CN114595989A - 一种风电机组性能评估方法及装置 - Google Patents

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刘志勇
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Abstract

本发明公开了一种风电机组性能评估方法及装置，包括：S1.根据风电机组SCADA系统的风速和功率的散点数据，得到风电机组的实际拟合功率曲线；S2.基于风电机组实际拟合功率曲线向四方扩展，得到一个能体现机组性能良好的正点区间；S3.通过统计一段时期内风速‑功率散点落在所述正点区间内所有散点数与总数之比，得到的统计值即出力正点率，可作为机组性能量化指标评价机组的性能状况。本发明以出力正点率为机组性能量化指标，通过区间统计，不易受微小偏差影响，准确性高，能较好反映机组的性能，可以直接比较不同机组的性能优劣或同一机组的性能变化情况；该方法简单，能快速统计得到机组性能评估结果，可以做到实时评估机组改进后效果。

Description

一种风电机组性能评估方法及装置
技术领域
本发明涉及风电机组性能评估领域，特别是涉及一种风电机组性能评估方法及装置。
背景技术
在传统化石能源使用占比不断下降的今天，世界各国已经将目光转到可再生能源的开发上来，可再生能源的重要性日益增强。其中风能作为一种绿色清洁的可再生能源，已经引起了我国的广泛研究和使用，风电机组的装机量以及发电占比逐年增长，而风电机组的健康正常运行一直都是保证风电场盈利水平的主要手段和影响因素，每年因风电机组故障损失的发电量和维护费用都给风电场带来巨大的经济损失。为此，建立量化风电机组性能评估指标，通过对风电机组性能评估结果进行高精度、全面性分析，能够为后续技改效果的评价奠定良好基础，从而提高风电机组的安全性和可靠性，减少维护时间和维护成本，辅助风电场智能运维。
现有风电机组性能评估方法主要有：
(1)通过比对SCADA系统生成的实际功率曲线与在理想工况条件下的代表性功率曲线的差别来体现风力发电机发电性能的优劣。
(2)将风速划分为低和高风速段，基于“风速-功率”散点数据的空间分布特征计算低效区域面积及数据占比作为机组运行状态异常程度评价指标，并设置阈值判断机组运行性能是否异常。
(3)计算同一风场各机组的功率加权离散度，并计算出平均功率加权离散度。基于所有机组的理论功率曲线和平均功率加权离散度，评估机组的性能。
(4)基于标准额定风速构建标准功率系数曲线，并确定风速系数校正函数得到校正后的风速系数，根据标准功率系数曲线和校正后的风速系数实现对不同风电机组的性能评估。
(5)获取风电机组与每个湍流强度区间下的各风速区间对应的设计功率曲线，并基于实际功率曲线和设计功率曲线对风电机组进行发电性能评估，实现机组性能评估。
(6)通过获得每个风速对应的风力发电机有功功率值，并通过对其积分求和获得统计区间内的保证发电量计算出性能值，评估风电机组的性能
而其中较为传统的方法为上述方法(1)，上述方法得到的结果有明显偏差，主要因为：
(1)风电场所覆盖的地域范围较大，不同机组的地理条件差别较大，导致各风电机组的工况不完全相同，与理想工况存在合理的差异，这会导致实际功率曲线和代表性功率曲线的比对结果必然存在较大误差，为此计算的结果过于片面；(2)整机场商向风场业主提供的额定风速与风电机组的理论额定风速存在偏差且无规律，且一般都在SCADA系统对风速仪实时测得风速数据进行不同程度修正，且修正函数各异，为此计算的结果准确性降低，难以得到广泛认可；(3)此外，这种也无法对机组性能进行量化以及反馈其变化趋势，难以指导风场开展后期改进措施。
另外，通过在机舱安装激光测风雷达等措施，采集风速数据，对湍流、风切变等参数进行分析，进而评估机组性能的方法，需要借助额外的硬件设备，通过分析风的情况间接判断机组的出力效果，成本较高，评价不够直观的情况，且操作较为专业复杂，安全性欠佳。
还有，通过计算等效利用小时数对机组性能进行评估，该方法更多受风况的影响，也不能准确反映风机设备的性能状况。
由此可见，上述现有的风电机组性能评估方法，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。如何创设一种能简单、快速地得到风电机组性能评估结果且结果准确性高的风电机组性能评估方法和装置，成为当前业界极需改进的目标。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能简单、快速地得到风电机组性能评估结果且结果准确性高的风电机组性能评估方法和装置，从而克服现有技术的不足。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种风电机组性能评估方法，包括：S1.根据风电机组SCADA系统的风速和功率的散点数据，得到风电机组的实际拟合功率曲线；S2.基于风电机组实际拟合功率曲线向四方扩展，得到一个能体现机组性能良好的正点区间；S3.通过统计一段时期内风速-功率散点落在所述正点区间内所有散点数与总数之比，得到的统计值即出力正点率，可作为机组性能量化指标评价机组的性能状况。
作为本发明进一步地改进，所述S2中正点区间的获取方法为：S201：将风电机组实际拟合功率曲线向左平移k1 m/s，功率达到满发前的曲线段向上移动n kW，满发后的曲线段按m1倍作为上限值，得到上限曲线；S202：将风电机组实际拟合功率曲线向右平移k2 m/s，达到满发后的曲线段按m2倍作为下限，得到下限曲线；S203：获取机组的切入风速v1、切出风速v2分别作为左、右限；上述上、下、左、右限值所围区域为正点区间。
进一步地，所述S201中，1≤k1≤3，100≤n≤400，1＜m1≤1.2；所述S202中，1≤k2≤3，0.8≤m2＜1。
进一步地，k1＝2,n＝200,m1＝1.1,k2＝2,m2＝0.9。进一步地，通过所述出力正点率，直接对不同风电机组进行横向比较，评估同一风电场机组之间的优劣。
进一步地，通过滑动窗口计算风电机组在每一段时期内的出力正点率，分析风电机组性能变化情况，判断机组是否出现劣化，及时有效评估风电机组运行状况。
进一步地，通过计算风电机组技术改进前、后的出力正点率，评估风电机组改进前后性能的提升情况。
本发明还提供了一种风电机组性能评估装置，包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现上述的风电机组性能评估方法。
通过采用上述技术方案，本发明至少具有以下优点：
1.本发明紧密结合风电场业主的现实需求，直接使用风电机组SCADA系统风速、功率散点数据，基于对各机组实际拟合功率曲线设定一个体现机组性能良好的区间，通过统计风速-功率散点数据落入该区间的数量，计算出机组性能量化指标—出力正点率。由于是区间统计，这一做法鲁棒性高，不会因为实际拟合功率曲线存在较小偏差而对最后的计算结果产生较大影响，准确性高，能较好反映机组的性能，可以直接比较不同机组的性能优劣或同一机组的性能变化情况。
2.本发明的评估方法总体原理清晰简单，不需要复杂的计算，为此上线部署应用简单，能快速统计得到机组性能评估结果，做到实时评估机组改进后效果。
附图说明
上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明一种风电机组性能评估方法的流程示意图；
图2为机组出力正点率可视化效果图(正点区间最优)；
图3为机组出力正点率可视化效果图(正点区间最小)；
图4为机组出力正点率可视化效果图(正点区间最大)。
具体实施方式
本实施例提供了一种风电机组性能评估方法，其主要技术思路是：基于SCADA系统风速与功率的散点数据拟合出功率曲线，通过移动该功率曲线尽可能包络散点分布密度高的范围内所有点。如图1所示，该评估方法包括：
S1:根据风电机组SCADA系统的风速和功率的散点数据，得到风电机组的实际拟合功率曲线。
S2.基于风电机组实际拟合功率曲线向四方扩展，得到一个能体现机组性能良好的正点区间，使其能包络散点分布密度高的范围内所有点；具体为：
S201：将风电机组实际拟合功率曲线向左平移k1 m/s，功率达到满发前的曲线段向上移动n kW，满发后的曲线段按m1倍作为上限值，得到上限曲线；
S202：将风电机组实际拟合功率曲线向右平移k2 m/s，达到满发后的曲线段按m2倍作为下限，得到下限曲线；
对上述参数的具体取值范围，针对2MW直驱式风电机组，上限曲线参数具体取值范围：1≤k1≤3，100≤n≤400，1<m1≤1.2；下限曲线取值范围：1≤k2≤3，0.8≤m2<1。
由于不同风电场的自然地理条件存在差异，对于上述参数值如果取固定数值很有可能影响计算方法的评估效果，出现由于固定参数值不适用于风电场实际情况而导致评估结果不显著甚至出现较大偏差；为此，不同风场应结合自身实际情况在该参数区间内合理调整。
同时对于上述参数取值范围的合理解释性，例如对某台2MW风电机组实际运行产生的SCADA数据，图2所示为结合该风电场在该取值范围内确定所划定的较为合理正点区间的计算效果图；其中，k1＝2,n＝200,m1＝1.1，k2＝2，m2＝0.9。图3和图4为选取上述取值范围的极值划定正点区间的效果图，其中，图3为划定正点区间最小的效果图，图4为划定正点区间最大的计算效果图，结合上述技术思路可得出，正点区间所框定的散点明显过少或过多，为此，一般风电场只需在该区间调整确定参数值即可对同一风电场机组的性能评估；
S203：获取机组的切入风速v1、切出风速v2分别作为左、右限，其中，v1、v2的具体值可根据不同风电场理论设定风速值确定；
上述上、下、左、右限值所围区域为正点区间。
S3.通过统计一段时期内风速-功率散点落在所述正点区间内所有散点数与总数之比，得到的统计值即出力正点率，可作为机组性能量化指标评价机组的性能状况。
上述出力正点率，为最终计算的指标，该指标作为正向指标，值越大则机组性能越好。
利用上述出力正点率可直接对不同风电机组进行横向比较，评估同一风电场机组之间的优劣，对那些结果较低的机组可结合其他故障诊断方法定位机组出现故障的位置。
此外，也可通过滑动窗口计算风电机组在每一段时期内的出力正点率，分析风电机组性能变化情况，判断机组是否出现劣化，及时有效跟踪机组运行状况。
对于风场运维而言，技改是否有效果，也需要直观的指标进行评估，当运维人员对机组进行改进后，可通过计算改进前后的出力正点率，分析风电机组性能是否得到提升，提升了多少，机组改进效果进行了量化。
另外，与上述评估方法对应地，本实施例还提供了一种风电机组性能评估装置，包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现上述的风电机组性能评估方法。由于系统硬件部分的设置属于本领域的常规设置，在此不再详述。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种风电机组性能评估方法，其特征在于，包括：
S1.根据风电机组SCADA系统的风速和功率的散点数据，得到风电机组的实际拟合功率曲线；
S2.基于风电机组实际拟合功率曲线向四方扩展，得到一个能体现机组性能良好的正点区间；
S3.通过统计一段时期内风速-功率散点落在所述正点区间内所有散点数与总数之比，得到的统计值即出力正点率，可作为机组性能量化指标评价机组的性能状况。
2.根据权利要求1所述的风电机组性能评估方法，其特征在于，所述S2中正点区间的获取方法为：
S201：将风电机组实际拟合功率曲线向左平移k1 m/s，功率达到满发前的曲线段向上移动n kW，满发后的曲线段按m1倍作为上限值，得到上限曲线；
S202：将风电机组实际拟合功率曲线向右平移k2 m/s，达到满发后的曲线段按m2倍作为下限，得到下限曲线；
S203：获取机组的切入风速v1、切出风速v2分别作为左、右限；
上述上、下、左、右限值所围区域为正点区间。
3.根据权利要求2所述的风电机组性能评估方法，其特征在于，所述S201中，1≤k1≤3，100≤n≤400，1＜m1≤1.2；所述S202中，1≤k2≤3，0.8≤m2＜1。
4.根据权利要求3所述的风电机组性能评估方法，其特征在于，k1＝2,n＝200,m1＝1.1，k2＝2,m2＝0.9。
5.根据权利要求1-4任一项所述的风电机组性能评估方法，其特征在于，通过所述出力正点率，直接对不同风电机组进行横向比较，评估同一风电场机组之间的优劣。
6.根据权利要求1-4任一项所述的风电机组性能评估方法，其特征在于，通过滑动窗口计算风电机组在每一段时期内的出力正点率，分析风电机组性能变化情况，判断机组是否出现劣化，及时有效评估风电机组运行状况。
7.根据权利要求1-4任一项所述的风电机组性能评估方法，其特征在于，通过计算风电机组技术改进前、后的出力正点率，评估风电机组改进前后性能的提升情况。
8.一种风电机组性能评估装置，其特征在于，包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序，
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现根据权利要求1-7任意一项所述的风电机组性能评估方法。
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