CN113323805A - 一种提升风电场覆冰期间风机运行效率的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于风力发电技术领域，公开了一种提升风电场覆冰期间风机运行效率的方法，利用图像采集模块和覆冰探测模块，获取覆冰的位置，并且利用融冰模块对覆冰进行融化；通过环境检测模块和风机运行检测模块，对风机和风机周围的环境进行检测，获取相应的数据；获取风电场现有大风机的安装坐标及技术的参数，根据覆冰情况在风电场内部各大风机间设立小风机，小风机的安装位置按照方案设置构成多种小风机安装的方案；求出多种小风机增设方案下风电场输出增益；根据采集的数据，确定观测基地的建设和提高风机运行效率的方案；本发明保证了保证工程的效果，加强了实用性，节省了人力物力，通过风电场增设小风机的方式来提高风电场的发电效益。
Description
技术领域
本发明属于风力发电技术领域，尤其涉及一种提升风电场覆冰期间风机运行效率的方法。
背景技术
目前，由于国际能源危机、环境问题的加剧恶化，风电正在主导摆脱对化石燃料的依赖，目前风电场在提高发电效益方面主要采用的有单机最大风能捕获方案，但是随着地区的不同，在冬天的时候各风电场的覆冰情况不同，覆冰情况会在导线上风机上出现，一旦被覆冰，那么就会大大降电厂的发电效率，从而导致发电慢或者其他危险问题，目前现有的技术没有对风电场覆冰情况进行缓解的，也没有对导线覆冰情况进行观察的方法，在冬天，特别是高山风电场，覆冰情况是非常常见的，且一旦出现，是没有对其缓解的办法的，会导致周围依靠的风机大面积瘫痪。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有的技术没有对风电场覆冰情况进行缓解的，也没有对导线覆冰情况进行观察的方法，一旦出现覆冰情况，只能等待覆冰自行消解。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种提升风电场覆冰期间风机运行效率的方法。
本发明是这样实现的，一种提升风电场覆冰期间风机运行效率的方法，所述提升风电场覆冰期间风机运行效率的方法，包括：
步骤一，利用图像采集模块和覆冰探测模块，获取覆冰的位置，并且利用融冰模块对覆冰进行融化；
步骤二，通过环境检测模块和风机运行检测模块，对风机和风机周围的环境进行检测，获取相应的数据；
步骤三，获取风电场现有大风机的安装坐标及技术的参数，根据覆冰情况在风电场内部各大风机间设立小风机，小风机的安装位置按照方案设置构成多种小风机安装的方案；求出多种小风机增设方案下风电场输出增益；
步骤四，根据采集的数据，确定观测基地的建设和提高风机运行效率的方案；
所述步骤一中，覆冰探测模块测量覆冰的位置具体过程为：
利用超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播；
当超声波遇到覆冰时，立即返回，超声波接收器收到反射波就立即停止计时；根据时间差和超声波的速度，确定出发射位置到覆冰的位置；
在超声波接收信号后，对信号进行去噪的具体过程为：
设含有噪声的超声波信号y(n)，原始清晰的信号x(n)，目标函数为：
由于
则目标函数变换为：
利用辅助函数，确定目标函数的最小化向量，其中，辅助函数为：
最小值为：
交换最大化和最小化的顺序：
进行求导可得
由于
得出
将交换最大化和最小化的顺序带入到目标转化的函数中，得出：
等价最小化为：
进一步，所述观测基地建设的具体过程为：
根据风电场的覆冰情况以及风电场送出线路的分布情况来确定，根据风电场的覆冰情况以及风电场送出线路的分布情况来确定观测基地坐标；
测试坐标可行性，根据基地坐标建立周围环境模型，在计算机3D建模软件上进行环境建模，建立模拟基站，测试其可行性；
如果3D建模软件中测出此坐标不具有可行性，则返回上一步骤；若具有可行性，进行下一步骤，根据具有可行性的坐标进行观测基地的建设。
进一步，所述测试坐标可行性具体为在软件中建立基地模型，建立风电场导线模型，根据360°观察是否可以全面的观测到风电场导线的覆冰情况。
进一步，所述建设观测基地具体为设立观测墩并编号，将观冰架安装在观测墩上并再一次进行编号，使得观测仪器和观测墩一一对应起来。
进一步，所述风电场输出增益P＝P1-P2，其中，P1为采用小风机增设方案下风电场输出功率，P2为采用小风机增设方案前风电场输出功率，风电场输出功率为风电场中各风机输出功率之和。
进一步，所述各风机输出功率具体通过下述方式求得：首先，求取各风机处的风速，然后根据各风机处的风速求取各风机的输出功率。
进一步，所述图像采集模块设置有图像处理模块，图像处理模块对图像进行归一化、平滑、复原增强处理；
将增强的图像进行几何变换，并进行图像数字化；
图像数字化完成后，对图像进行综合分析。
进一步，所述图像综合分析具体过程为：
将含有覆冰的图像，进行图像分割，并对分割完成的图像进行特征提取，
统计覆冰图像集中的文档数，正文档出现频率、负文档出现频率、正文档不出现频率、负文档不出现频率；
确定每个覆冰图像的卡方值，将覆冰图像按卡方值从大到小排序，选取前k个覆冰图像作为特征，k即特征维数，并对特征进行匹配识别判断。
本发明另一目的在于提供一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，包括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以实施所述的提升风电场覆冰期间风机运行效率的方法。
本发明另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，储存有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行所述的提升风电场覆冰期间风机运行效率的方法。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明中通过设立观测基站来达到对覆冰导线的及时控制，通过进行3D建模，保证了施工的准备工作，使得每一步骤都经过严谨的计算才加以实施，保证工程的效果，加强了实用性，节省了人力物力，通过风电场增设小风机的方式来提高风电场的发电效益，而对于大风机的控制策略不变，便于实施，设立n种风机的效果方案，通过风电场输出增益来规划小风机的数量和位置，提高风电场发电效益。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的提升风电场覆冰期间风机运行效率的方法流程图。
图2是本发明实施例提供的覆冰探测模块测量覆冰的位置的方法流程图。
图3是本发明实施例提供的观测基地建设的方法流程图。
图4是本发明实施例提供的图像处理模块对图像进行处理的方法流程图。
图5是本发明实施例提供的图像综合分析的方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种提升风电场覆冰期间风机运行效率的方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的提升风电场覆冰期间风机运行效率的方法，包括：
S101：利用图像采集模块和覆冰探测模块，获取覆冰的位置，并且利用融冰模块对覆冰进行融化；
S102：通过环境检测模块和风机运行检测模块，对风机和风机周围的环境进行检测，获取相应的数据；
S103：获取风电场现有大风机的安装坐标及技术的参数，根据覆冰情况在风电场内部各大风机间设立小风机，小风机的安装位置按照方案设置构成多种小风机安装的方案；求出多种小风机增设方案下风电场输出增益；
S104：根据采集的数据，确定观测基地的建设和提高风机运行效率的方案。
如图2所示，本发明实施例提供的覆冰探测模块测量覆冰的位置具体过程为：
S201：利用超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播；
S202：当超声波遇到覆冰时，立即返回，超声波接收器收到反射波就立即停止计时；
S203：根据时间差和超声波的速度，确定出发射位置到覆冰的位置。
本发明实施例提供的在超声波接收信号后，对信号进行去噪的具体过程为：设含有噪声的超声波信号y(n)，原始清晰的信号x(n)，目标函数为：
由于
则目标函数变换为：
利用辅助函数，确定目标函数的最小化向量，其中，辅助函数为：
最小值为：
交换最大化和最小化的顺序：
进行求导可得
由于
得出
将交换最大化和最小化的顺序带入到目标转化的函数中，得出：
等价最小化为：
如图3所示，本发明实施例提供的观测基地建设的具体过程为：
S301：根据风电场的覆冰情况以及风电场送出线路的分布情况来确定，根据风电场的覆冰情况以及风电场送出线路的分布情况来确定观测基地坐标；
S302：测试坐标可行性，根据基地坐标建立周围环境模型，在计算机3D建模软件上进行环境建模，建立模拟基站，测试其可行性；
S303：如果3D建模软件中测出此坐标不具有可行性，则返回上一步骤；若具有可行性，进行下一步骤，根据具有可行性的坐标进行观测基地的建设。
本发明实施例中测试坐标可行性具体为在软件中建立基地模型，建立风电场导线模型，根据360°观察是否可以全面的观测到风电场导线的覆冰情况。
本发明实施例中建设观测基地具体为设立观测墩并编号，将观冰架安装在观测墩上并再一次进行编号，使得观测仪器和观测墩一一对应起来。
本发明实施例中风电场输出增益P＝P1-P2，其中，P1为采用小风机增设方案下风电场输出功率，P2为采用小风机增设方案前风电场输出功率，风电场输出功率为风电场中各风机输出功率之和。
本发明实施例中各风机输出功率具体通过下述方式求得：首先，求取各风机处的风速，然后根据各风机处的风速求取各风机的输出功率。
如图4所示，本发明实施例提供的图像采集模块设置有图像处理模块，图像处理模块对图像进行处理的具体过程为：
S401：图像处理模块对图像进行归一化、平滑、复原增强处理；
S402：将增强的图像进行几何变换，并进行图像数字化；
S403：图像数字化完成后，对图像进行综合分析。
如图5所示，本发明实施例提供的图像综合分析具体过程为：
S501：将含有覆冰的图像，进行图像分割，并对分割完成的图像进行特征提取；
S502：统计覆冰图像集中的文档数，正文档出现频率、负文档出现频率、正文档不出现频率、负文档不出现频率；
S503：确定每个覆冰图像的卡方值，将覆冰图像按卡方值从大到小排序，选取前k个覆冰图像作为特征，k即特征维数，并对特征进行匹配识别判断。
以上所述，仅为本发明较优的具体的实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，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，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，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种提升风电场覆冰期间风机运行效率的方法，其特征在于，所述提升风电场覆冰期间风机运行效率的方法，包括：
步骤一，利用图像采集模块和覆冰探测模块，获取覆冰的位置，并且利用融冰模块对覆冰进行融化；
步骤二，通过环境检测模块和风机运行检测模块，对风机和风机周围的环境进行检测，获取相应的数据；
步骤三，获取风电场现有大风机的安装坐标及技术的参数，根据覆冰情况在风电场内部各大风机间设立小风机，小风机的安装位置按照方案设置构成多种小风机安装的方案；求出多种小风机增设方案下风电场输出增益；
步骤四，根据采集的数据，确定观测基地的建设和提高风机运行效率的方案；
所述步骤一中，覆冰探测模块测量覆冰的位置具体过程为：
利用超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播；
当超声波遇到覆冰时，立即返回，超声波接收器收到反射波就立即停止计时；根据时间差和超声波的速度，确定出发射位置到覆冰的位置；
在超声波接收信号后，对信号进行去噪的具体过程为：
设含有噪声的超声波信号y(n)，原始清晰的信号x(n)，目标函数为：
由于
则目标函数变换为：
利用辅助函数，确定目标函数的最小化向量，其中，辅助函数为：
最小值为：
交换最大化和最小化的顺序：
进行求导可得
由于
得出
将交换最大化和最小化的顺序带入到目标转化的函数中，得出：
等价最小化为：
2.如权利要求1所述提升风电场覆冰期间风机运行效率的方法，其特征在于，所述观测基地建设的具体过程为：
根据风电场的覆冰情况以及风电场送出线路的分布情况来确定，根据风电场的覆冰情况以及风电场送出线路的分布情况来确定观测基地坐标；
测试坐标可行性，根据基地坐标建立周围环境模型，在计算机3D建模软件上进行环境建模，建立模拟基站，测试其可行性；
如果3D建模软件中测出此坐标不具有可行性，则返回上一步骤；若具有可行性，进行下一步骤，根据具有可行性的坐标进行观测基地的建设。
3.如权利要求2所述提升风电场覆冰期间风机运行效率的方法，其特征在于，所述测试坐标可行性具体为在软件中建立基地模型，建立风电场导线模型，根据360°观察是否可以全面的观测到风电场导线的覆冰情况。
4.如权利要求2所述提升风电场覆冰期间风机运行效率的方法，其特征在于，所述建设观测基地具体为设立观测墩并编号，将观冰架安装在观测墩上并再一次进行编号，使得观测仪器和观测墩一一对应起来。
5.如权利要求1所述提升风电场覆冰期间风机运行效率的方法，其特征在于，所述风电场输出增益P＝P1-P2，其中，P1为采用小风机增设方案下风电场输出功率，P2为采用小风机增设方案前风电场输出功率，风电场输出功率为风电场中各风机输出功率之和。
6.如权利要求1所述提升风电场覆冰期间风机运行效率的方法，其特征在于，所述各风机输出功率具体通过下述方式求得：首先，求取各风机处的风速，然后根据各风机处的风速求取各风机的输出功率。
7.如权利要求1所述提升风电场覆冰期间风机运行效率的方法，其特征在于，所述图像采集模块设置有图像处理模块，图像处理模块对图像进行归一化、平滑、复原增强处理；
将增强的图像进行几何变换，并进行图像数字化；
图像数字化完成后，对图像进行综合分析。
8.如权利要求7所述提升风电场覆冰期间风机运行效率的方法，其特征在于，所述图像综合分析具体过程为：
将含有覆冰的图像，进行图像分割，并对分割完成的图像进行特征提取，
统计覆冰图像集中的文档数，正文档出现频率、负文档出现频率、正文档不出现频率、负文档不出现频率；
确定每个覆冰图像的卡方值，将覆冰图像按卡方值从大到小排序，选取前k个覆冰图像作为特征，k即特征维数，并对特征进行匹配识别判断。
9.一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，包括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以实施如权利要求1～8所述的提升风电场覆冰期间风机运行效率的方法。
10.一种计算机可读存储介质，储存有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求1～8所述的提升风电场覆冰期间风机运行效率的方法。
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