CN113187672B - 一种风力发电站的潜能评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风力发电站的潜能评估方法，所述潜能评估方法包括如下步骤：S1：对风机进行数字建模；S2：读取风机数据，读取的数据类型包括：风速、故障码、风机功率、风机状态、当地空气密度、预测风速、各设备耗电量和调度下发目标功率；S3：计算理论功率，基于步骤S2中获得的预测风速，带入步骤S1得到数字模型中，生成理论功率和风能利用系数；S4：计算潜能指标；S5：定期生成报告，对各潜能指标进行统计。本发明方法通过对数据的处理和计算分析，总结出整个风场的潜能，可以针对性地对风机、风场的改造升级进行指导。

Description

一种风力发电站的潜能评估方法

技术领域

本发明属于新能源和测控技术领域，尤其涉及一种风力发电站的潜能评估方法。

背景技术

发展清洁和绿色能源是人类社会实现可持续健康发展的本质要求。风力发电作为一种利用清洁绿色能源的方式，日益受到社会的关注和重视。

随着时间的推移和技术的进步，大数据、人工智能、5G通信等技术已经在风力发电领域有了成熟的应用；更好的控制、更先进的设备使得风力发电机、风电场的效率、稳定性大幅度提升。相比之下，多数老旧风场面临着风机效率低、发电达不到盈利标准、对风机控制不合理、维护成本高、维护时间长等缺点；有些风场在特定的环境下，例如多小风、结冰多等环境下因风机长时间无法发电损失电能。这些风电站都具有对电站设备、风力发电机进行升级以提升发电量、发电效率、降低运维成本的需求。

如果不计成本的对风力发电战进行升级改造，例如更换更大的叶片、或者更换整个发电机组，虽然可以增加发电量，但是缺少针对性，且花费巨大，不符合科学、合理、智能改造的原则。本种风力发电站潜能评估的方法通过风机、相关配件、调度信息、自然环境的详尽数据，经过一定时间的积累，可以对发电场因为各个原因损失发电量进行量化和分类，有针对性地指出风场的不足，为风电站改造方案提供技术指导。

针对上述问题，本发明提供了一种风力发电站潜能评估的方法.

发明内容

本发明的目的在于，为克服现有技术缺陷，提供了一种风力发电站的潜能评估方法，通过对数据的处理和计算分析，总结出整个风场的潜能，可以针对性地对风机、风场的改造升级进行指导。

本发明目的通过下述技术方案来实现：

一种风力发电站的潜能评估方法，所述潜能评估方法包括如下步骤：S1：对风机进行数字建模，得到风机的数字模型；S2：读取风机数据，读取的数据类型包括：风速、故障码、风机功率、风机状态、当地空气密度、预测风速、各设备耗电量和调度下发目标功率；S3：计算理论功率，基于步骤S2中获得的预测风速，带入步骤S1得到数字模型中，生成理论功率和风能利用系数；S4：计算潜能指标，所述潜能指标包括：风机潜能能量、风机可提升潜能能量、风机潜能时间、风机可提升发电时间、实际功率曲线、风机耗电统计、可减少耗电量、偏航停机减少耗电、风机故障统计、风机故障频次、典型故障、风机故障时间、维护停机时间、功率曲线符合性、基于时间的风电机组可利用率、基于发电量的风电机组可利用率、电网调度损失发电量和能量管理损失发电量；S5：定期生成报告，对各潜能指标进行统计。

根据一个优选的实施方式，所述步骤S1中对风机进行数字建模为：基于发电机参数、叶片参数和塔筒参数对风机进行数字建模。

根据一个优选的实施方式，所述潜能指标中：风机潜能能量＝风机理论电量+风机耗电量–风机实际发电量；风机可提升潜能能量：可以提升的能量的总和。

根据一个优选的实施方式，所述潜能指标中：风机潜能时间＝风机理论发电时间–风机实际发电时间；风机可提升发电时间：可以提升的发电时间的总和。

根据一个优选的实施方式，所述潜能指标中：风机故障频次＝风机故障次数/机组数量；风机故障统计：统计发生故障的类型，持续时间，故障处理(修理)时间，因为故障而损失的发电量；风机故障时间包括：计算风机故障运行时间占比，平均风机故障停机时间；风机故障停机时间比＝风机故障停机时间/日历时间*100％；平均风机故障停机时间＝风机故障停机时间/故障次数。

根据一个优选的实施方式，所述潜能指标中：基于时间的风电机组可利用率：时间可利用率TBA＝[可用小时数/(可用小时数+不可用小时数)]*100％。

根据一个优选的实施方式，所述潜能指标中：基于发电量的风电机组可利用率：等效发电小时数＝总发电量/额定功率；年等效发电小时数＝等效发电小时数*评估周期天数/年天数。

前述本发明主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本发明可采用并要求保护的方案；且本发明，(各非冲突选择)选择之间以及和其他选择之间也可以自由组合。本领域技术人员在了解本发明方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本发明所要保护的技术方案，在此不做穷举。

本发明的有益效果：本发明方法利用数据采集、处理，评估出风场潜能。该方法适用于所有需要通过改造提升发电量、有潜在改造需求的风力发电站，通过对数据的处理和计算分析，总结出整个风场的潜能：包括可以多发的电能和损失电能及其原因等。生成的总结报告，可以针对性地对风机、风场进行改造、升级提供指导。

附图说明

图1是本发明潜能评估方法的流程示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

因此，以下对本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

另外，本发明要指出的是，本发明中，如未特别写出具体涉及的结构、连接关系、位置关系、动力来源关系等，则本发明涉及的结构、连接关系、位置关系、动力来源关系等均为本领域技术人员在现有技术的基础上，可以不经过创造性劳动可以得知的。

实施例1：

参考图1所示，本发明公开了一种风力发电站的潜能评估方法，所述潜能评估方法包括如下步骤：

步骤S1：对风机进行数字建模，得到风机的数字模型；所述步骤S1中对风机进行数字建模为：基于发电机参数、叶片参数和塔筒参数对风机进行数字建模。

步骤S2：读取风机数据，读取的数据类型包括：风速、故障码、风机功率、风机状态、当地空气密度、预测风速、各设备耗电量和调度下发目标功率。

步骤S3：计算理论功率，基于步骤S2中获得的预测风速，带入步骤S1得到数字模型中，生成理论功率和风能利用系数。

步骤S4：计算潜能指标，所述潜能指标包括：风机潜能能量、风机可提升潜能能量、风机潜能时间、风机可提升发电时间、实际功率曲线、风机耗电统计、可减少耗电量、偏航停机减少耗电、风机故障统计、风机故障频次、典型故障、风机故障时间、维护停机时间、功率曲线符合性、基于时间的风电机组可利用率、基于发电量的风电机组可利用率、电网调度损失发电量和能量管理损失发电量。

优选地，所述潜能指标：

风机潜能能量＝风机理论电量+风机耗电量–风机实际发电量；风机可提升潜能能量：可以提升的能量的总和。

风机潜能时间＝风机理论发电时间–风机实际发电时间；风机可提升发电时间：可以提升的发电时间的总和。

生成实际功率曲线：用于评价是否在某些风速段功率曲线偏差较大。

风机耗电统计：统计运行时间内风机对应所有部件的耗电，评估是否存在发电耗电在预期之外的情况。

可减少耗电量：如果出现较大的耗电，细分出可以减少的耗电量，纳入可提升潜能。

偏航停机减少耗电：当风速不能达到风机启动风速时，机组也会跟随风向偏航，消耗电量，此为无用偏航。新的偏航策略，在预测未来15分钟无可用发电风速情况下，将机组偏航到气象预测未来主风向，停止偏航。

风机故障统计：统计发生故障的类型，持续时间，故障处理(修理)时间，因为故障而损失的发电量。

风机故障频次：故障频次＝风机故障次数/机组数量。风机故障频次分析是衡量机组可靠性的重要方面，频次越低，说明机组越可靠，越不易发生故障。

故障等待时间：风机从发生故障到维护人员处理故障的时间，分析故障等待的原因，计算理论可减少等待时间，换算得到可提升的发电时间和发电量。

典型故障：针对典型故障，进行深入分析挖掘，找到故障产生的根本原因，提出技术性的合理的优化和消缺意见，实现典型故障的闭环优化控制，进而减少该机组的大概率故障。计算理论减少的故障处理时间，换算得到可提升的发电时间和发电量。

风机故障时间：计算故障运行时间占比，平均故障停机时间；风机故障停机时间比＝风机故障停机时间/日历时间*100％；平均风机故障停机时间＝风机故障停机时间/故障次数；

维护停机：统计维护时间，对维护停机时间进行分析，可以帮助我们分析机组故障的人为处理效率，有利于指导后市场服务优化。它是衡量检修服务团队检修技术水平、故障处理能力、检修效率和管理能力的综合指标，数值越小代表们解决问题的能力越强。其中，维护时间比＝维护停机时间/日历时间*100％；平均维护时间＝维护停机时间/维护停机次数。维护可减少的时间可以换算成风机理论可增加发电量，计入风机潜能中。

功率曲线符合性：通过评估期内的发电量偏差来评估功率曲线的符合性，衡量机组的发电能力是否达到设计合同要求；如果未达到设计要求，可以结合风机故障分析原因，解决问题后可提升的理论发电量计入可提升潜能总量。

基于时间的风电机组可利用率：时间可利用率TBA＝[可用小时数/(可用小时数+不可用小时数)]*100％。

基于发电量的风电机组可利用率：等效发电小时数＝总发电量/额定功率；年等效发电小时数＝等效发电小时数*评估周期天数/年天数。

电网调度损失发电量：如果当前理论发电量大于调度下发发电量，损失的发电量计入可提升发电潜能。

能量管理损失发电量：功率从低功率调到高功率这一段时间损失的发电量计入能量管理损失发电量。可以通过能量管理调优减少发电量损失，计入潜能发电量。

步骤S5：定期生成报告，对各潜能指标进行统计。优选地，数据在程序运行阶段一直累计，默认每日生成报表，周期可调。

本发明方法利用数据采集、处理，评估出风场潜能。该方法适用于所有需要通过改造提升发电量、有潜在改造需求的风力发电站，通过对数据的处理和计算分析，总结出整个风场的潜能：包括可以多发的电能和损失电能及其原因等。生成的总结报告，可以针对性地对风机、风场进行改造、升级提供指导。

实施例2

在实施例1的基础上，本发明还公开了一种风力发电站的潜能评估系统。所述潜能评估系统包括：数据来源设备、数据传输装置、算法分析装置。

数据来源设备是所有需要通过改造提升发电量、有潜在改造需求的风场中的所有风力发电机及其配套设备，仅对设备数据进行采集，不影响风电站日常运行。

数据传输装置直接位于于被测部件上，提供稳定的有线/无线通讯，可以长时间、稳定、实时地传输风机运行/维护数据、风能数据、风机各配件数据、风电场维护/运行数据、电网调度数据。

算法分析装置支持多种常规通讯协议，对风场所有实时、历史数据，实时对数据进行计算、分析；计算出配合特定风场、风机可以配套(未安装)的算法和更先进的能量管理系统后理论上可以多发的功率，即风场的潜能。根据算法分析装置包括人机界面，操作者可以通过可选取时间点生成报告。

系统所有模块都具有高效率、高实时性、低延迟的特点，达到计算准确的目的。根据使用者需求，可以随时查看计算结果。

具体地，所述潜能评估系统按照实施例1所述的潜能评估方法进行运行并实现风机组或风电场的潜能评估。

前述本发明基本例及其各进一步选择例可以自由组合以形成多个实施例，均为本发明可采用并要求保护的实施例。本发明方案中，各选择例，与其他任何基本例和选择例都可以进行任意组合。本领域技术人员可知有众多组合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种风力发电站的潜能评估方法，其特征在于，所述潜能评估方法包括如下步骤：

S1：对风机进行数字建模，得到风机的数字模型；

所述步骤S1中对风机进行数字建模为：基于发电机参数、叶片参数和塔筒参数对风机进行数字建模；

S2：读取风机数据，读取的数据类型包括：风速、故障码、风机功率、风机状态、当地空气密度、预测风速、各设备耗电量和调度下发目标功率；

S3：计算理论功率，基于步骤S2中获得的预测风速，带入步骤S1得到数字模型中，生成理论功率和风能利用系数；

S4：计算潜能指标，所述潜能指标包括：风机潜能能量、风机可提升潜能能量、风机潜能时间、风机可提升发电时间、实际功率曲线、风机耗电统计、可减少耗电量、偏航停机减少耗电、风机故障统计、风机故障频次、典型故障、风机故障时间、维护停机时间、功率曲线符合性、基于时间的风电机组可利用率、基于发电量的风电机组可利用率、电网调度损失发电量和能量管理损失发电量；

所述潜能指标中：

风机潜能能量= 风机理论电量 + 风机耗电量 – 风机实际发电量；

风机可提升潜能能量：可以提升的能量的总和；

风机潜能时间 = 风机理论发电时间 – 风机实际发电时间；

风机可提升发电时间：可以提升的发电时间的总和；

风机故障频次=风机故障次数/机组数量；

风机故障统计：统计发生故障的类型，持续时间，故障处理时间，因为故障而损失的发电量；

风机故障时间包括：计算风机故障运行时间占比，平均风机故障停机时间；风机故障停机时间比=（风机故障停机时间/日历时间）*100%；平均风机故障停机时间=风机故障停机时间/故障次数；

基于时间的风电机组可利用率：时间可利用率TBA=[可用小时数/（可用小时数+不可用小时数）]*100%；

基于发电量的风电机组可利用率：等效发电小时数=总发电量/额定功率；年等效发电小时数=等效发电小时数*评估周期天数/年天数；

S5：定期生成报告，对各潜能指标进行统计。

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