CN113468767B - 一种海上风电机组发电量评估方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种海上风电机组发电量评估方法与系统，方法包括：获取海上风电机组风、浪、流的测试数据，得到不同波向、流向扇区下的功率特性曲线组；获取附近海域气象站和浮标所测得的气象、波浪、水流历史数据，得到海上风电场代表年的气象、波浪、水流数据，进而得到不同波向、流向扇区下以风速风频分布组；根据不同波向、流向扇区下的功率特性评估曲线组和风速风频分布组，计算得到海上风电场风、浪、流耦合下的年发电量。该方法考虑风、浪、流耦合作用下的海上风电场发电量评估方法，可以得到该海域内的风、浪、流耦合作用下风电场发电量，该方法对于优化微观选址和机组运行有重要意义。

Description

一种海上风电机组发电量评估方法与系统

技术领域

本发明属于海上风电机组技术领域，具体海上风电机组发电量评估方法与系统。

背景技术

与陆上风电场相比，海上风电场的优点主要是不占用土地资源，基本不受地形地貌影响，风速更高，风能资源更丰富，风电机组单机容量更大(6～10兆瓦)，年利用小时数更高。

目前海上风电场的发电量评估只与风速有关，但由于浪流也会对风机的运行状态造成影响进而影响风电机组的发电量，因此只基于风速对风电场的发电量进行评估较为片面，无法全面掌握海上风电场的实际运行情况。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明旨在提供一种一种海上风电机组发电量评估方法与系统，该方法考虑风、浪、流耦合作用下的海上风电场发电量评估方法，通过不同浪流下测得的功率曲线以及不同浪流下计算得到的风速分频分布，计算得到该海域内的风、浪、流耦合作用下风电场发电量，该方法对于优化微观选址和机组运行有重要意义。

为了实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案。

一种海上风电机组发电量评估方法，包括以下步骤：

获取海上风电机组风、浪、流的测试数据，得到不同波向、流向扇区下的功率特性曲线组；

获取附近海域气象站和浮标所测得的气象、波浪、水流历史数据，得到海上风电场代表年的气象、波浪、水流数据，进而得到不同波向、流向扇区下以风速风频分布组；

根据不同波向、流向扇区下的功率特性评估曲线组和风速风频分布组，计算得到海上风电场风、浪、流耦合下的年发电量。

作为本发明的进一步改进，所述风、浪、流的测试数据是由安装到海上风力发电机组上测试设备测得；测得的数据同时传送到一个工控机上进行数据存储。

作为本发明的进一步改进，所述获取海上风电机组风、浪、流的测试数据后还包括：

对采集到的数据进行分析，剔除风力发电机组及各测量设备非正常运行以及风向在非主风向时间段的气象、波浪和水流数据，只保留没有被破坏且不受障碍物影响的扇区的数据。

作为本发明的进一步改进，所述得到不同波向、流向扇区下的功率特性曲线组是指：

将波向、流向的统计平均值在0°～360°的范围均匀划分成不同扇区，以波向、流向所在的扇区为特征值，将时刻相同的气象数据、波浪数据和水流数据所组成的数据序列分配到不同的波向、流向扇区，形成不同波向、流向扇区下的气象数据、波浪数据和水流数据组，针对不同数据组分别建立以风速、波高、周期、流速为变量，功率为因变量的函数模型，形成风电机组功率特性评估曲线组。

作为本发明的进一步改进，获取附近海域气象站和浮标所测得的气象、波浪、水流历史数据后还包括：

对收集到的数据进行剔除和插补，同时根据处理后的长期数据对海上风电场附近所测得的近一年的气象、波浪、水流数据进行订正，进而得到海上风电场周围的气象、波浪、水流代表年数据。

作为本发明的进一步改进，所述海上风电场风、浪、流耦合下的年发电量的计算方法如下：

根据风、浪、流耦合下得到的功率特性评估曲线组和风速风频分布，计算得到不同波向、流向扇区下的发电量；

对不同波向、流向扇区下的发电量数据进行相加最终得到该海上风电场代表年内的年发电量，即AEP＝∑AEP_I。

作为本发明的进一步改进，所述发电量计算公式为：

其中：

N_h相同波向、流向扇区下的总计小时数；

N区间数

V_i第i区间内的规格化后的平均风速；

P_i第i区间内的规格化后的平均输出功率；

F(V) 相同波向、流向扇区下的风速概率分布函数。

一种海上风电机组发电量评估系统，包括：

第一获取模块，用于获取海上风电机组风、浪、流的测试数据，得到不同波向、流向扇区下的功率特性曲线组；

第二获取模块，用于获取附近海域气象站和浮标所测得的气象、波浪、水流历史数据，得到海上风电场代表年的气象、波浪、水流数据，进而得到不同波向、流向扇区下以风速风频分布组；

计算模块，用于根据不同波向、流向扇区下的功率特性评估曲线组和风速风频分布组，计算得到海上风电场风、浪、流耦合下的年发电量。

一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述海上风电机组发电量评估方法的步骤。

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程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述海上风电机组发电量评估方法的步骤。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明先对海上风电机组风、浪、流等进行测试，并对采集到的数据进行剔除和分析，得到不同波向、流向扇区下的功率特性曲线组。其次收集附近海域气象站和浮标所测得的历史气象、波浪、水流数据，并对该海上风电场所测的近一年数据进行修正，得到该海上风电场代表年的气象、波浪、水流数据，进而得到不同波向、流向扇区下以风速风频分布组。最后根据不同波向、流向扇区下的功率特性评估曲线组和风速风频分布组，得到该海上风电场风、浪、流耦合下的年发电量。通过不同浪流下测得的功率曲线以及不同浪流下计算得到的风速分频分布，计算得到该海域内的风、浪、流耦合作用下风电场发电量，该方法对于优化微观选址和机组运行有重要意义。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。在附图中：

图1为本发明优选实施例海上风电机组发电量评估方法流程示意图；

图2详细描述了本发明实施例基于实时运行数据的海上风电机组发电量评估方法。

图3为本发明优选实施例海上风电机组发电量评估系统结构示意图；

图4为本发明优选实施例电子设备结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施例。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示，本发明一种海上风电机组发电量评估方法，包括以下步骤：

获取海上风电机组风、浪、流的测试数据，得到不同波向、流向扇区下的功率特性曲线组；

获取附近海域气象站和浮标所测得的气象、波浪、水流历史数据，得到海上风电场代表年的气象、波浪、水流数据，进而得到不同波向、流向扇区下以风速风频分布组；

根据不同波向、流向扇区下的功率特性评估曲线组和风速风频分布组，计算得到海上风电场风、浪、流耦合下的年发电量。

具体的包括：

第一步：测风、测浪、测流、测功率设备所获得的数据，经过统计分析处理后，保留主风向时刻的数据，并被分配到波向、流向为特征值的不同扇区，组成不同的数据组，每个数据组以功率为因变量，风速、波高、周期、流速为变量，形成风电机组功率特性评估曲线组。

第二步：利用附近气象站和浮标所测得的20年或30年的气象、波浪、水流数据对风电机组附近所测得的一年期气象、波浪、水流数据进行修订得到该风电机组周围的气象、波浪、水流代表年数据。根据代表年的气象、波浪、水流数据计算得到不同浪流下的风速分频分布组。

第三步：根据风、浪、流耦合下得到不同波向、流向扇区下的功率特性评估曲线组和风速风频分布组，计算得到不同波向、流向扇区下的发电量，对不同波向、流向扇区下的发电量数据进行相加最终得到代表年内的年发电量。

实施例下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如附图2所示，本发明提供的一种海上风电机组发电量评估方法，包括测风、测浪、测流、测功率等设备进行测量，进行无效数据的剔除，计算得到风、浪、流耦合下的功率曲线，利用20年或30年的气象、波浪、水流数据进行代表年修正，得到该海上风电场一年期气象、波浪、水流数据，计算得到不同浪流下的风频分布，预计风、浪、流耦合下的功率曲线和风频分布，计算得到该海上风电场的年发电量。

具体地：

1)把测风、测浪、测流、测功率等设备安装到海上风力发电机组上，把所测数据同时传送到一个工控机上进行数据存储。

2)对采集到的数据进行分析，剔除风力发电机组及各测量设备非正常运行以及风向在非主风向时间段的气象、波浪和水流数据，只保留数据没有被破坏且不受障碍物影响的扇区。

3)将波向、流向的统计平均值在0°～360°的范围均匀划分成不同扇区，以波向、流向所在的扇区为特征值，将时刻相同的气象数据、波浪数据和水流数据所组成的数据序列分配到不同的波向、流向扇区，形成不同波向、流向扇区下的气象数据、波浪数据和水流数据组，(举例：如果按照4个扇区划分，那么扇区角度分别是0～90°、90°～180°、180°～270°、270°～360°)针对不同数据组分别建立以风速、波高、周期、流速为变量，功率为因变量的函数模型，形成风电机组功率特性评估曲线组。

4)收集附近气象站和浮标所测得的20年或30年的气象、波浪、水流数据，并对收集到的数据进行剔除和插补，同时根据处理后的长期数据对海上风电场附近所测得的近一年的气象、波浪、水流数据进行订正，进而得到该海上风电场周围的气象、波浪、水流代表年数据。

5)参照3)的描述，对该海上风电场代表年的气象、波浪、水流进行划分，最终得到不同波向、流向扇区下的气象数据、波浪数据和水流数据组，最终计算得到不同波向、流向扇区下以风速风频分布。

6)根据风、浪、流耦合下得到的功率特性评估曲线组和风速风频分布，计算得到不同波向、流向扇区下的发电量。发电量计算公式为：

其中：

N_h相同波向、流向扇区下的总计小时数；

N区间数

V_i第i区间内的规格化后的平均风速；

P_i第i区间内的规格化后的平均输出功率；

F(V)相同波向、流向扇区下的风速概率分布函数

对不同波向、流向扇区下的发电量数据进行相加最终得到该海上风电场代表年内的年发电量，即AEP＝∑AEP_I。

如图3所示，本发明的另一目的在于提出一种海上风电机组发电量评估系统，包括：

第一获取模块，用于获取海上风电机组风、浪、流的测试数据，得到不同波向、流向扇区下的功率特性曲线组；

第二获取模块，用于获取附近海域气象站和浮标所测得的气象、波浪、水流历史数据，得到海上风电场代表年的气象、波浪、水流数据，进而得到不同波向、流向扇区下以风速风频分布组；

计算模块，用于根据不同波向、流向扇区下的功率特性评估曲线组和风速风频分布组，计算得到海上风电场风、浪、流耦合下的年发电量。

如图4所示，本发明第三个目的是提供一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述海上风电机组发电量评估方法的步骤。

所述海上风电机组发电量评估方法包括以下步骤：

获取海上风电机组风、浪、流的测试数据，得到不同波向、流向扇区下的功率特性曲线组；

获取附近海域气象站和浮标所测得的气象、波浪、水流历史数据，得到海上风电场代表年的气象、波浪、水流数据，进而得到不同波向、流向扇区下以风速风频分布组；

根据不同波向、流向扇区下的功率特性评估曲线组和风速风频分布组，计算得到海上风电场风、浪、流耦合下的年发电量。

本发明第四个目的是提供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程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述海上风电机组发电量评估方法的步骤。

所述海上风电机组发电量评估方法包括以下步骤：

获取海上风电机组风、浪、流的测试数据，得到不同波向、流向扇区下的功率特性曲线组；

获取附近海域气象站和浮标所测得的气象、波浪、水流历史数据，得到海上风电场代表年的气象、波浪、水流数据，进而得到不同波向、流向扇区下以风速风频分布组；

根据不同波向、流向扇区下的功率特性评估曲线组和风速风频分布组，计算得到海上风电场风、浪、流耦合下的年发电量。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(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。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种海上风电机组发电量评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取海上风电机组风、浪、流的测试数据，得到不同波向、流向扇区下的功率特性曲线组；

获取附近海域气象站和浮标所测得的气象、波浪、水流历史数据，得到海上风电场代表年的气象、波浪、水流数据，进而得到不同波向、流向扇区下以风速风频分布组；

根据不同波向、流向扇区下的功率特性评估曲线组和风速风频分布组，计算得到海上风电场风、浪、流耦合下的年发电量；

所述海上风电场风、浪、流耦合下的年发电量的计算方法如下：

根据风、浪、流耦合下得到的功率特性评估曲线组和风速风频分布，计算得到不同波向、流向扇区下的发电量；

对不同波向、流向扇区下的发电量数据进行相加最终得到该海上风电场代表年内的年发电量，即AEP＝∑AEP_I；

所述发电量计算公式为：

其中：

N_h相同波向、流向扇区下的总计小时数；

N区间数

V_i第i区间内的规格化后的平均风速；

P_i第i区间内的规格化后的平均输出功率；

F(V)相同波向、流向扇区下的风速概率分布函数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述风、浪、流的测试数据是由安装到海上风力发电机组上测试设备测得；测得的数据同时传送到一个工控机上进行数据存储。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述获取海上风电机组风、浪、流的测试数据后还包括：

对采集到的数据进行分析，剔除风力发电机组及各测量设备非正常运行以及风向在非主风向时间段的气象、波浪和水流数据，只保留没有被破坏且不受障碍物影响的扇区的数据。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述得到不同波向、流向扇区下的功率特性曲线组是指：

将波向、流向的统计平均值在0°～360°的范围均匀划分成不同扇区，以波向、流向所在的扇区为特征值，将时刻相同的气象数据、波浪数据和水流数据所组成的数据序列分配到不同的波向、流向扇区，形成不同波向、流向扇区下的气象数据、波浪数据和水流数据组，针对不同数据组分别建立以风速、波高、周期、流速为变量，功率为因变量的函数模型，形成风电机组功率特性评估曲线组。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

获取附近海域气象站和浮标所测得的气象、波浪、水流历史数据后还包括：

对收集到的数据进行剔除和插补，同时根据处理后的长期数据对海上风电场附近所测得的近一年的气象、波浪、水流数据进行订正，进而得到海上风电场周围的气象、波浪、水流代表年数据。

6.一种海上风电机组发电量评估系统，基于权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，包括：

第一获取模块，用于获取海上风电机组风、浪、流的测试数据，得到不同波向、流向扇区下的功率特性曲线组；

第二获取模块，用于获取附近海域气象站和浮标所测得的气象、波浪、水流历史数据，得到海上风电场代表年的气象、波浪、水流数据，进而得到不同波向、流向扇区下以风速风频分布组；

计算模块，用于根据不同波向、流向扇区下的功率特性评估曲线组和风速风频分布组，计算得到海上风电场风、浪、流耦合下的年发电量。

7.一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-5任一项所述海上风电机组发电量评估方法的步骤。

8.一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程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-5任一项所述海上风电机组发电量评估方法的步骤。