CN115510656A - 机舱风速传递函数确定方法、功率曲线拟合方法及系统 - Google Patents

机舱风速传递函数确定方法、功率曲线拟合方法及系统 Download PDF

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CN115510656A CN202211202627.6A CN202211202627A CN115510656A CN 115510656 A CN115510656 A CN 115510656A CN 202211202627 A CN202211202627 A CN 202211202627A CN 115510656 A CN115510656 A CN 115510656A
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Abstract

本发明属于风力发电机组性能评估技术领域，具体涉及一种机舱风速传递函数确定方法、功率曲线拟合方法及系统，包括：依据风场进行流场模拟得到的数据，计算每个扇区的风速校正系数；依据获得的已知NTF风电机组的历史机舱风速数据、风速校正系数以及已知NTF风电机组的NTF函数，计算待求NTF风电机组的自由流风速。依据机舱风速和自由流风速，分别对应确定各风速区间的机舱风速的平均值和自由流风速的平均值；依据各风速区间的机舱风速的平均值和自由流风速的平均值，确定机舱风速传递函数。由此，本发明解决了采用为每组风电机组设立测风塔的方式计算得到对应风电机组的机舱传递函数，导致的时间成本和资金成本高的问题。

Description

机舱风速传递函数确定方法、功率曲线拟合方法及系统
技术领域
本发明属于风力发电机组性能评估技术领域，具体涉及一种机舱风速传递函数确定方法、功率曲线拟合方法及系统。
背景技术
对运行风电场的风电机组进行性能评估，功率曲线是否符合预期是一个重要的指标，同时也是验证风电场设计发电量与实际发电量差异的重要环节。目前，绘制机组功率曲线所采用的风速由装在机舱顶部的风速计测量。然而，风轮和机舱对气流产生严重畸变，使风速计不能准确反应轮毂处的来流风速，即自由流风速。因此采用机舱风速绘制的功率曲线对机组进行评估，不能准确客观反应风电机组的性能。
为了得到轮毂前的自由流风速，通常有如下两种方法：
1.在风机周边设立测风塔，通过场地标定、气流校正等，将测风塔风速外推至风机处，得到自由流风速。
2.通过已知的机舱风速传递函数(Nacelle Transfer Function简称NTF)，在满足要求的特定机组上，将机舱风速转化成自由流风速。
采用上述自由流风速绘制出的功率曲线，可以较好的反应风电机组的功率性能。
比如授权公告号为CN104794347B的中国发明专利文献中公开了一种风电机组机舱传递函数计算方法。该方法通过测量测风塔数据和同期机组运行数据，筛选可用风速后形成机舱传递函数。不过上述技术方案虽然获得了准确的自由流风速，能够准确客观反应风电机组的性能，但是需要设立测风塔并测量一段时间，需投入大量人力物力财力，成本高，需要1个月以上的测量时间，耗时长，即存在较高的资金成本和时间成本。同时一次测量仅能得到一台机组的机舱传递函数，适用性有限。
另一个技术方案通过已知的NTF，该技术方案应用条件较苛刻，要使用该NTF的风机与得到该NTF的风机须在地形分级、坡度、机舱、叶片、控制策略等方面满足特定要求，否则不能使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种机舱风速传递函数确定方法及系统，用以解决现有技术中采用为每组风电机组设立测风塔的方式计算得对应的机舱传递函数，导致的时间成本和资金成本高的问题；还提供一种基于机舱风速传递函数的风机功率曲线拟合方法及系统，用以解决现有技术中采用为每组风电机组设立测风塔的方式计算得到风电机组的功率曲线，导致的时间成本和资金成本高的问题。
为解决上述技术问题，本发明所提供的技术方案以及技术方案对应的有益效果如下：
本发明的一种机舱风速传递函数确定方法，包括以下步骤：
1)依据风场进行流场模拟，得到风场中以待求NTF风电机组为圆心各扇区内的待求NTF风电机组轮毂前的风速，以及以已知NTF风电机组为圆心各扇区内的已知NTF风电机组轮毂前的风速，将待求NTF风电机组轮毂前的风速与对应扇区的已知NTF风电机组的轮毂前的风速相比，得到每个扇区的风速校正系数kl，kl＞0，l表示扇区索引号；所述待求NTF风电机组为需要求解NTF函数的风电机组；所述已知NTF风电机组为NTF函数已知的风电机组；
2)依据获得的各扇区的风速校正系数kl，以及已知NTF风电机组的历史机舱风速数据和NTF函数，计算以已知NTF风电机组为圆心各扇区对应的待求NTF风电机组的自由流风速
Figure BDA0003869486970000021
Figure BDA0003869486970000022
Figure BDA0003869486970000023
其中：
Figure BDA0003869486970000024
为第i时刻的已知NTF风电机组的历史机舱风速数据，i＞0；f为已知NTF风电机组的已知的机舱风速传递函数；
Figure BDA0003869486970000025
为已知NTF风电机组轮毂前与
Figure BDA0003869486970000026
对应的自由流风速；
Figure BDA0003869486970000027
为待求NTF风电机组轮毂前与
Figure BDA0003869486970000028
对应的自由流风速；
3)确定各风速区间，依据从各扇区选取的待求NTF风电机组的自由流风速，确定各风速区间的自由流风速的平均值，依据和待求NTF风电机组的自由流风速对应的待求NTF风电机组机舱风速，确定各风速区间的机舱风速的平均值；依据各风速区间的机舱风速的平均值和各风速区间的自由流风速的平均值，确定待求NTF风电机组的机舱风速传递函数。
上述技术方案的有益效果为：本发明通过流场模拟数据得到待求NTF风电机组轮毂前的风速和对应扇区的已知NTF风电机组轮毂前的风速之比，即风速校正系数kl，利用已知NTF风电机组的机舱风速实测值和已知NTF得到已知NTF风电机组的自由流风速，然后依据风速校正系数kl和已知NTF风电机组的自由流风速，得到待求NTF风电机组的自由流风速，进而得到待求NTF风电机组的机舱风速传递函数。本发明无需再次设立测风塔测量，利用前期评估数据和现有风机运行数据即可得到待测NTF风电机组的机舱风速传递函数，节约额外的资金成本和时间成本。另一方面，本发明不用考虑机型、配置、地形条件等，不受机型、配置和地形等的限制，仅通过已知NTF风电机组的NTF函数即可推算得到待测NTF风电机组的NTF函数，通用性强。
进一步地，为了提高确立的机舱风速传递函数的精度，步骤3)中各扇区为从所有扇区中筛选出的可用扇区。
进一步地，为了提高确立的机舱风速传递函数的精度，所述可用扇区θ采用以下公式得到：
Figure BDA0003869486970000031
其中，θA为风场中对已知NTF风电机组有影响的所有风电机组对已知NTF风电机组的影响扇区的并集；θB为风场中对待求NTF风电机组有影响的所有风电机组对待求NTF风电机组的影响扇区的并集；所述影响扇区依据尾流影响角度α确定得到；所述尾流影响角度α为风场中一组风电机组受另一组风电机组的尾流影响的角度。
进一步地，为了提高确立的机舱风速传递函数的精度，各扇区的圆心角为5°。
进一步地，步骤3)中采用以下方式确定各个风速区间：
确定整个风速区间[s1,s2]，s1为待求NTF风电机组的切入风速减去1m/s，s2为额定功率对应风速的1.5倍；以0.5m/s整数倍的风速为各个风速区间的中心，左右各0.25m/s进行连续划分，从而得到各个风速区间。
进一步地，步骤1)中采用基于雷诺平均Navier-Stokes方程的流场模型进行流场模拟，并采用k-ε湍流模型求解风场中风电机组轮毂前的风速。
本发明提供的一种机舱风速传递函数确定系统，该系统包括处理器，所述处理器用于执行计算机程序，以实现本发明的一种机舱风速传递函数确定方法。
上述技术方案的有益效果为：本发明通过流场模拟数据得到待求NTF风电机组轮毂前的风速和对应扇区的已知NTF风电机组轮毂前的风速之比，即风速校正系数kl，利用已知NTF风电机组的机舱风速实测值和已知NTF得到已知NTF风电机组的自由流风速，然后依据风速校正系数kl和已知NTF风电机组的自由流风速，得到待求NTF风电机组的自由流风速，进而得到待求NTF风电机组的机舱风速传递函数。本发明无需再次设立测风塔测量，利用前期评估数据和现有风机运行数据即可得到待测NTF风电机组的机舱风速传递函数，节约额外的资金成本和时间成本。另一方面，本发明不用考虑机型、配置、地形条件等，不受机型、配置和地形等的限制，仅通过已知NTF风电机组的NTF函数即可推算得到待测NTF风电机组的NTF函数，通用性强。
本发明提供的一种基于机舱风速传递函数的风机功率曲线拟合方法，包括以下步骤：
1)依据风场进行流场模拟，得到风场中以待求NTF风电机组为圆心各扇区内的待求NTF风电机组轮毂前的风速，以及以已知NTF风电机组为圆心各扇区内的已知NTF风电机组轮毂前的风速，将待求NTF风电机组轮毂前的风速与对应扇区的已知NTF风电机组的轮毂前的风速相比，得到每个扇区的风速校正系数kl，kl＞0，l表示扇区索引号；所述待求NTF风电机组为需要求解NTF函数的风电机组；所述已知NTF风电机组为NTF函数已知的风电机组；
2)依据获得的各扇区的风速校正系数kl，以及已知NTF风电机组的历史机舱风速数据和NTF函数，计算以已知NTF风电机组为圆心各扇区对应的待求NTF风电机组的自由流风速
Figure BDA0003869486970000041
Figure BDA0003869486970000042
Figure BDA0003869486970000043
其中：
Figure BDA0003869486970000044
为第i时刻的已知NTF风电机组的历史机舱风速数据，i＞0；f为已知NTF风电机组的已知的机舱风速传递函数；
Figure BDA0003869486970000045
为已知NTF风电机组轮毂前与
Figure BDA0003869486970000046
对应的自由流风速；
Figure BDA0003869486970000047
为待求NTF风电机组轮毂前与
Figure BDA0003869486970000048
对应的自由流风速；
3)确定各风速区间，依据从各扇区选取的待求NTF风电机组的自由流风速，确定各风速区间的自由流风速的平均值，依据和待求NTF风电机组的自由流风速对应的待求NTF风电机组机舱风速，确定各风速区间的机舱风速的平均值；依据各风速区间的机舱风速的平均值和各风速区间的自由流风速的平均值，确定待求NTF风电机组的机舱风速传递函数；
4)依据待求NTF风电机组的机舱风速传递函数并结合机舱风速、自由流风速和功率，进行功率曲线拟合，得到待求NTF风电机组的功率曲线。
上述技术方案的有益效果为：本发明通过流场模拟数据得到待求NTF风电机组轮毂前的风速和对应扇区的已知NTF风电机组轮毂前的风速之比，即风速校正系数kl，利用已知NTF风电机组的机舱风速实测值和已知NTF得到已知NTF风电机组的自由流风速，然后依据风速校正系数kl和已知NTF风电机组的自由流风速，得到待求NTF风电机组的自由流风速，进而得到待求NTF风电机组的机舱风速传递函数，最后依据待求NTF风电机组的机舱风速传递函数和机舱风速实测值确定自由流风速，进而拟合功率曲线。本发明无需再次设立测风塔测量，利用前期评估数据和现有风机运行数据即可得到待测NTF风电机组的机舱风速传递函数，进而拟合功率曲线，节约额外的资金成本和时间成本。另一方面，本发明不用考虑机型、配置、地形条件等，不受机型、配置和地形等的限制，仅通过已知NTF风电机组的NTF函数即可推算得到待测NTF风电机组的功率曲线，通用性强。
进一步地，为了提高功率曲线精度，步骤4)中采用区间法拟合得到待求NTF风电机组的功率曲线。
上述技术方案的有益效果为：本发明通过流场模拟数据得到待求NTF风电机组轮毂前的风速和对应扇区的已知NTF风电机组轮毂前的风速之比，即风速校正系数kl，利用已知NTF风电机组的机舱风速实测值和已知NTF得到已知NTF风电机组的自由流风速，然后依据风速校正系数kl和已知NTF风电机组的自由流风速，得到待求NTF风电机组的自由流风速，进而得到待求NTF风电机组的机舱风速传递函数，最后依据待求NTF风电机组的机舱风速传递函数和机舱风速实测值确定自由流风速，进而拟合功率曲线。本发明无需再次设立测风塔测量，利用前期评估数据和现有风机运行数据即可得到待测NTF风电机组的机舱风速传递函数，进而拟合功率曲线，节约额外的资金成本和时间成本。另一方面，本发明不用考虑机型、配置、地形条件等，不受机型、配置和地形等的限制，仅通过已知NTF风电机组的NTF函数即可推算得到待测NTF风电机组的功率曲线，通用性强。
本发明提供的一种基于机舱风速传递函数的风机功率曲线拟合系统，该系统包括处理器，所述处理器用于执行计算机程序，以实现本发明的一种基于机舱风速传递函数的风机功率曲线拟合方法。
上述技术方案的有益效果为：本发明通过流场模拟数据得到待求NTF风电机组轮毂前的风速和对应扇区的已知NTF风电机组轮毂前的风速之比，即风速校正系数kl，利用已知NTF风电机组的机舱风速实测值和已知NTF得到已知NTF风电机组的自由流风速，然后依据风速校正系数kl和已知NTF风电机组的自由流风速，得到待求NTF风电机组的自由流风速，进而得到待求NTF风电机组的机舱风速传递函数，最后依据待求NTF风电机组的机舱风速传递函数和机舱风速实测值确定自由流风速，进而拟合功率曲线。本发明无需再次设立测风塔测量，利用前期评估数据和现有风机运行数据即可得到待测NTF风电机组的机舱风速传递函数，进而拟合功率曲线，节约额外的资金成本和时间成本。另一方面，本发明不用考虑机型、配置、地形条件等，不受机型、配置和地形等的限制，仅通过已知NTF风电机组的NTF函数即可推算得到待测NTF风电机组的功率曲线，通用性强。
附图说明
图1是本发明的一种机舱风速传递函数确定方法实施例中尾流影响扇区示意图；
图2是本发明的一种机舱风速传递函数确定方法的流程图；
图3是本发明的一种机舱风速传递函数确定系统的结构图；
图4是本发明的一种基于机舱风速传递函数的风机功率曲线拟合方法实施例中扇区划分示意图。
具体实施方式
本发明在获取风场至少一组风电机组可用的机舱风速传递函数(NTF)基础上，即存在至少一组已知NTF风电机组。将本风场其他原本不满足已知NTF使用条件的待求NTF风电机组，通过风速校正系数进行自由流风速转换，计算得到待求NTF风电机组可以使用的新的NTF，并进一步绘制待求NTF风电机组的功率曲线。该风速校正系数为待求NTF风电机组轮毂前的风速与对应扇区的已知NTF风电机组的轮毂前的风速之比。NTF函数已知的风电机组为NTF函数未知的风电机组，已知NTF风电机组为获取的NTF函数已知的风电机组。
本发明应用条件为已知NTF风电机组和待求NTF风电机组在同一风场；且SCADA记录中有已知NTF风电机组和待求NTF风电机组等两组风电机组同一时间段内的运行状态、风速、风向、功率数据；同时各机位坐标和用于流场模拟的风场所在区域地形、粗糙度数据均明确。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
一种基于机舱风速传递函数的风机功率曲线拟合方法实施例：
本发明的一种基于机舱风速传递函数的风机功率曲线拟合方法的实施例，包括本实施例中第一步至第七步，如图2所示，首先通过本发明的一种机舱风速传递函数确定方法，得到待求NTF的风电机组的机舱风速传递函数，然后依据待求NTF的风电机组的机舱风速传递函数进行功率曲线拟合。本发明的一种机舱风速传递函数确定方法包括以下第一步至第六步：
第一步：流场模拟。
根据风场所在区域的地形和粗糙度数据，建立基于雷诺平均Navier-Stokes方程的流场模型，并采用k-ε湍流模型进行求解。可自主编程或采用CFD软件进行计算。然后，在依据建立的流场模型进行流畅模拟，得到待求NTF风电机组轮毂前的风速和对应扇区的已知NTF风电机组轮毂前的风速。
第二步：扇区风速校正系数确定。
将已知NTF机组记为风机A，将周边待求NTF风电机组记为风机B。将上述流场模型按每5°一个扇区划分，共划分72个扇区，计算每个扇区下待求NTF风电机组待求NTF风电机组B位置轮毂高度处的风速与已知NTF机组A位置轮毂高度处的风速之比，得到每个扇区内由地形引起的风速校正系数kl。具体地，扇区划分是以风机A和风机B分别为圆心的圆按照每5°一个扇区、顺时针划分得到的。如图4所示，风机A、风机B的扇区是依据相同0°线，均沿顺时针方向每转动5°划分得到的一个扇区。其中，第二扇区的风速校正系数为风机B轮毂前的第二扇区的风速与风机A轮毂前的第二扇区的风速之比。
第三步：风速处理。
监视控制系统SCADA在一段时间内记录的已知NTF机组A的机舱风速记为
Figure BDA0003869486970000071
i表示不同时刻，i＝1，2…n，n表示选取时刻总长度。
按照下式，把已知NTF机组A处的机舱风速推算到到已知NTF机组A轮毂前的自由流风速。
Figure BDA0003869486970000072
其中：f为已知NTF机组A的已知的机舱风速传递函数；
Figure BDA0003869486970000073
为已知NTF机组A轮毂前与
Figure BDA0003869486970000074
对应的自由流风速；
按照下式，把已知NTF风电机组A处的自由流风速推到待求NTF风电机组B位置处的自由流风速，根据
Figure BDA0003869486970000075
对应
Figure BDA0003869486970000076
所在的扇区选择对应的kl的值：
Figure BDA0003869486970000077
其中：
Figure BDA0003869486970000078
为待求NTF风电机组B轮毂前与
Figure BDA0003869486970000079
对应的自由流风速，
Figure BDA00038694869700000710
与
Figure BDA00038694869700000711
两者的扇区相互对应，kl＞0，l表示扇区索引号，72≥l＞0。
第四步：可用扇区选择。
根据已知NTF机组A、待求NTF风电机组B和周边其他机组的位置坐标，采用下式，分别计算已知NTF机组A和待求NTF风电机组B位置处因临近风机尾流影响而排除的扇区，如图1所示。
α＝1.3tan-1(2.5D/L+0.15)+10
其中：D为产生尾流影响的风电机组的叶轮直径；L为受尾流影响风机距产生尾流影响风机的距离；α为以受尾流影响机组为圆心，两机组连线延长线为角平分线的角，α也称作尾流影响角。位于尾流影响角α内的扇区为影响扇区。
计算时单独考虑周边每台风机尾流对机组A的影响扇区，求其并集记为θA，同理可得θB。根据扇区θA和θB，计算得到两者均不受尾流影响的扇区
Figure BDA0003869486970000081
记为可用扇区θ。
第五步：数据筛选。
待求NTF风电机组B记录的同期数据中，根据风向筛选在可用扇区θ内的m组数据，其模拟自由流风速、机舱风速、功率分别记为
Figure BDA0003869486970000082
具体地，获得与已知NTF机组A同期数据，已知NTF机组A的数据与对应时刻的待求NTF风电机组B的数据，目前已知每个时刻i的数据包括
Figure BDA0003869486970000083
和Pi，共5个参数的数据，并记为一组数据，i＝1，2...n，n表示选取时刻总长度；经过可用扇区θ的筛选，可用数据的组数会小于n。比如，原先有10组数据，角度筛选后只有i＝1、4、8、10四组数据可用。采用j＝1，2，3，4来表示选出来的i＝1、4、8、10时的四组数据，此时m＝4。又因为
Figure BDA0003869486970000084
在后续计算中用不上，所以一组数据仅包含
Figure BDA0003869486970000085
Pj。
第六步：确定待求NTF风电机组B的NTF函数。
按照待求NTF风电机组B的设计参数，设计参数包括切入风速和额定功率。从其切入风速以下1m/s到额定功率对应风速的1.5倍的风速区间内，划分以0.5m/s整数倍的风速为中心，左右各0.25m/s的连续区间。
在每个风速区间内，按照下式计算待测风机的NTF：
Figure BDA0003869486970000086
其中：
Figure BDA0003869486970000087
分别为采用
Figure BDA0003869486970000088
计算的区间k和区间k+1中机舱风速的平均值；
Figure BDA0003869486970000089
分别为采用
Figure BDA00038694869700000810
计算的区间k和区间k+1中自由流风速的平均值；
Figure BDA00038694869700000811
为机舱风速实测值；
Figure BDA00038694869700000812
为根据机舱风速实测值和NTF推出的自由流风速，k＞0。
最终，可得到适用于风机B的机舱风速传递函数g，即：
Figure BDA00038694869700000813
其中，g为对应风速区间的待求NTF风电机组B的NTF函数。
为了得到待求NTF风电机组B的功率曲线，还需进行第七步处理。
第七步：拟合功率曲线。
根据风机B记录的数据
Figure BDA0003869486970000091
和NTF函数g，计算自由流风速
Figure BDA0003869486970000092
结合功率Pj，采用区间法(0.5m/s)计算每一风速区间内的风速平均值和功率平均值，得到风机B的功率曲线。
Figure BDA0003869486970000093
Figure BDA0003869486970000094
其中：vk为第k个区间的平均自由流风速；Vj，k，r为第k个区间内的第r个的自由流风速；Pk为第k个区间的平均功率；Pj，k，r为第k个区间内的第k个的功率；Nk为第k个区间内的数据量，r＞0。
本发明应用已知NTF的风电机组将机舱风速转化成自由流风速后，再通过风速校正系数，将已知NTF风电机组给定位置处的自由流风速拟合到待测位置的待求NTF风电机组上，并结合待求NTF风电机组的机舱风速得到新的NTF，多次采用此方法可得到全场风机的NTF并进一步拟合准确的功率曲线。
采用此方法可以避免地形不满足条件导致的NTF失效问题，并可利用已知的NTF外推修正到本风场任意位置处风机而不用考虑机型、配置等因素。
本发明通过流场模拟数据得到待求NTF风电机组轮毂前的风速和对应扇区的已知NTF风电机组轮毂前的风速之比，即风速校正系数kl，利用已知NTF风电机组的机舱风速实测值和已知NTF得到已知NTF风电机组的自由流风速，然后依据风速校正系数kl和已知NTF风电机组的自由流风速，得到待求NTF风电机组的自由流风速，进而得到待求NTF风电机组的机舱风速传递函数，最后依据待求NTF风电机组的机舱风速传递函数和机舱风速实测值确定自由流风速，进而拟合功率曲线。本发明无需再次设立测风塔测量，利用前期评估数据和现有风机运行数据即可得到待测NTF风电机组的机舱风速传递函数，进而拟合功率曲线，节约额外的资金成本和时间成本。另一方面，本发明不用考虑机型、配置、地形条件等，不受机型、配置和地形等的限制，仅通过已知NTF风电机组的NTF函数即可推算得到待测NTF风电机组的功率曲线，通用性强。
一种机舱风速传递函数确定方法实施例：
本发明的一种机舱风速传递函数确定方法实施例，包括以下步骤：
1)依据风场进行流场模拟，得到风场中以待求NTF风电机组为圆心各扇区内的待求NTF风电机组轮毂前的风速，以及以已知NTF风电机组为圆心各扇区内的已知NTF风电机组轮毂前的风速，将待求NTF风电机组轮毂前的风速与对应扇区的已知NTF风电机组的轮毂前的风速相比，得到每个扇区的风速校正系数kl，kl＞0，l表示扇区索引号；所述待求NTF风电机组为需要求解NTF函数的风电机组；所述已知NTF风电机组为NTF函数已知的风电机组；
2)依据获得的各扇区的风速校正系数kl，以及已知NTF风电机组的历史机舱风速数据和NTF函数，计算以已知NTF风电机组为圆心各扇区的待求NTF风电机组的自由流风速
Figure BDA0003869486970000101
Figure BDA0003869486970000102
Figure BDA0003869486970000103
其中：
Figure BDA0003869486970000104
为第i时刻的已知NTF风电机组的历史机舱风速数据，i＞0；f为已知NTF风电机组的已知的机舱风速传递函数；
Figure BDA0003869486970000105
为已知NTF风电机组轮毂前与
Figure BDA0003869486970000106
对应的自由流风速；
Figure BDA0003869486970000107
为待求NTF风电机组轮毂前与
Figure BDA0003869486970000108
对应的自由流风速；
3)确定各风速区间，依据从各扇区选取的待求NTF风电机组的自由流风速，确定各风速区间的自由流风速的平均值，依据和待求NTF风电机组的自由流风速对应的待求NTF风电机组机舱风速，确定各风速区间的机舱风速的平均值；依据各风速区间的机舱风速的平均值和各风速区间的自由流风速的平均值，确定待求NTF风电机组的机舱风速传递函数。本发明的一种机舱风速传递函数确定方法如同本发明一种基于机舱风速传递函数的风机功率曲线拟合方法实施例中的一种机舱风速传递函数确定方法，故此处不再赘述。
本发明通过流场模拟数据得到待求NTF风电机组轮毂前的风速和对应扇区的已知NTF风电机组轮毂前的风速之比，即风速校正系数kl，利用已知NTF风电机组的机舱风速实测值和已知NTF得到已知NTF风电机组的自由流风速，然后依据风速校正系数kl和已知NTF风电机组的自由流风速，得到待求NTF风电机组的自由流风速，进而得到待求NTF风电机组的机舱风速传递函数。本发明无需再次设立测风塔测量，利用前期评估数据和现有风机运行数据即可得到待测NTF风电机组的机舱风速传递函数，节约额外的资金成本和时间成本。另一方面，本发明不用考虑机型、配置、地形条件等，不受机型、配置和地形等的限制，仅通过已知NTF风电机组的NTF函数即可推算得到待测NTF风电机组的NTF函数，通用性强。
一种机舱风速传递函数确定系统实施例：
本发明的一种机舱风速传递函数确定系统实施例，如图3所示，包括存储器、处理器和内部总线，处理器、存储器之间通过内部总线完成相互间的通信和数据交互。存储器包括至少一个存储于存储器中的软件功能模块，处理器通过运行存储在存储器中的软件程序以及模块，执行各种功能应用以及数据处理，实现本发明的一种机舱风速传递函数确定方法实施例中介绍的一种机舱风速传递函数确定方法。
其中，处理器可以为微处理器MCU、可编程逻辑器件FPGA等处理装置。
存储器可为利用电能方式存储信息的各式存储器，例如RAM、ROM等；也可为利用磁能方式存储信息的各式存储器，例如硬盘、软盘、磁带、磁芯存储器、磁泡存储器、U盘等；还可为利用光学方式存储信息的各式存储器，例如CD、DVD等；当然，还可为其他方式的存储器，例如量子存储器、石墨烯存储器等。
一种基于机舱风速传递函数的风机功率曲线拟合系统实施例：
本发明的一种基于机舱风速传递函数的风机功率曲线拟合系统的实施例，该系统包括存储器、处理器和内部总线，处理器、存储器之间通过内部总线完成相互间的通信和数据交互。存储器包括至少一个存储于存储器中的软件功能模块，处理器通过运行存储在存储器中的软件程序以及模块，执行各种功能应用以及数据处理，实现本发明的一种基于机舱风速传递函数的风机功率曲线拟合方法实施例中介绍的一种基于机舱风速传递函数的风机功率曲线拟合方法。
其中，处理器可以为微处理器MCU、可编程逻辑器件FPGA等处理装置。
存储器可为利用电能方式存储信息的各式存储器，例如RAM、ROM等；也可为利用磁能方式存储信息的各式存储器，例如硬盘、软盘、磁带、磁芯存储器、磁泡存储器、U盘等；还可为利用光学方式存储信息的各式存储器，例如CD、DVD等；当然，还可为其他方式的存储器，例如量子存储器、石墨烯存储器等。

Claims (10)

1.一种机舱风速传递函数确定方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)依据风场进行流场模拟，得到风场中以待求NTF风电机组为圆心各扇区内的待求NTF风电机组轮毂前的风速，以及以已知NTF风电机组为圆心各扇区内的已知NTF风电机组轮毂前的风速，将待求NTF风电机组轮毂前的风速与对应扇区的已知NTF风电机组的轮毂前的风速相比，得到每个扇区的风速校正系数kl，kl＞0，l表示扇区索引号；所述待求NTF风电机组为需要求解NTF函数的风电机组；所述已知NTF风电机组为NTF函数已知的风电机组；
2)依据获得的各扇区的风速校正系数kl，以及已知NTF风电机组的历史机舱风速数据和NTF函数，计算以已知NTF风电机组为圆心各扇区对应的待求NTF风电机组的自由流风速
Figure FDA0003869486960000011
Figure FDA0003869486960000012
Figure FDA0003869486960000013
其中：
Figure FDA0003869486960000014
为第i时刻的已知NTF风电机组的历史机舱风速数据，i＞0；f为已知NTF风电机组的已知的机舱风速传递函数；
Figure FDA0003869486960000015
为已知NTF风电机组轮毂前与
Figure FDA0003869486960000016
对应的自由流风速；
Figure FDA0003869486960000017
为待求NTF风电机组轮毂前与
Figure FDA0003869486960000018
对应的自由流风速；
3)确定各风速区间，依据从各扇区选取的待求NTF风电机组的自由流风速，确定各风速区间的自由流风速的平均值，依据和待求NTF风电机组的自由流风速对应的待求NTF风电机组机舱风速，确定各风速区间的机舱风速的平均值；依据各风速区间的机舱风速的平均值和各风速区间的自由流风速的平均值，确定待求NTF风电机组的机舱风速传递函数。
2.根据权利要求1所述的机舱风速传递函数确定方法，其特征在于：步骤3)中各扇区为从所有扇区中筛选出的可用扇区。
3.根据权利要求2所述的机舱风速传递函数确定方法，其特征在于：所述可用扇区θ采用以下公式得到：
Figure FDA0003869486960000019
其中，θA为风场中对已知NTF风电机组有影响的所有风电机组对已知NTF风电机组的影响扇区的并集；θB为风场中对待求NTF风电机组有影响的所有风电机组对待求NTF风电机组的影响扇区的并集；所述影响扇区依据尾流影响角度α确定得到；所述尾流影响角度α为风场中一组风电机组受另一组风电机组的尾流影响的角度。
4.根据权利要求1所述的机舱风速传递函数确定方法，其特征在于：各扇区的圆心角为5°。
5.根据权利要求1至4任一项所述的机舱风速传递函数确定方法，其特征在于：步骤3)中采用以下方式确定各个风速区间：
确定整个风速区间[s1,s2]，s1为待求NTF风电机组的切入风速减去1m/s，s2为额定功率对应风速的1.5倍；以0.5m/s整数倍的风速为各个风速区间的中心，左右各0.25m/s进行连续划分，从而得到各个风速区间。
6.根据权利要求1至4任一项所述的机舱风速传递函数确定方法，其特征在于：步骤1)中采用基于雷诺平均Navier-Stokes方程的流场模型进行流场模拟，并采用k-ε湍流模型求解风场中风电机组轮毂前的风速。
7.一种机舱风速传递函数确定系统，其特征在于：该系统包括处理器，所述处理器用于执行计算机程序，以实现如权利要求1-6任一项所述的机舱风速传递函数确定方法。
8.一种基于机舱风速传递函数的风机功率曲线拟合方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)依据风场进行流场模拟，得到风场中以待求NTF风电机组为圆心各扇区内的待求NTF风电机组轮毂前的风速，以及以已知NTF风电机组为圆心各扇区内的已知NTF风电机组轮毂前的风速，将待求NTF风电机组轮毂前的风速与对应扇区的已知NTF风电机组的轮毂前的风速相比，得到每个扇区的风速校正系数kl，kl＞0，l表示扇区索引号；所述待求NTF风电机组为需要求解NTF函数的风电机组；所述已知NTF风电机组为NTF函数已知的风电机组；
2)依据获得的各扇区的风速校正系数kl，以及已知NTF风电机组的历史机舱风速数据和NTF函数，计算以已知NTF风电机组为圆心各扇区对应的待求NTF风电机组的自由流风速
Figure FDA0003869486960000021
Figure FDA0003869486960000022
Figure FDA0003869486960000023
其中：
Figure FDA0003869486960000024
为第i时刻的已知NTF风电机组的历史机舱风速数据，i＞0；f为已知NTF风电机组的已知的机舱风速传递函数；
Figure FDA0003869486960000031
为已知NTF风电机组轮毂前与
Figure FDA0003869486960000032
对应的自由流风速；
Figure FDA0003869486960000033
为待求NTF风电机组轮毂前与
Figure FDA0003869486960000034
对应的自由流风速；
3)确定各风速区间，依据从各扇区选取的待求NTF风电机组的自由流风速，确定各风速区间的自由流风速的平均值，依据和待求NTF风电机组的自由流风速对应的待求NTF风电机组机舱风速，确定各风速区间的机舱风速的平均值；依据各风速区间的机舱风速的平均值和各风速区间的自由流风速的平均值，确定待求NTF风电机组的机舱风速传递函数；
4)依据待求NTF风电机组的机舱风速传递函数并结合机舱风速、自由流风速和功率，进行功率曲线拟合，得到待求NTF风电机组的功率曲线。
9.根据权利要求8所述的基于机舱风速传递函数的风机功率曲线拟合方法，其特征在于：步骤4)中采用区间法拟合得到待求NTF风电机组的功率曲线。
10.一种基于机舱风速传递函数的风机功率曲线拟合系统，其特征在于：该系统包括处理器，所述处理器用于执行计算机程序，以实现如权利要求8-9任一项所述的基于机舱风速传递函数的风机功率曲线拟合方法。
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