后的组内数据按照所述偏航角度进行第二次分组，针对第二次分组后的组内数据按照所述湍流强度进行第三次分组；
具体地，所述将所述修正后瞬时风速数据进行第一次分组的步骤包括：
在第一次分组中以风速数值区间，将瞬时风速作为分组维度，使所述瞬时功率数据以及对应的偏航角度数据分部在风速维度；
所述对第一次分组后的组内数据按照所述偏航角度进行第二次分组的步骤包括：
在第二次分组中以偏航角度数值区间，将偏航角度作为分组维度，使所述功率数据分部在偏航维度；
所述对第二次分组后的组内数据按照所述湍流强度进行第三次分组的步骤包括：
在第三次分组中以湍流强度数值区间，将湍流强度作为分组维度，使所述功率数据分布在湍流强度维度。
对于所述收集的数据，是在不同瞬时风速下获取的对应瞬时功率值以及对应的偏航角度值。具体地，可以将瞬时风速作为一个维度，排列或者整理上面描述的数据，进行第一次分组。在一个示例中，可以将风力发电机组的切入风速作为风速维度的有效起始值，将风力发电机组的额定风速加一米每秒(额定风速+1m/s)的风速数值作为风速维度的有效终点值，切入风速到额定风速加1米每秒(额定风速+1m/s)形成了有效数据范围。进一步地，作为风速维度，可以按照间隔0.5m/s的风速区间进行数据分组，上述瞬时功率数据以及对应的偏航角度数据将会有序地散布在风速维度上。然后对数据组内的数据按照偏航角度进行第二次分组划分，偏航角度维度可以从-20°到20°的范围，其中间隔设置为1°的区间，进行二次分组，将所述瞬时功率数据更加直观有序的排列以及集合在一起。然后，然后对数据组内的数据按照上述湍流计算公式的结果，按照湍流强度进行第三次分组划分，例如对于每台风力发电机组，分为第一湍流强度组和第二湍流强度组，第一湍流强度组以及第二湍流强度组根据每台风力发电机组的预设时间内的平均湍流强度而分组设定。瞬时功率数据对应的湍流强度小于该平均湍流强度，被分配到第一湍流强度组，瞬时功率数据对应的湍流强度大于该平均湍流强度，被分配到第二湍流强度组，从而使所述瞬时功率数据分布在湍流强度维度上，具体参见表1。
当然，对于选择切入风速至额定风速+1m/s的风速范围，可采用略大或略小的风速区间，可以根据风力发电机组的具体切入风速以及额定风速考虑；在不同功率级别(例如，1MW/2MW/3WW/6MW)的风力发电机组，具体的切入风速和额定风速都不相同，相应的，对于风速采用间隔0.5m/s进行分组的方法，也可采用略大或略小的间隔，根据不同风速下发电功率的样本数量，以及SCADA数据量而决定。偏航角采用间隔1°进行分组的方法，可采用略大或略小的间隔。以及对于偏航角划分从-20°到20°的角度范围，可以根据风力发电机组不同的偏航角度范围，设计略大或略小的偏航范围。对于湍流强度，可以建立预设值，小于所述预设值的分为第一组，大于所述预设值的，分为第二组。本申请在此方面不做特殊限定。
S105，对第三次分组后的组内的瞬时功率数据进行平均计算；
然后对于第三次分组后的组内瞬时功率值进行平均计算，通过计算，得到在不同瞬时风速下以及不同湍流强度下的平均功率的最大值。进一步地，记录不同瞬时风速下以及湍流强度下平均功率最大值(Pmax)对应的偏航角(θ)，即为此瞬时风速下以及湍流强度下的偏航误差角度。
S106，针对瞬时功率平均计算后得到的最大值，记录对应的瞬时风速和偏航角度，建立瞬时风速与偏航角度查询表；
具体地，在寻找到平均功率最大值之后，将所述平均功率最大值对应的偏航角度与当前瞬时风速以及湍流强度条件进行映射关系的建立，具体地，将偏航角度与瞬时风速以及湍流强度形成风速和偏航误差查询表，例如可以抽象表示成一组二维数据表(Vn，θ)，即将不同风速与平均功率最大的偏航角度建立映射关系，形成统一规范的表格，存储在风力发电机组中或者风电场集控中心，或者记录在风场维护人员的维修设备以及维修工具中，用于为风力发电机组偏航调整做参考和指引，在对风力发电机组具体进行偏航误差调整时，可以参考所述数据表格。
对于映射关系的建立，可以不局限于数据表格，还可以是其他映射关系，数字或者逻辑上地映射关系，都包含在本申请实施例所保护的技术方案的范畴中。
表1
风速(Vn) 第一湍流(θ) 第二湍流(θ)
<3 -12 -8.5
3 -12 -10
3.5 -12 -7
4 -12 -5
4.5 -11 -8
5 -10 -8
5.5 -9 -5
6 -10 -6
6.5 -9 -6
7 -10 -8
7.5 -9 -6
8 -9 -7
8.5 -7 -7
9 -7 -7
9.5 -6 -8
>＝10 -6.5 -7.5
S107，根据所述查询表在不同瞬时风速下调整所述风力发电机组的偏航角度。
具体地，可以参照形成的风速与偏航角度建立的映射关系，根据实际技术条件和对风力发电机组的控制条件，对风力发电机组进行偏航角度的修正，以提高风力发电机组充分吸收风能的能力，从而在不同风速的情况下，可以灵活准确地修正风力发电机组偏航方向，修正风向标的偏差，例如图6示出的风向标的示意图，从而提高风力发电机组的发电功率。
实施例二
图2示出实施例的风力发电机组的偏航角度调整方法。与实施例一不同的是，本实施例增加了如下步骤：对于风力发电机组异常的运行状态数据，删除对应的瞬时功率数据的步骤；采用最小二乘滤波算法对所述瞬时风速数据、瞬时功率数据和偏航角度数据进行数据平滑处理的步骤；根据所述查询表控制所述风力发电机组的控制系统进行偏航；根据所述查询表调整所述风力发电机组的风向标的指向位置的步骤；并且对于与实施例一相同的步骤进行进一步解释和说明。
S201，获取风力发电机组的瞬时风速数据、瞬时功率数据、运行状态数据和偏航角度数据；
具体地，参看表1，例如对于2MW发电功率类型的风力发电机组，切入风速为3米每秒，额定风速为9.5米每秒。于是，对于风速，风速范围可以是从3米每秒到9.5米每秒的风速区间。超过9.5米每秒的风速有可能超过风力发电机组的额定风速，对风力发电机组的叶片有损害作用，可能会引起风力发电机组收桨的操作，对于低于3米每秒的风速，可能会低于风力发电机组的切入风速，两种情况下的数据的参考意义有一定局限，因此主要可以在3米每秒至9.5米每秒的风速区间下，分别获取不同风速的瞬时功率以及对应的偏航角度，从而获得比较完整的原始数据。
S202，对于风力发电机组异常的运行状态数据，删除对应的瞬时功率数据。
具体地，在获取不同风速下风力发电机组的瞬时功率的同时，可以获取风力发电机组的运行状态，除了在风力发电机组正常运行的状态之前，还有可能获取到例如风力发电机组的限功率运行状态、风力发电机组的未并网状态、风力发电机组的高低压穿越状态、风力发电机组的停机状态或者风力发电机组结冰状态下的瞬时功率。因此，对于这些异常运行状态的数据可以进行数据清洗，清洗数据的目的是为了保留正常运行的数据，对于风力发电机组限功率、未并网、停机、结冰等异常的状态进行删除，同时，对于那些异常状态下获取的瞬时功率数据，也进行删除。这是为了在后续计算中，保证利用正常状态下获取到的数据，具有有效性，以及对于后续例如求平均时误差以及波动会尽可能的减少，保证得出的结果更真实有效，符合风力发电机组偏航调整后，提高发电功率的目的。上述数据来源从风力发电机组的主控存储器中提取，也可以从风电场地集控中心地SCADA系统中的数据中提取。
S203，根据所述瞬时风速数据在第一预设时间内的风速平均值和风速标准差计算平均空气密度和湍流强度；
具体地，根据上述瞬时风速数据在第一预设时间内的风速平均值和风速标准差计算平均空气密度和湍流强度，对瞬时风速数据有更直观的认识和统计，方便后续计算和处理。
S204，根据所述平均空气密度修正所述瞬时风速数据；
具体地，根据所述平均空气密度修正所述瞬时风速数据，可以对瞬时风速数据的修正，排除了季节因素导致瞬时风速的扰动，可以提高风速数据的准确性，针对实时瞬时风速的预测以及计量，有指导意义。
S205，采用最小二乘滤波算法对所述瞬时风速数据、瞬时功率数据和偏航角度数据进行数据平滑处理。
具体地，对于获取到的有效的瞬时风速数据、瞬时功率数据以及偏航角度数据，进行最小二乘滤波算法的处理，这样的操作可以让数据在后续排布以及显示时更加平滑，不会出现突出的区域范围内的最值，有利于保证最后后续寻找功率最大值的准确。具体地，要对数据进行平滑处理，建议采用最小二乘法。最小二乘法(又称最小平方法)是一种数学优化技术，它通过最小化误差的平方和寻找数据的最佳函数匹配。利用最小二乘法可以简便地求得未知的数据，并使得这些求得的数据与实际数据之间误差的平方和为最小。具体地，可以利用最小二乘法对局部1分钟间隔的数据进行回归，避免由于风速和功率波动造成后续最值寻找的错误，并且消除对于偏航角响应滞后的影响。
例如，图3所示，在-20度到-10度之间，风速在8米每秒到10米每秒度区间有数据的波动。会在某些点出现局部最值的现象，通过最小二乘法的滤波，如图4所示，在-20度到-10度之间，风速在8米每秒到10米每秒度区间有数据相对更加平滑，没有数据波动的情况。
需要说明的是，对于图3和图4，瞬时风速越高，对应的功率曲线会整体高于低风速下的功率曲线，也符合风速越大，风力发电机组可以增加发电功率的规律。因此图3和图4中的每条曲线，随着曲线的整体功率值由0到2000kw变化，风速也是从3m/s到11m/s变化。本领域技术人员可以理解图3和图4所表示的功率曲线与风速之间的关系。
同样的，针对湍流强度不同的情况下，利用最小二乘法滤波后也会使数据更加平滑。例如，图7和图8示出了在第二湍流滤波前和滤波后风速与偏航角度下功率曲线关系，明显可以看出滤波后的数据更加平滑。图9和图10示出了在第一湍流滤波前和滤波后风速与偏航角度下功率曲线关系，可以看出滤波后的数据相对更加平滑。
当然，对于瞬时功率数据的滤波，可采用多种方法进行验证，不局限于最小二乘法；滤波的时间长度也可进行多种验证；以及对于不同风速下，偏航角度数滤波，可采用多种方法进行尝试，本申请在此方面不做过多限制。
S206，将所述修正后瞬时风速数据进行第一次分组，对第一次分组后的组内数据按照所述偏航角度进行第二次分组，针对第二次分组后的组内数据按照所述湍流强度进行第三次分组；
具体地，可以具体运用线性数组的形式进行表示和归类，例如，首先以所述风速为第一次分组可以表示成：
Xi＝[Vm,i，θi，Pi，Ti]i＝1,2,…n
式中：
n--将风速按照0.5m/s一个区间进行分组的个数；
Vi-第i个风速区间的风速标志；
θi–第i个风速区间的偏航角数据点；
Pi–第i个风速区间的功率数据点；
Ti–第i个风速区间的湍流强度数据点。
进一步地，以所述偏航角度为第二分组可以表示成：
Yj＝[Vm,i，θij，Pij，Tij]j＝1,2…m
式中：
m--将偏航角按照1°一个区间进行分组的个数；
Vi--第i个风速区间的风速标志；
θij--第i个风速区间内，第j个偏航角区间的偏航角标志；
Pij--第i个风速区间内，第j个偏航角区间内的功率数据；
Tij--第i个风速区间内，第j个偏航角区间内的湍流强度数据；
进一步地，以所述湍流强度为第三分组可以表示成：
Zk＝[Vm,i，θijk，Pijk，Tijk]k＝1,2,3,4
式中：
k--将湍流强度划分区间个数；
Vm,i--第i个风速区间的风速标志；
θij--第i个风速区间内，第j个偏航角区间的偏航角标志；
Pij--第i个风速区间内，第j个偏航角区间内的功率数据；
Tijk--第i个风速区间内，湍流强度区间标志。
通过上述分组，可以将数据根据风速、偏航角度和湍流强度三个维度进行精确划分，有利于后续相应计算以及处理。
本申请对于第一次分组、第二次分组、第三次分组的划分顺序不做具体限定，也可以先进行湍流强度划分、偏航角度划分，然后进行风速划分，同样也属于本申请实施例保护的技术方案的范畴。
S207，对第三次分组后的组内的瞬时功率数据进行平均计算。
具体地，当以第一次分组的风速维度进行划分后，对于某一风速下瞬时功率的样本数量大于预设的数量时，进行相应后续平均功率以及寻找平均功率最大值的计算。如果以第一次分组的风速维度进行划分后，对于某一风速下瞬时功率的样本数量小于预设的数量时，不进行相应后续平均功率最大值的计算，删除所述数据。因为由于样本太少的原因，得出的平均功率最大值的偏航角度不太准确，如果后续进行相应风力发电机组的偏航调节可能会使发电量达不到最大发电功率，对于提供功率没有实际参考意义。
具体地，第一预设数量可以为10，如果瞬时功率的样本数量大于10，则进行相应后续平均功率以及寻找平均功率最大值的计算；如果瞬时功率的样本数量小于10，则不进行相应后续平均功率以及寻找平均功率最大值的计算。本领域技术人员可以根据风力发电机组的实际情况，设定第一预设数量，以及根据SCADA原始数据数量进行设定和调整，本申请实施例对此不做限定。
具体地，功率数据进行求平均计算，其中，计算公式如下：
Figure BDA0001848931970000121
式中：
T--第j个区间的功率数据点个数；
Pj,t--第j个区间的第t个功率数据点；
P--第j个区间的功率平均值。
通过上述平均功率计算得到每个风速区间在不同偏航角度的平均功率。例如，如图3所示，不同风速下的平均功率在偏航角度从-20度到+20度形成了各自的平均功率曲线。具体地，如图4所示，显示了从3米每秒风速到9.5米每秒风速，对应不同偏航角度的发电功率值。
S208，针对瞬时功率平均计算后得到的最大值，记录对应的瞬时风速和偏航角度，建立瞬时风速与偏航角度查询表。
具体地，再在平均功率中，找到不同瞬时风速下的平均功率最大值以及对应的偏航角度。例如，如图3所示，风速在8米每秒到10米每秒之间，平均功率最大值出现在-10度至-5度之间。因此可以判断出，在-10度至-5度之间，是风速在8米每秒到10米每秒的平均功率最大值的偏航角度。例如，进一步计算得知，8米每秒的风速，偏航角度在-8度出现平均功率最大值，平均功率超过1600千瓦每小时；例如，6.5米每秒的风速，偏航角度在-9度出现平均功率最大值，平均功率接近800千瓦每小时。
进一步地，大于风力发电机组额定功率的最大值进行删除；
具体地，当计算所述平均功率最大值超过风力发电机组的额定功率时，需要删除所述最大值，因为在超出风力发电机组的额定功率，风力发电机组无法达到所述发电功率，因此对于对应的偏航角度，其不具有偏航矫正的意义。例如，对于风力发电机组为2MW发电类型的机组，删除相应平均功率最大值大于机组额定功率2MW的数据。
例如，可以建立如表1所示的风速区间与所述风速区间的平均功率最大值对应的偏航角度的对应关系。如表1所示，分别列出了风速和偏航误差的数据，风速以Vn表示，偏航误差以θ表示，表格1对应地列举了风速Vn与偏航误差θ的关系，不同风速下，显示了对应的偏航误差调整。可以看到，在第一湍流的情况下，从3米每秒到9.5米每秒之间，偏航误差从-6度到-12度之间相应变化。在第二湍流的情况下，从3米每秒到9.5米每秒之间，偏航误差从-6度到-10度之间相应变化。并且表中引入了第一湍流强度情况下以及第二湍流强度情况下的分组，因此本领域技术人员可以针对不同的湍流强度以及瞬时风速，调整对应的偏航角度。
进一步地，当所述风速小于风力发电机组的切入风速，或大于额定风速，计算所述映射关系中所有偏航角度的平均值，并且根据所述偏航角度的平均值调整所述风力发电机组的偏航角度。
具体地，由于瞬时风速小于切入风速，或者大于额定风速的情况，都不是风力发电机组正常发电的运行状态，因此，本实施例对于上述情况，将上述映射关系中的不同风速下的平均功率最大值对应的偏航角度进行平均计算，从而作为小于切入风速或者大于额定风速的瞬时风速的偏航角度。例如，对于表2中的数值进行平均计算，得出平均偏航角度，作为瞬时风速小于切入风速，或者大于额定风速的偏航角度。
表2
风速(Vn) 偏航误差(θ)
<3 -7.86
3 -7
3.5 -8
4 -7
4.5 -7
5 -7
5.5 -8
6 -8
6.5 -9
7 -9
7.5 -9
8 -8
8.5 -8
9 -7
9.5 -8
>9.5 -7.86
具体的，如表2所示，当风速小于3米每秒，或者大于9.5米每秒，对应的偏航误差均为-7.86度，所述-7.86度，根据风速3米每秒到9.5米每秒的偏航误差θ求平均得出，具体地：
[(-7)+(-8)+(-7)+(-7)+(-7)+(-7)+(-8)+(-9)+(-9)+(-9)+(-8)+(-8)+(-7)+(-8)]/14＝(-7.85714)
可以通过保留小数点两位，近似得到-7.86度，于是-7.86度设定为风速小于3米每秒，或者大于9.5米每秒的偏航误差。
采用本实施例的方法，解决了低风速区间和满发之后的风速区间如何进行偏航校正的问题，对于低风速区间和满发之后的高风速区间进行校正有了实际的设计方向和处理方法。
S209，根据所述查询表控制所述风力发电机组的控制系统进行偏航。
具体的，根据表1所建立的映射关系，对风力发电机组在不同风速下进行偏航角度的调整，以达到最大发电功率为目的，从而提高了风力发电机组的发电效率，本实施例能快速识别不同风力发电机组的偏航误差且计算偏航误差的成本基本为零，在保守假设偏航误差在5°的情况下，发电量将提升1％，按照5万kW装机的风电场年平均可利用小时2000小时计算，发电小时提升约20小时，发电量提升100万千瓦小时。并且本实施例对风电场后评估，或者在役风电场风资源分析有很好的支持作用。
具体地，对于有技术条件修正控制系统参数的情况下，根据映射关系在不同风速下调整风力发电机组至平均功率最大值。例如，对于可以控制风力发电机组主控系统或者偏航系统的技术情况下，可以直接控制风力发电机组主控系统或者偏航系统至平均功率最大值对应的偏航角度，从而使得风力发电机组发电功率提高。
S210，根据所述查询表调整所述风力发电机组的风向标的指向位置。
具体地，对于缺少技术条件修正控制系统参数的情况下，根据映射关系在不同风速下通过其他方式调整风力发电机组的风标，从而让风力发电机组的偏航改变，调整到之前计算的平均功率最大值的偏航角度。例如，对于在一些不可以控制风力发电机组主控系统或者偏航系统的技术情况下，可以直接调整风力发电机组风标进一步对准N-S方向，减少风向标的偏移，提高准确度，从而使风力发电机组的偏航系统间接性的调整至平均功率最大值对应的偏航角度，从而使得风力发电机组发电功率提高。
实施例三
图5为本实施例的风力发电机组的偏航角度调整装置的结构示意图，所述装置包括：
数据获取单元501，获取风力发电机组的瞬时风速数据、瞬时功率数据、运行状态数据和偏航角度数据；
数据计算单元502，根据所述瞬时风速数据在第一预设时间内的风速平均值和风速标准差计算平均空气密度和湍流强度；
数据修正单元503，根据所述平均空气密度修正所述瞬时风速数据；
数据分组单元504，将所述修正后瞬时风速数据进行第一次分组，对第一次分组后的组内数据按照所述偏航角度进行第二次分组，针对第二次分组后的组内数据按照所述湍流强度进行第三次分组；
平均计算单元505，对第三次分组后的组内的瞬时功率数据进行平均计算；
映射建立单元506，针对瞬时功率平均计算后得到的最大值，记录对应的瞬时风速和偏航角度，建立瞬时风速与偏航角度查询表；
偏航调整单元507，根据所述查询表在不同瞬时风速下调整所述风力发电机组的偏航角度。
具体而言数据分组单元504包括风速分组子单元、偏航分组子单元和湍流分组子单元。其中，风速分组子单元，用于在第一次分组中以风速数值区间，将瞬时风速作为分组维度，使所述瞬时功率数据以及对应的偏航角度数据分部在风速维度；偏航分组子单元，用于在第二次分组中以偏航角度数值区间，将偏航角度作为分组维度，使所述功率数据分部在偏航维度；湍流分组子单元，用于在第三次分组中以湍流强度数值区间，将湍流强度作为分组维度，使所述功率数据分布在湍流强度维度。
根据本发明的另一示例性实施例，提供了一种计算机可读存储介质。所述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风力发电机组的偏航角度调整方法的指令。
根据本发明的另一示例性实施例，提供了一种计算机设备。所述包括计算机设备处理器和计算机可读存储介质，其中，所述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风力发电机组的偏航角度调整方法的指令。
本发明实施例中的计算机可读存储介质包含程序、命令、指令、数据文件、数据结构等、或它们的组合。被记录在计算机可读存储介质中的程序可被设计或被配置以实现本发明的方法。计算机可读存储介质包括用于存储并执行程序命令的硬件系统。硬件系统的示例有磁介质(诸如硬盘、软盘、磁带)、光介质(诸如CD-ROM和DVD)、磁光介质(诸如软光盘、ROM、RAM、闪存等)。程序包括由编译器编译的汇编语言代码或机器代码和由解释器解释的更高级语言代码。硬件系统可利用至少一个软件模块来实施以符合本发明。
可使用一个或多个通用或专用计算机(例如，处理器、控制器、数字信号处理器、微型计算机、现场可编程阵列、可编程逻辑单元、微处理器或能够运行软件或执行指令的任何其它装置)来实施上述方法的至少一部分。所述至少一部分可在操作系统中实现，也可在操作系统下操作的一个或多个软件应用中实现。
为了示意和描述的目的，给出了对本发明的描述，该描述的意图不在于以所公开的形式来穷尽或限制本发明。对于本领域普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的情况下，可对实施例进行各种修改和改变。

Claims (18)

1.一种风力发电机组的偏航角度调整方法，其特征在于，所述方法包括：
获取风力发电机组的瞬时风速数据、瞬时功率数据、运行状态数据和偏航角度数据；
根据所述瞬时风速数据在第一预设时间内的风速平均值和风速标准差计算平均空气密度和湍流强度；
根据所述平均空气密度修正所述瞬时风速数据；
将修正后的瞬时风速数据进行第一次分组，对第一次分组后的组内数据按照所述偏航角度进行第二次分组，针对第二次分组后的组内数据按照所述湍流强度进行第三次分组；
对第三次分组后的组内的瞬时功率数据进行平均计算；
针对瞬时功率平均计算后得到的最大值，记录对应的瞬时风速和偏航角度，建立瞬时风速与偏航角度查询表；
根据所述查询表在不同瞬时风速下调整所述风力发电机组的偏航角度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取风力发电机组的瞬时风速数据、瞬时功率数据、运行状态数据和偏航角度数据，包括：
对于风力发电机组异常的运行状态数据，删除对应的瞬时功率数据。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，针对瞬时功率平均计算后得到的最大值，记录对应的瞬时风速和偏航角度，建立瞬时风速与偏航角度查询表之后，还包括：
当所述瞬时风速小于风力发电机组的切入风速，或大于风力发电机组的额定风速时，计算所述查询表中偏航角度的平均值，根据所述偏航角度的平均值调整所述风力发电机组的偏航角度。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述查询表在不同瞬时风速下调整所述风力发电机组的偏航角度，包括，
根据所述查询表控制所述风力发电机组的控制系统进行偏航。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述查询表在不同瞬时风速下调整所述风力发电机组的偏航角度，还包括：
根据所述查询表调整所述风力发电机组的风向标的指向位置。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
采用最小二乘滤波算法对所述瞬时风速数据、瞬时功率数据和偏航角度数据进行数据平滑处理。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，针对瞬时功率平均计算后的最大值，记录对应的瞬时风速和偏航角度，建立瞬时风速与偏航角度查询表，包括：
当瞬时功率平均计算后的最大值大于风力发电机组额定功率，对所述最大值进行删除。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述修正后瞬时风速数据进行第一次分组的步骤包括：
在第一次分组中以风速数值区间，将瞬时风速作为分组维度，使所述瞬时功率数据以及对应的偏航角度数据分部在风速维度；
所述对第一次分组后的组内数据按照所述偏航角度进行第二次分组的步骤包括：
在第二次分组中以偏航角度数值区间，将偏航角度作为分组维度，使所述功率数据分部在偏航维度；
所述对第二次分组后的组内数据按照所述湍流强度进行第三次分组的步骤包括：
在第三次分组中以湍流强度数值区间，将湍流强度作为分组维度，使所述功率数据分布在湍流强度维度。
9.一种风力发电机组的偏航角度调整装置，其特征在于，所述装置包括：
数据获取单元，获取风力发电机组的瞬时风速数据、瞬时功率数据、运行状态数据和偏航角度数据；
数据计算单元，根据所述瞬时风速数据在第一预设时间内的风速平均值和风速标准差计算平均空气密度和湍流强度；
数据修正单元，根据所述平均空气密度修正所述瞬时风速数据；
数据分组单元，将修正后的瞬时风速数据进行第一次分组，对第一次分组后的组内数据按照所述偏航角度进行第二次分组，针对第二次分组后的组内数据按照所述湍流强度进行第三次分组；
平均计算单元，对第三次分组后的组内的瞬时功率数据进行平均计算；
映射建立单元，针对瞬时功率平均计算后得到的最大值，记录对应的瞬时风速和偏航角度，建立瞬时风速与偏航角度查询表；
偏航调整单元，根据所述查询表在不同瞬时风速下调整所述风力发电机组的偏航角度。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述数据获取单元用于对于风力发电机组异常的运行状态数据，删除对应的瞬时功率数据。
11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，还包括特殊风速单元，用于：
当所述瞬时风速小于风力发电机组的切入风速，或大于风力发电机组的额定风速时，计算所述查询表中偏航角度的平均值，根据所述偏航角度的平均值调整所述风力发电机组的偏航角度。
12.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述偏航调整单元用于根据所述查询表控制所述风力发电机组的控制系统进行偏航。
13.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述偏航调整单元还用于根据所述查询表调整所述风力发电机组的风向标的指向位置。
14.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，还包括：
数据处理单元，用于采用最小二乘滤波算法对所述瞬时风速数据、瞬时功率数据和偏航角度数据进行数据平滑处理。
15.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述映射建立单元用于：
当瞬时功率平均计算后的最大值大于风力发电机组额定功率时，对所述最大值进行删除。
16.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述数据分组单元包括：
风速分组子单元，用于在第一次分组中以风速数值区间，将瞬时风速作为分组维度，使所述瞬时功率数据以及对应的偏航角度数据分部在风速维度；
偏航分组子单元，用于在第二次分组中以偏航角度数值区间，将偏航角度作为分组维度，使所述功率数据分部在偏航维度；
湍流分组子单元，用于在第三次分组中以湍流强度数值区间，将湍流强度作为分组维度，使所述功率数据分布在湍流强度维度。
17.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行如权利要求1-8中任一项所述的风力发电机组的偏航角度调整方法。
18.一种计算机设备，其特征在于，包括：存储器，用于存储可执行程序；处理器，用于执行所述存储器中存储的所述可执行程序时，实现权利要求1-8中任一项所述的风力发电机组的偏航角度调整方法。
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