CN113469526A - 一种适用于复杂风区的风电场感知系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于复杂风区的风电场感知系统，包括数据库、风电场场控区域划分模块、风电场离线子模型生成模块、风场实时信息感知模块和风电场在线感知模块，数据库的输出端与风电场场控区域划分模块的输入端相连，风电场场控区域划分模块的输出端与风电场离线子模型生成模块的输入端相连，风电场离线子模型生成模块的输出端与风电场在线感知模块的模型输入端相连，风场实时信息感知模块的输出端与风电场在线感知模块的信息输入端相连。本发明将风场实时信息作为风电场离线子模型的输入，使风电场离线子模型输出对应风电机组的功率、浆距角和偏航角，实现对风电场的在线感知，有利于及时调整风电场场控策略，提高风电场运行安全性。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种适用于复杂风区的风电场感知系统。
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。风力发电是指利用风力发电机组把风的动能转换为电能。随着我国能源转型和风力发电技术的高速发展，中国新增风电并网装机容量近些年来大幅增加，而优质风场基本已经被开发完，风电的开发转向低风速、高湍流的复杂风区，此类风区，风资源条件复杂，涉及到强湍流、强负剪切等恶劣风况，一方面不利于开发者制定合理有效的风电场场控策略，另一方面风电场运行安全性难以保证。如果能对风电场进行在线感知，将有利于提高复杂风区的开发效率，有利于及时调整风电场场控策略，有利于提高风电场运行安全性。然而现有技术中，复杂风区的风电场感知技术还不完善。
发明内容
本发明主要是为了解决复杂风区风资源条件复杂，风电场难以感知的问题，提供了一种适用于复杂风区的风电场感知系统，将风场实时信息作为风电场离线子模型的输入，实现对风电场的在线感知，有利于及时调整风电场场控策略，提高风电场运行安全性。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种适用于复杂风区的风电场感知系统，包括数据库、风电场场控区域划分模块、风电场离线子模型生成模块、风场实时信息感知模块和风电场在线感知模块，所述数据库的输出端与所述风电场场控区域划分模块的输入端相连，所述风电场场控区域划分模块的输出端与所述风电场离线子模型生成模块的输入端相连，所述风电场离线子模型生成模块的输出端与所述风电场在线感知模块的模型输入端相连，所述风场实时信息感知模块的输出端与所述风电场在线感知模块的信息输入端相连。复杂风区风资源条件复杂，涉及到强湍流、强负剪切等恶劣风况，为了准确感知复杂风区的风电场运行情况，本发明提供了一种适用于复杂风区的风电场感知系统，风电场感知系统包括数据库、风电场场控区域划分模块、风电场离线子模型生成模块、风场实时信息感知模块和风电场在线感知模块，所述数据库、风电场场控区域划分模块、风电场离线子模型生成模块依次电连接；所述风电场在线感知模块有两个输入端，分别是模型输入端和信息输入段，所述风电场离线子模型生成模块的输出端与所述风电场在线感知模块的模型输入端相连，所述风场实时信息感知模块的输出端与所述风电场在线感知模块的信息输入端相连。本发明的数据库包括风场历史风向数据库、风场历史风速数据库、风场历史湍流强度数据库、风场历史风剪切数据库，以及风电场风机分布数据库，数据库将历史风向、历史风速、历史湍流强度、历史风剪切数据和风机分布数据输出到风电场场控区域划分模块，风电场场控区域划分模块根据输入的历史风信息和风机分布数据，生成风电场场控区域划分结果，然后将风电场场控区域划分结果输出到风电场离线子模型生成模块，风电场离线子模型生成模块对照风电场场控区域划分结果，将复杂风区风电场离线模型细化成对应各个第二级控制区域的风电场离线子模型，即生成各个第二级控制区域的风电场离线子模型，接着各个风电场离线子模型输出到风电场在线感知模块，同时，风场实时信息感知模块将感知到的实时信息输出到风电场在线感知模块，最后，各个风电场离线子模型将对应的实时信息作为输入，输出各个第二级控制区域内各个风电机组的功率、桨距角和偏航角，实现对复杂风区风电场的在线感知，有利于及时调整风电场场控策略，提高风电场运行安全性。
作为优选，所述数据库包括风场历史风向数据库、风场历史风速数据库、风场历史湍流强度数据库、风场历史风剪切数据库，以及风电场风机分布数据库，所述风场历史风向数据库、风场历史风速数据库、风场历史湍流强度数据库、风场历史风剪切数据库、风电场风机分布数据库的输出端分别与所述风电场场控区域划分模块的输入端相连。本发明风电场场控区域划分模块是基于数据库输出的历史风向、历史风速、历史湍流强度、历史风剪切数据和风电场风机分布数据，形成风电场场控区域划分结果。
作为优选，所述风电场场控区域划分模块形成风电场场控区域划分结果的具体过程，包括以下步骤：步骤S1）基于风电场风机分布，将风电场场控区域划分成若干个第一级控制区域；步骤S2）根据历史风向、历史风速、历史湍流强度、历史风剪切数据的相似程度，在第一级控制区域的基础上，将相似程度高的风电机组聚类为同一分组，划分出若干个第二级控制区域，所述第二级控制区域为风电场场控区域划分结果。本发明数据库将历史风向、历史风速、历史湍流强度、历史风剪切数据和风机分布数据输出到风电场场控区域划分模块，风电场场控区域划分模块根据风机分布数据，将风电场场控区域划分成若干个第一级控制区域，然后根据历史风向、历史风速、历史湍流强度、历史风剪切数据的相似程度，在第一级控制区域的基础上，将相似程度高的风电机组聚类为同一分组，划分出若干个第二级控制区域，此即为风电场场控区域划分结果。
作为优选，所述风电场离线子模型生成模块根据风电场场控区域划分结果，将复杂风区风电场离线模型细化成各个第二级控制区域的风电场离线子模型。本发明的风电场场控区域划分模块将风电场场控区域划分结果输出到风电场离线子模型生成模块，风电场离线子模型生成模块对照风电场场控区域划分结果，将复杂风区风电场离线模型细化成各个第二级控制区域的风电场离线子模型，即生成各个第二级控制区域的风电场离线子模型。
作为优选，所述风场实时信息感知模块用于感知实时风向、实时风速、实时湍流强度和实时风剪切。本发明风场实时信息感知模块将感知到的实时风向、实时风速、实时湍流强度和实时风剪切输出到风电场在线感知模块，用作各个风电场离线子模型的输入，以输出各个第二级控制区域内各个风电机组的功率、桨距角和偏航角，实现对风电场的在线感知。
作为优选，所述风电场在线感知模块的工作过程为：将所述风场实时信息感知模块感知到的实时信息作为各个风电场离线子模型的输入，所述风电场离线子模型根据实时风向、实时风速、实时湍流强度和实时风剪切，评估出风电场离线子模型对应的第二级控制区域内各个风电机组的功率、桨距角和偏航角。风电场在线感知模块通过信息输入端接收风场实时信息感知模块输出的实时风向、实时风速、实时湍流强度、实时风剪切数据，通过模型输入端接收风电场离线子模型生成模块输出的风电场离线子模型，然后将实时风向、实时风速、实时湍流强度和实时风剪切数据用作各个风电场离线子模型的输入，使各个风电场离线子模型输出对应的各个第二级控制区域内各个风电机组的功率、桨距角和偏航角，实现对风电场的在线感知。
作为优选，所述风场历史风向数据库用于存储风电场中若干台风机一年的历史风向数据，所述历史风向数据包括秒级数据、5分钟平均数据、10分钟平均数据。本发明的数据库包括风场历史风向数据库，风场历史风向数据库内存储风电场中若干台风机一年内的历史风向数据，其中，风场历史风向数据包括秒级数据、5分钟平均数据、10分钟平均数据，为后续风电场场控区域划分模块生成风电场场控区域划分结果提供依据，数据可靠完善，提高了风电场场控区域划分结果的可靠性。
作为优选，所述风场历史风速数据库用于存储风电场中若干台风机一年的历史风速数据，所述历史风速数据包括秒级数据、5分钟平均数据、10分钟平均数据。本发明的数据库包括风场历史风速数据库，风场历史风速数据库内存储风电场中若干台风机一年内的历史风速数据，其中，风场历史风速数据包括秒级数据、5分钟平均数据、10分钟平均数据，为后续风电场场控区域划分模块生成风电场场控区域划分结果提供依据，数据可靠完善，提高了风电场场控区域划分结果的可靠性。
作为优选，所述风场历史湍流强度数据库用于存储风电场中若干台风机一年的历史湍流强度数据，所述历史湍流强度数据包括秒级数据、5分钟平均数据、10分钟平均数据。本发明的数据库包括风场历史湍流强度数据库，风场历史湍流强度数据库内存储风电场中若干台风机一年内的历史湍流强度数据，其中，风场历史湍流强度数据包括秒级数据、5分钟平均数据、10分钟平均数据，为后续风电场场控区域划分模块生成风电场场控区域划分结果提供依据，数据可靠完善，提高了风电场场控区域划分结果的可靠性。
作为优选，所述风场历史风剪切数据库用于存储风电场中若干台风机一年的历史风剪切数据，所述历史风剪切数据包括秒级数据、5分钟平均数据、10分钟平均数据。本发明的数据库包括风场历史风剪切数据库，风场历史风剪切数据库内存储风电场中若干台风机一年内的历史风剪切数据，其中，风场历史风剪切数据包括秒级数据、5分钟平均数据、10分钟平均数据，为后续风电场场控区域划分模块生成风电场场控区域划分结果提供依据，数据可靠完善，提高了风电场场控区域划分结果的可靠性。
因此，本发明的优点是：
（1）实现对复杂风区风电场的在线感知，有利于及时调整风电场场控策略，提高风电场运行安全性；
（2）有利于开发低风速、高湍流的复杂风区，使用设备少，成本低，步骤简单，实时性高。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图。
1、数据库 2、风电场场控区域划分模块 3、风电场离线子模型生成模块 4、风场实时信息感知模块 5、风电场在线感知模块 11、风场历史风向数据库 12、风场历史风速数据库 13、风场历史湍流强度数据库 14、风场历史风剪切数据库 15、风电场风机分布数据库。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。
如图1所示，一种适用于复杂风区的风电场感知系统，包括数据库1、风电场场控区域划分模块2、风电场离线子模型生成模块3、风场实时信息感知模块4和风电场在线感知模块5，数据库1的输出端与风电场场控区域划分模块2的输入端相连，风电场场控区域划分模块2的输出端与风电场离线子模型生成模块3的输入端相连，风电场离线子模型生成模块3的输出端与风电场在线感知模块5的模型输入端相连，风场实时信息感知模块4的输出端与风电场在线感知模块5的信息输入端相连。复杂风区风资源条件复杂，涉及到强湍流、强负剪切等恶劣风况，为了准确感知复杂风区的风电场运行情况，本发明提供了一种适用于复杂风区的风电场感知系统，风电场感知系统包括数据库1、风电场场控区域划分模块2、风电场离线子模型生成模块3、风场实时信息感知模块4和风电场在线感知模块5，数据库1、风电场场控区域划分模块2、风电场离线子模型生成模块3依次电连接；风电场在线感知模块5有两个输入端，分别是模型输入端和信息输入段，风电场离线子模型生成模块3的输出端与风电场在线感知模块5的模型输入端相连，风场实时信息感知模块4的输出端与风电场在线感知模块5的信息输入端相连。本发明的数据库1包括风场历史风向数据库11、风场历史风速数据库12、风场历史湍流强度数据库13、风场历史风剪切数据库14，以及风电场风机分布数据库15，数据库1将历史风向、历史风速、历史湍流强度、历史风剪切数据和风机分布数据输出到风电场场控区域划分模块2，风电场场控区域划分模块2根据输入的历史风信息和风机分布数据，生成风电场场控区域划分结果，然后将风电场场控区域划分结果输出到风电场离线子模型生成模块3，风电场离线子模型生成模块3对照风电场场控区域划分结果，将复杂风区风电场离线模型细化成对应各个第二级控制区域的风电场离线子模型，即生成各个第二级控制区域的风电场离线子模型，接着各个风电场离线子模型输出到风电场在线感知模块5，同时，风场实时信息感知模块4将感知到的实时信息输出到风电场在线感知模块5，最后，各个风电场离线子模型将对应的实时信息作为输入，输出各个第二级控制区域内各个风电机组的功率、桨距角和偏航角，实现对复杂风区风电场的在线感知。
如图1所示，数据库1包括风场历史风向数据库11、风场历史风速数据库12、风场历史湍流强度数据库13、风场历史风剪切数据库14，以及风电场风机分布数据库15，风场历史风向数据库11、风场历史风速数据库12、风场历史湍流强度数据库13、风场历史风剪切数据库14、风电场风机分布数据库15的输出端分别与风电场场控区域划分模块2的输入端相连。本发明风电场场控区域划分模块2是基于数据库1输出的历史风向、历史风速、历史湍流强度、历史风剪切数据和风电场风机分布数据，形成风电场场控区域划分结果。
风电场场控区域划分模块2形成风电场场控区域划分结果的具体过程，包括以下步骤：步骤S1）基于风电场风机分布，将风电场场控区域划分成若干个第一级控制区域；步骤S2）根据历史风向、历史风速、历史湍流强度、历史风剪切数据的相似程度，在第一级控制区域的基础上，将相似程度高的风电机组聚类为同一分组，划分出若干个第二级控制区域，第二级控制区域为风电场场控区域划分结果。本发明数据库1将历史风向、历史风速、历史湍流强度、历史风剪切数据和风机分布数据输出到风电场场控区域划分模块2，风电场场控区域划分模块2根据风机分布数据，将风电场场控区域划分成若干个第一级控制区域，然后根据历史风向、历史风速、历史湍流强度、历史风剪切数据的相似程度，在第一级控制区域的基础上，将相似程度高的风电机组聚类为同一分组，划分出若干个第二级控制区域，此即为风电场场控区域划分结果。
风电场离线子模型生成模块3根据风电场场控区域划分结果，将复杂风区风电场离线模型细化成各个第二级控制区域的风电场离线子模型。本发明的风电场场控区域划分模块2将风电场场控区域划分结果输出到风电场离线子模型生成模块3，风电场离线子模型生成模块3对照风电场场控区域划分结果，将复杂风区风电场离线模型细化成各个第二级控制区域的风电场离线子模型，即生成各个第二级控制区域的风电场离线子模型。
风场实时信息感知模块4用于感知实时风向、实时风速、实时湍流强度和实时风剪切。本发明风场实时信息感知模块4将感知到的实时风向、实时风速、实时湍流强度和实时风剪切输出到风电场在线感知模块5，用作各个风电场离线子模型的输入，以输出各个第二级控制区域内各个风电机组的功率、桨距角和偏航角，实现对风电场的在线感知。
风电场在线感知模块5的工作过程为：将风场实时信息感知模块4感知到的实时信息作为各个风电场离线子模型的输入，风电场离线子模型根据实时风向、实时风速、实时湍流强度和实时风剪切，评估出风电场离线子模型对应的第二级控制区域内各个风电机组的功率、桨距角和偏航角。风电场在线感知模块5通过信息输入端接收风场实时信息感知模块4输出的实时风向、实时风速、实时湍流强度、实时风剪切数据，通过模型输入端接收风电场离线子模型生成模块3输出的风电场离线子模型，然后将实时风向、实时风速、实时湍流强度和实时风剪切数据用作各个风电场离线子模型的输入，使各个风电场离线子模型输出对应的各个第二级控制区域内各个风电机组的功率、桨距角和偏航角，实现对风电场的在线感知。
风场历史风向数据库11用于存储风电场中若干台风机一年的历史风向数据，历史风向数据包括秒级数据、5分钟平均数据、10分钟平均数据。本发明的数据库1包括风场历史风向数据库11，风场历史风向数据库11内存储风电场中若干台风机一年内的历史风向数据，其中，风场历史风向数据包括秒级数据、5分钟平均数据、10分钟平均数据，为后续风电场场控区域划分模块2生成风电场场控区域划分结果提供依据。
风场历史风速数据库12用于存储风电场中若干台风机一年的历史风速数据，历史风速数据包括秒级数据、5分钟平均数据、10分钟平均数据。本发明的数据库1包括风场历史风速数据库12，风场历史风速数据库12内存储风电场中若干台风机一年内的历史风速数据，其中，风场历史风速数据包括秒级数据、5分钟平均数据、10分钟平均数据，为后续风电场场控区域划分模块2生成风电场场控区域划分结果提供依据。
风场历史湍流强度数据库13用于存储风电场中若干台风机一年的历史湍流强度数据，历史湍流强度数据包括秒级数据、5分钟平均数据、10分钟平均数据。本发明的数据库1包括风场历史湍流强度数据库13，风场历史湍流强度数据库13内存储风电场中若干台风机一年内的历史湍流强度数据，其中，风场历史湍流强度数据包括秒级数据、5分钟平均数据、10分钟平均数据，为后续风电场场控区域划分模块2生成风电场场控区域划分结果提供依据。
风场历史风剪切数据库14用于存储风电场中若干台风机一年的历史风剪切数据，历史风剪切数据包括秒级数据、5分钟平均数据、10分钟平均数据。本发明的数据库1包括风场历史风剪切数据库14，风场历史风剪切数据库14内存储风电场中若干台风机一年内的历史风剪切数据，其中，风场历史风剪切数据包括秒级数据、5分钟平均数据、10分钟平均数据，为后续风电场场控区域划分模块2生成风电场场控区域划分结果提供依据。
Claims (10)
1.一种适用于复杂风区的风电场感知系统，其特征在于，包括数据库、风电场场控区域划分模块、风电场离线子模型生成模块、风场实时信息感知模块和风电场在线感知模块，所述数据库的输出端与所述风电场场控区域划分模块的输入端相连，所述风电场场控区域划分模块的输出端与所述风电场离线子模型生成模块的输入端相连，所述风电场离线子模型生成模块的输出端与所述风电场在线感知模块的模型输入端相连，所述风场实时信息感知模块的输出端与所述风电场在线感知模块的信息输入端相连。
2.根据权利要求1所述的一种适用于复杂风区的风电场感知系统，其特征在于，所述数据库包括风场历史风向数据库、风场历史风速数据库、风场历史湍流强度数据库、风场历史风剪切数据库，以及风电场风机分布数据库，所述风场历史风向数据库、风场历史风速数据库、风场历史湍流强度数据库、风场历史风剪切数据库、风电场风机分布数据库的输出端分别与所述风电场场控区域划分模块的输入端相连。
3.根据权利要求2所述的一种适用于复杂风区的风电场感知系统，其特征在于，所述风电场场控区域划分模块形成风电场场控区域划分结果的具体过程，包括以下步骤：
步骤S1：基于风电场风机分布，将风电场场控区域划分成若干个第一级控制区域；
步骤S2：根据历史风向、历史风速、历史湍流强度、历史风剪切数据的相似程度，在第一级控制区域的基础上，将相似程度高的风电机组聚类为同一分组，划分出若干个第二级控制区域，所述第二级控制区域为风电场场控区域划分结果。
4.根据权利要求1所述的一种适用于复杂风区的风电场感知系统，其特征在于，所述风电场离线子模型生成模块根据风电场场控区域划分结果，将复杂风区风电场离线模型细化成各个第二级控制区域的风电场离线子模型。
5.根据权利要求1所述的一种适用于复杂风区的风电场感知系统，其特征在于，所述风场实时信息感知模块用于感知实时风向、实时风速、实时湍流强度和实时风剪切。
6.根据权利要求5所述的一种适用于复杂风区的风电场感知系统，其特征在于，所述风电场在线感知模块的工作过程为：将所述风场实时信息感知模块感知到的实时信息作为各个风电场离线子模型的输入，所述风电场离线子模型根据实时风向、实时风速、实时湍流强度和实时风剪切，评估出风电场离线子模型对应的第二级控制区域内各个风电机组的功率、桨距角和偏航角。
7.根据权利要求2所述的一种适用于复杂风区的风电场感知系统，其特征在于，所述风场历史风向数据库用于存储风电场中若干台风机一年的历史风向数据，所述历史风向数据包括秒级数据、5分钟平均数据、10分钟平均数据。
8.根据权利要求2所述的一种适用于复杂风区的风电场感知系统，其特征在于，所述风场历史风速数据库用于存储风电场中若干台风机一年的历史风速数据，所述历史风速数据包括秒级数据、5分钟平均数据、10分钟平均数据。
9.根据权利要求2所述的一种适用于复杂风区的风电场感知系统，其特征在于，所述风场历史湍流强度数据库用于存储风电场中若干台风机一年的历史湍流强度数据，所述历史湍流强度数据包括秒级数据、5分钟平均数据、10分钟平均数据。
10.根据权利要求2所述的一种适用于复杂风区的风电场感知系统，其特征在于，所述风场历史风剪切数据库用于存储风电场中若干台风机一年的历史风剪切数据，所述历史风剪切数据包括秒级数据、5分钟平均数据、10分钟平均数据。
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