CN111311020A - 计及风机入流角的基于风速预测模型风电功率预测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种计及风机入流角的基于风速预测模型风电功率预测方法，将对每台风机所处的地形信息绘制等高线，根据地形等高线和0‑360°的预测风向玫瑰图建立入流角算子模型，根据计算地形坡度复杂程度，将风向玫瑰图0‑360°分为若干个扇区，每个扇区内以固定入流角近似，建立每台风机的入流角扇区模型，并将预测风向角度带入建立的扇区模型得出对应的入流角度，以对应的入流角COS值作为风机功率预测计算的修正因子。本发明可以切实提高风机功率预测的准确率，对于风电场提高功率预测水平，满足电网公司准确性考核，制定检修计划，以及电网公司掌握全网风电场预测功率，安排检修和制定发电计划，提高风电场的消纳能力具有重要意义。
Description
技术领域：
本发明涉及风电技术领域，尤其涉及一种计及风机入流角的基于风速预测模型风电功率预测方法。
背景技术：
风电功率预测技术是指对未来一段时间内风电场所能输出的功率大小进行预测，基于风速的预测方法针对单个风机，根据风速模型预测出其附近的风速，再利用风机功率曲线计算出实际输出风电功率。
目前基于风速预测的方法，仅考虑了风机轮毂高度附近的风速，根据风速和风机输出功率拟合的曲线计算输出功率，默认气流方向与风电机组水平轴一致，且风机叶轮旋转平面垂直于气流方向，并没有考虑由于风机位置所在地形引起的气流方向与风电机组水平轴的夹角（入流角）。尤其是在山区风电场山脊位置安装的风机，由于山体山脊两边地形坡度较大，特别是出现陡壁，常常引起入流角较大的问题，入流角较大恶化风机受力，影响机组发电出力，对风机功率预测结果有较大影响。风机位置所在地形引起的入流角θ形成见图1所示。
发明内容：
本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种计及风机入流角的基于风速预测模型风电功率预测方法，在进行风电机组功率预测计算时，引入每台风机安装位置的地形引起的入流角因素，以入流角的余弦值（COSθ）作为功率预测计算的修正因子。
本发明是通过如下技术方案实现的：一种计及风机入流角的基于风速预测模型风电功率预测方法，包括如下步骤：
一、将对每台风机所处的地形信息绘制地形等高线；
二、根据地形等高线和0-360°的预测风向玫瑰图建立入流角算子模型；
三、根据计算地形坡度复杂程度，将风向玫瑰图0-360°分为若干个扇区，每个扇区内以固定入流角近似，建立每台风机的入流角扇区模型，并将预测风向角度带入建立的扇区模型得出对应的入流角度，以对应的入流角COS值作为风机功率预测计算的修正因子；
四、根据预测风向角度查表获取入流角度，带入预测函数，生成预测功率。
其中，步骤三中，根据计算地形坡度复杂程度采用近似的方法。
作为优选，步骤三中，根据预测风向玫瑰图的分为n个扇区，计算地形坡度α=arctan，路程范围取至风机轮毂中心20倍风机叶片转轮直径，每台风机入流角度近似等于该扇区地形坡度的四分之一。
另外，风机功率预测函数P=f(Vf，Df)*COSθ。
而传统基于风速模型的功率预测算法：
P=f(Vf，Df)，其中P为风机预测输出功率，Vf为风机风速，Df为风机风向，函数f（）为风机功率曲线函数，以风机风速风向为自变量带入风机功率曲线函数，可得出风机的输出功率，以预测的风速风向为自变量带入函数，可得到风机预测的输出功率。
本发明在函数f（）中增加自变量入流角的余弦COSθ，作为修正因子。
本发明的有益效果是：该计及风机入流角的基于风速预测模型风电功率预测方法在风机功率预测算法中加入入流角修正因子，可以切实提高风机功率预测的准确率，对于风电场提高功率预测水平，满足电网公司准确性考核，制定检修计划，以及电网公司掌握全网风电场预测功率，安排检修和制定发电计划，提高风电场的消纳能力具有重要意义。
附图说明：
图1为本发明的风机位置所在地形引起的入流角θ；
图2为本发明的风向玫瑰图的示意图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易被本领域人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
本发明将对每台风机所处的地形信息绘制等高线，根据地形等高线和0-360°的预测风向玫瑰图建立入流角算子模型，根据计算地形坡度复杂程度可采用近似的方法，将风向玫瑰图0-360°分为若干个扇区，每个扇区内以固定入流角近似，建立每台风机的入流角扇区模型，并将预测风向角度带入建立的扇区模型得出对应的入流角度，以对应的入流角COS值作为风机功率预测计算的修正因子。
如图2所示，
根据预测风向玫瑰图的分为n个扇区，计算地形坡度α(坡度)=arctan (高程差/路程)
α1=arctan (高程差1/路程1)；
α2= arctan (高程差2/路程2)；
αn= arctan (高程差n/路程n)；
路程范围取至风机轮毂中心20倍风机叶片转轮直径；
每台风机入流角度近似等于该扇区地形坡度的四分之一：
θ1=α1/4;
θ2=α2/4;
θn=αn/4。
风机入流角扇区模型建立后，可在功率预测系统内生成表格，表格如下：
风机功率预测函数P=f(Vf,Df)*COSθn，θn为风向角度在扇区模型中对应的入流角度根据预测风向角度查表获取入流角度，带入预测函数，生成预测功率。
最后应说明的是：以上实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (4)
1.一种计及风机入流角的基于风速预测模型风电功率预测方法，其特征在于，包括如下步骤：
一、将对每台风机所处的地形信息绘制地形等高线；
二、根据地形等高线和0-360°的预测风向玫瑰图建立入流角算子模型；
三、根据计算地形坡度复杂程度，将风向玫瑰图0-360°分为若干个扇区，每个扇区内以固定入流角近似，建立每台风机的入流角扇区模型，并将预测风向角度带入建立的扇区模型得出对应的入流角度，以对应的入流角COS值作为风机功率预测计算的修正因子；
四、根据预测风向角度查表获取入流角度，带入预测函数，生成预测功率。
2.根据权利要求1所述的计及风机入流角的基于风速预测模型风电功率预测方法，其特征在于：步骤三中，根据计算地形坡度复杂程度采用近似的方法。
3.根据权利要求1所述的计及风机入流角的基于风速预测模型风电功率预测方法，其特征在于：步骤三中，根据预测风向玫瑰图的分为n个扇区，计算地形坡度α=arctan，路程范围取至风机轮毂中心20倍风机叶片转轮直径，每台风机入流角度近似等于该扇区地形坡度的四分之一。
4.根据权利要求1所述的计及风机入流角的基于风速预测模型风电功率预测方法，其特征在于：步骤四中，风机功率预测函数P=f(Vf，Df)*COSθ。
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|---|---|---|---|---|
| CN112145358A (zh) * | 2020-10-30 | 2020-12-29 | 上海电气风电集团股份有限公司 | 风力发电机组及其风玫瑰图的校准方法 |
| CN114723120A (zh) * | 2022-03-30 | 2022-07-08 | 北京城市气象研究院 | 一种近地面风速预报方法以及装置 |
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