CN111894815A - 风力发电机组功率曲线的确定方法及其装置及计算机可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种风力发电机组功率曲线的确定方法及其装置及计算机可读存储介质。该方法包括：获得多个不同的已知风力发电机组的净上网电功率曲线；对多个不同的已知风力发电机组的净上网电功率曲线进行转换获得净上网电功率与电功率利用系数的关系式，其中，电功率利用系数为净上网电功率与风功率的比值；根据任一风力发电机组的风轮直径和额定功率，并基于净上网电功率与电功率利用系数的关系式通过迭代获得任一风力发电机组在不同风速下的净上网电功率；以及基于任一风力发电机组在不同风速下的净上网电功率绘制出任一风力发电机组的功率曲线。从而，能够较为准确地快速计算出风力发电机组的功率曲线。

Description

风力发电机组功率曲线的确定方法及其装置及计算机可读存 储介质

技术领域

本发明实施例涉及风电技术领域，尤其涉及一种风力发电机组功率曲线的确定方法及其装置及计算机可读存储介质。

背景技术

随着煤炭、石油等能源的逐渐枯竭，人类越来越重视可再生能源的利用。风能作为一种清洁的可再生能源越来越受到世界各国的重视。对于缺水、缺燃料和交通不便的沿海岛屿、草原牧区、山区和高原地带，因地制宜地利用风力发电，非常适合，大有可为。风力发电是指利用风力发电机组把风的动能转换为电能。

目前，风力发电机组的功率曲线计算分为快速估算和详细计算。在没有风力发电机组的叶片详细气动数据的情况下，风力发电机组的功率曲线快速估算通常采用如下公式：

其中，P为风力发电机组的功率，ρ为空气密度，Cp为风能利用系数，V为风力发电机组轮毂高度处的风速，A为风力发电机组的风轮扫风面积。

当已经有了详细的叶片气动数据后，可以基于Bladed或者其他风力机载荷计算软件来详细计算出风力发电机组的功率曲线及发电量。

然而，上述常规的快速功率曲线估算方法只能计算出低速轴功率的功率曲线，无法计算出包含风力发电机组损耗的净上网电功率，且当风力发电机组运行在非最佳风能捕获叶尖速比下时，计算功率曲线将会与实际功率曲线出现严重偏差。

而详细的功率曲线计算需要叶片的详细气动模型数据，该计算方法周期较长，在前期市场分析阶段，大量机组配置的方案对比无法采用此方法。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种风力发电机组功率曲线的确定方法及其装置及计算机可读存储介质，能够较为准确地快速计算出风力发电机组的功率曲线。

本发明实施例的一个方面提供一种风力发电机组功率曲线的确定方法。所述方法包括：

获得多个不同的已知风力发电机组的净上网电功率曲线；

对所述多个不同的已知风力发电机组的净上网电功率曲线进行转换获得所述净上网电功率与电功率利用系数的关系式，其中，所述电功率利用系数为净上网电功率与风功率的比值；

根据任一风力发电机组的风轮直径和额定功率，并基于所述净上网电功率与电功率利用系数的关系式通过迭代获得所述任一风力发电机组在不同风速下的净上网电功率；以及

基于所述任一风力发电机组在不同风速下的净上网电功率绘制出所述任一风力发电机组的功率曲线。

进一步地，所述获得多个不同的已知风力发电机组的净上网功率曲线包括：使用载荷仿真计算软件计算出具有不同风轮直径和不同额定功率的所述多个已知风力发电机组的净上网电功率曲线。

进一步地，所述对所述多个不同的已知风力发电机组的净上网电功率曲线进行转换获得所述净上网电功率与电功率利用系数的关系式包括：将所述已知风力发电机组的净上网电功率曲线转换为在不同风速下的所述电功率利用系数曲线；将所述在不同风速下的所述电功率利用系数曲线转换为在不同电功率百分比下的电功率利用系数曲线；及基于所述在不同电功率百分比下的电功率利用系数曲线获得所述净上网电功率与电功率利用系数的关系式。

进一步地，所述将所述在不同风速下的所述电功率利用系数曲线转换为在不同电功率百分比下的电功率利用系数曲线包括：对所述已知风力发电机组每个风速下的净上网功率进行归一化得到电功率百分比的分布；及以所述电功率百分比的分布为自变量，以所述电功率利用系数为因变量，得到所述不同电功率百分比下的电功率利用系数曲线。

进一步地，对所述已知风力发电机组每个风速下的净上网电功率进行归一化包括：将所述已知风力发电机组每个风速下的净上网电功率分别除以所述已知风力发电机组各自的最大功率。

进一步地，所述基于所述在不同电功率百分比下的电功率利用系数曲线获得所述净上网电功率与电功率利用系数的关系式包括：对所述不同电功率百分比下的电功率利用系数曲线的散点进行筛选拟合得到所述净上网电功率与电功率利用系数的关系式。

进一步地，所述根据任一风力发电机组的风轮直径和额定功率，并基于所述净上网电功率与电功率利用系数的关系式通过迭代获得所述任一风力发电机组在不同风速下的净上网电功率包括：

步骤a1：初始化电功率利用系数的值；

步骤a2：根据所述任一风力发电机组的风轮直径和额定功率并基于所述电功率利用系数的值计算所述任一风力发电机组在某风速下的净上网电功率；

步骤a3：根据计算出在某风速下的净上网电功率并基于所述净上网电功率与电功率利用系数的关系式计算得到拟合后的电功率利用系数的值；及

步骤a4：在所述电功率利用系数的值与所述拟合后的电功率利用系数的值之间的差值绝对值不大于预定阈值时，统计该风速下计算得到的净上网电功率。

进一步地，通过迭代获得所述任一风力发电机组在不同风速下的净上网电功率还包括：

步骤a5：在所述电功率利用系数的值与所述拟合后的电功率利用系数的值之间的差值绝对值大于所述预定阈值时，改变所述电功率利用系数的值，返回到所述步骤a2。

进一步地，通过迭代获得所述任一风力发电机组在不同风速下的净上网电功率还包括：

步骤a6：确定所述运行风速区间内的所有运行风速是否都计算完成，

在所有运行风速计算完成后绘制在不同风速下的净上网电功率曲线。

进一步地，所述风速包括轮毂高度处的风速。

本发明实施例的另一个方面还提供一种风力发电机组功率曲线的确定装置，其包括一个或多个处理器，用于实现如上所述的方法。

本发明实施例的又一个方面还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，所述程序被处理器执行时，实现如上所述的方法。

本发明实施例的风力发电机组功率曲线的确定方法、风力发电机组功率曲线的确定装置及计算机可读存储介质能够在已知风力发电机组的风轮直径和额定功率，缺乏叶片数据、损耗数据的条件下，较为准确地完成整机功率曲线的快速估算，可以为风力发电机组开发的前期预研和概念设计提供参考。

附图说明

图1为本发明一个实施例的风力发电机组功率曲线的确定方法的流程图；

图2为风力发电机组在不同风速下的净上网电功率曲线；

图3为本发明一个实施例的如何对多个不同的已知风力发电机组的净上网电功率曲线进行转换获得净上网电功率与电功率利用系数的关系式的详细步骤；

图4为风力发电机组在不同风速下的电功率利用系数曲线；

图5为风力发电机组在不同电功率百分比下的电功率利用系数曲线；

图6为风力发电机组的净上网电功率与电功率利用系数曲线拟合的示意图；

图7为本发明一个实施例的如何基于净上网电功率与电功率利用系数的关系式通过迭代来获得任一风力发电机组在不同风速下的净上网电功率的详细步骤；

图8为本发明一个实施例的风力发电机组在不同风速下的净上网电功率曲线的效果示意图；

图9为本发明一个实施例的风力发电机组功率曲线的确定装置的示意性框图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施例并不代表与本发明相一致的所有实施例。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置的例子。

在本发明实施例使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。除非另作定义，本发明实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“多个”或者“若干”表示两个及两个以上。除非另行指出，“前部”、“后部”、“下部”和/或“上部”等类似词语只是为了便于说明，而并非限于一个位置或者一种空间定向。“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而且可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

图1揭示了本发明一个实施例的风力发电机组功率曲线的确定方法的流程图。如图1所示，本发明一个实施例的风力发电机组功率曲线的确定方法可以包括步骤S11-S14。

在步骤S11中，获得多个不同的已知风力发电机组的净上网电功率曲线。

在一个实施例中，步骤S11的获得多个不同的已知风力发电机组的净上网功率曲线可以包括：使用载荷仿真计算软件，例如Bladed载荷仿真计算软件计算出具有不同风轮直径和不同额定功率的多个已知风力发电机组的净上网电功率曲线。

对于风力发电机组的运行风速区间为3m/s-25m/s，可以得到如图2所示的风力发电机组在不同风速下的净上网电功率曲线，其中，图2中不同的曲线代表不同的风力发电机组。在一个实施例中，本发明实施例所提到的风速包括风力发电机组轮毂高度处的风速。

在步骤S12中，对多个不同的已知风力发电机组的净上网电功率曲线进行转换获得净上网电功率与电功率利用系数的关系式，其中，电功率利用系数为净上网电功率与风功率的比值，如下公式(2)所示。

图3揭示了本发明一个实施例的如何对多个不同的已知风力发电机组的净上网电功率曲线进行转换来获得净上网电功率与电功率利用系数的关系式的详细步骤。如图3所示，步骤S12的对多个不同的已知风力发电机组的净上网电功率曲线进行转换来获得净上网电功率与电功率利用系数的关系式可以进一步包括步骤S21至步骤S23。

在步骤S21中，将已知风力发电机组的净上网电功率曲线转换为在不同风速下的电功率利用系数曲线，即Ce曲线。

在一个实施例中，可以根据已知风力发电机组的净上网电功率曲线基于公式(2)来计算不同风速下的电功率利用系数曲线，如下所示：

其中，对于风力发电机组的运行风速区间为3m/s-25m/s，i为风力发电机组正常运行风速区间数值3～25，间隔为1，Pgrid_i为每个风速下风力发电机组的净上网功率，ρ为空气密度，Vhub_i为轮毂高度处的风速3～25m/s，间隔1m/s，A为风力发电机组的风轮扫风面积。

因此，可以得到如图4所示的风力发电机组不同风速下的电功率利用系数曲线，其中，图4中不同的曲线代表不同的风力发电机组。

在步骤S22中，将在不同风速下的电功率利用系数曲线转换为在不同电功率百分比下的电功率利用系数曲线。

在一个实施例中，步骤S22的将在不同风速下的电功率利用系数曲线转换为在不同电功率百分比下的电功率利用系数曲线可以进一步包括步骤S221至S222。

在步骤S221中，对已知风力发电机组每个风速下的净上网功率进行归一化得到电功率百分比的分布。

例如，可以将已知风力发电机组每个风速下的净上网电功率分别除以已知风力发电机组各自的最大功率，得到0％～100％功率的分布。

在步骤S222中，以电功率百分比的分布为自变量，以电功率利用系数Ce为因变量，可以得到不同电功率百分比下的电功率利用系数Ce曲线，如图5所示。

返回参照图3所示，在得到不同电功率百分比下的电功率利用系数Ce曲线之后，过程可以进入到步骤S23。在步骤S23中，基于在不同电功率百分比下的电功率利用系数Ce曲线获得净上网电功率与电功率利用系数的关系式。

如图6所示，可以对不同电功率百分比下的电功率利用系数曲线的散点进行筛选拟合，从而可以得到净上网电功率与电功率利用系数的关系式，例如以下拟合后的公式(3)所示：

其中，p_i和q_i均为拟合多项式的系数，x为风力发电机组的净上网功率Pgrid，Ce_temp为拟合得到的Ce值。

返回参照图1所示，在得到净上网电功率与电功率利用系统的拟合关系式(3)后，过程可以进入到步骤S13。在步骤S13中，可以根据任一风力发电机组的风轮直径和额定功率，并基于净上网电功率与电功率利用系数的关系式(3)通过迭代获得任一风力发电机组在不同风速下的净上网电功率。

图7揭示了本发明一个实施例的如何基于净上网电功率与电功率利用系数的关系式(3)通过迭代来获得任一风力发电机组在不同风速下的净上网电功率的详细步骤。如图7所示，步骤S13的根据任一风力发电机组的风轮直径和额定功率，并基于净上网电功率与电功率利用系数的关系式通过迭代获得任一风力发电机组在不同风速下的净上网电功率可以进一步包括步骤S31至步骤S36。

在步骤S31中，初始化电功率利用系数Ce的值。

在步骤S32中，根据任一风力发电机组的风轮直径和额定功率并基于电功率利用系数Ce的值可以计算任一风力发电机组在某风速下的净上网电功率Pgrid。

在步骤S33中，根据计算出在某风速下的净上网电功率Pgrid并基于净上网电功率与电功率利用系数的关系式(3)可以计算得到拟合后的电功率利用系数Ce_temp的值。

在步骤S34中，判断电功率利用系数Ce的值与计算得到的拟合后的电功率利用系数Ce_temp的值之间的差值绝对值是否大于预定阈值，例如0.001。如果判断结果为否的话，则过程前进到步骤S35。如果判断结果为是的话，则过程进入到步骤S36。

在步骤S35中，在电功率利用系数Ce的值与拟合后的电功率利用系数Ce_temp的值之间的差值绝对值不大于预定阈值，例如0.001时，则统计该风速下计算得到的净上网电功率。

在步骤S36中，在电功率利用系数Ce的值与拟合后的电功率利用系数Ce_temp的值之间的差值绝对值大于预定阈值，例如0.001时，则改变电功率利用系数Ce的值，然后，过程返回到步骤S32，继续根据改变后的Ce值来计算该风速下的净上网电功率。

步骤S13的通过迭代获得任一风力发电机组在不同风速下的净上网电功率还进一步包括步骤S37。在步骤S37中，确定风力发电机组运行风速区间内的所有运行风速是否都计算完成。如果所有运行风速都计算完成的话，则过程可以继续前进到图1中的步骤S14。否则的话，则过程返回到步骤S32，继续计算其他风速下的净上网电功率。

返回参照图1所示，在任一风力发电机组运行风速区间内的所有运行风速下的净上网电功率都统计完成之后，在步骤S14中，可以基于该任一风力发电机组在不同风速下的净上网电功率绘制出任一风力发电机组的功率曲线。

图8揭示了根据本发明实施例的风力发电机组功率曲线的确定方法绘制出的风力发电机组在不同风速下的净上网电功率曲线的效果示意图。如图8所示，图8中的不同曲线分别反映了具有不同风轮直径及额定功率的风力发电机组在不同风速下的净上网电功率曲线。

本发明实施例的风力发电机组功率曲线的确定方法可以基于大量实际已知风力发电机组的功率曲线，并通过转换得到净上网电功率-Ce的关系式，通过输入任一未知风力发电机组的风轮直径和额定功率，经过净上网电功率和Ce曲线的迭代，得到该风力发电机组配置下不同风速下的净上网电功率，进而快速绘制出该风力发电机组的功率曲线。

相对于传统的详细功率曲线计算方法，本发明实施例的风力发电机组功率曲线的确定方法不仅考虑了损耗影响，而且计算输入条件更少，计算速度更快。

相对于常规低速轴功率曲线计算方法，本发明实施例的风力发电机组功率曲线的确定方法的计算结果更贴近实际，更准确。

本发明实施例还提供了一种风力发电机组功率曲线的确定装置100。如图9所示，风力发电机组功率曲线的确定装置100包括一个或多个处理器101，用于实现上述任一实施例所述的确定方法。在一些实施例中，风力发电机组功率曲线的确定装置100可以包括计算机可读存储介质102，计算机可读存储介质可以存储有可被处理器101调用的程序，可以包括非易失性存储介质。在一些实施例中，风力发电机组功率曲线的确定装置100可以包括内存103和接口104。在一些实施例中，本发明实施例的风力发电机组功率曲线的确定装置100还可以根据实际应用包括其他硬件。

本发明实施例的风力发电机组功率曲线的确定方法及风力发电机组功率曲线的确定装置100能够在已知风力发电机组的风轮直径和额定功率，缺乏叶片数据、损耗数据的条件下，较为准确地完成整机功率曲线的快速估算，可以为风力发电机组开发的前期预研和概念设计提供参考。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质。计算机可读存储介质上存储有程序，该程序被处理器执行时，实现上述任一实施例所述的确定方法。

本发明实施例可采用在一个或多个其中包含有程序代码的存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。计算机可读存储介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体，可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机可读存储介质的例子包括但不限于：相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。

以上对本发明实施例所提供的风力发电机组功率曲线的确定方法及其装置以及计算机可读存储介质进行了详细的介绍。本文中应用了具体个例对本发明实施例的风力发电机组功率曲线的确定方法及其装置以及计算机可读存储介质进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想，并不用以限制本发明。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也均应落入本发明所附权利要求书的保护范围内。

Claims (12)

1.一种风力发电机组功率曲线的确定方法，其特征在于：所述方法包括：

获得多个不同的已知风力发电机组的净上网电功率曲线；

对所述多个不同的已知风力发电机组的净上网电功率曲线进行转换获得所述净上网电功率与电功率利用系数的关系式，其中，所述电功率利用系数为净上网电功率与风功率的比值；

根据任一风力发电机组的风轮直径和额定功率，并基于所述净上网电功率与电功率利用系数的关系式通过迭代获得所述任一风力发电机组在不同风速下的净上网电功率；以及

基于所述任一风力发电机组在不同风速下的净上网电功率绘制出所述任一风力发电机组的功率曲线。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述获得多个不同的已知风力发电机组的净上网功率曲线包括：

使用载荷仿真计算软件计算出具有不同风轮直径和不同额定功率的所述多个已知风力发电机组的净上网电功率曲线。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述对所述多个不同的已知风力发电机组的净上网电功率曲线进行转换获得所述净上网电功率与电功率利用系数的关系式包括：

将所述已知风力发电机组的净上网电功率曲线转换为在不同风速下的所述电功率利用系数曲线；

将所述在不同风速下的所述电功率利用系数曲线转换为在不同电功率百分比下的电功率利用系数曲线；及

基于所述在不同电功率百分比下的电功率利用系数曲线获得所述净上网电功率与电功率利用系数的关系式。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述将所述在不同风速下的所述电功率利用系数曲线转换为在不同电功率百分比下的电功率利用系数曲线包括：

对所述已知风力发电机组每个风速下的净上网功率进行归一化得到电功率百分比的分布；及

以所述电功率百分比的分布为自变量，以所述电功率利用系数为因变量，得到所述不同电功率百分比下的电功率利用系数曲线。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：对所述已知风力发电机组每个风速下的净上网电功率进行归一化包括：

将所述已知风力发电机组每个风速下的净上网电功率分别除以所述已知风力发电机组各自的最大功率。

6.如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述基于所述在不同电功率百分比下的电功率利用系数曲线获得所述净上网电功率与电功率利用系数的关系式包括：

对所述不同电功率百分比下的电功率利用系数曲线的散点进行筛选拟合得到所述净上网电功率与电功率利用系数的关系式。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：所述根据任一风力发电机组的风轮直径和额定功率，并基于所述净上网电功率与电功率利用系数的关系式通过迭代获得所述任一风力发电机组在不同风速下的净上网电功率包括：

步骤a1：初始化电功率利用系数的值；

步骤a2：根据所述任一风力发电机组的风轮直径和额定功率并基于所述电功率利用系数的值计算所述任一风力发电机组在某风速下的净上网电功率；

步骤a3：根据计算出在某风速下的净上网电功率并基于所述净上网电功率与电功率利用系数的关系式计算得到拟合后的电功率利用系数的值；及

步骤a4：在所述电功率利用系数的值与所述拟合后的电功率利用系数的值之间的差值绝对值不大于预定阈值时，统计该风速下计算得到的净上网电功率。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于：通过迭代获得所述任一风力发电机组在不同风速下的净上网电功率还包括：

步骤a5：在所述电功率利用系数的值与所述拟合后的电功率利用系数的值之间的差值绝对值大于所述预定阈值时，改变所述电功率利用系数的值，返回到所述步骤a2。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于：通过迭代获得所述任一风力发电机组在不同风速下的净上网电功率还包括：

步骤a6：确定所述运行风速区间内的所有运行风速是否都计算完成，

在所有运行风速计算完成后绘制在不同风速下的净上网电功率曲线。

10.如权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于：所述风速包括轮毂高度处的风速。

11.一种风力发电机组功率曲线的确定装置，其特征在于，包括一个或多个处理器，用于实现如权利要求1-10中任一项所述的方法。

12.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有程序，所述程序被处理器执行时，实现如权利要求1-10中任一项所述的方法。

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