CN117473883A - 测风塔数据的处理方法、设备、存储介质及程序产品 - Google Patents

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CN117473883A CN202211661033.1A CN202211661033A CN117473883A CN 117473883 A CN117473883 A CN 117473883A CN 202211661033 A CN202211661033 A CN 202211661033A CN 117473883 A CN117473883 A CN 117473883A
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Abstract

本申请公开了一种测风塔数据的处理方法、设备、存储介质及程序产品，包括：获取风电场场区内已建风电机组参数，获取风电场厂区内的环境参数；根据当地湍流强度，计算出尾流衰减常数k值；计算场区内测风塔处各扇区的风减系数；根据不同扇区的风减系数，对测风塔实测数据进行修正。从而使得通过不同扇区的风减系数对场区内测风塔的测风塔数据进行订正，还原测风塔处于周边无运行风机情况下的风速，增加在役风电场改造或“以大代小”更新替换方案的风资源分析和发电量评估的准确性。

Description

测风塔数据的处理方法、设备、存储介质及程序产品
技术领域
本发明属于风资源评估领域，具体涉及一种在役风电场场区内测风塔数据的修正方法。
背景技术
风电设备一般20-25年的寿命期，随着时间推移，风电机组改造和更新替换的市场将逐年扩大，并且早期投运的老旧风电机组，普遍存在投运时间久、机组单机容量小、运行效率低、安全可靠性差、运维成本高的问题，且不能充分利用当地优越的风资源。
因此，风电场更新换代和技改项目将迎来很大的市场，但针对在役风电场的风资源评估方法尚未完善。大部分在役风电场未建之前的原始测风数据因年代久远或储存不规范，普遍存在数据丢失的情况，给重新评估场区风资源情况，计算改造或更新替换的项目收益带来较大的不确定性。
目前多采用场区内新建的激光雷达或现有的风功率预测塔的数据进行计算，但是在测风塔观测期间，场区内的风电机组仍处于运行状态，测风塔会受到周边机组的尾流影响，会导致测风结果与实际情况存在偏差。
发明内容
本申请提供一种测风塔数据的处理方法、设备、存储介质及程序产品，从而解决现有技术中存在的问题，实现对处于尾流区的测风塔数据进行修正，能较好的还原无风场状态下的测风塔风速。
第一方面，本申请提供在役风电场场区内测风塔数据的处理方法，包括：获取风电场场区内已建风电机的机组参数，获取风电场厂区内的环境参数；根据当地湍流强度，计算出尾流衰减常数k值；计算场区内测风塔处各扇区的风减系数；根据不同扇区的风减系数，对测风塔实测数据进行修正。
这里，考虑已建风电机组对测风塔测风数据的影响，通过获取环境参数和风电机组参数，根据数学模型建立函数关系，对测风塔数据进行修正以尽量消除周边机组的尾流对数据的影响。
本申请提供的实施例中，计算场区内测风塔处各扇区的风减系数，包公式如下：，其中 为风减系数，/>为风电场已运行机组的推力系数，其值取决于上风向风速，为产生尾流的风机的叶轮直径，/>为尾流发生的距离，/>为尾流后x距离处的风速，/>：为尾流前风速, k为尾流衰减常数。
优选地，同一个风况下，如果同一扇区内存在多个机组时，逐一计算各个机组对测风塔数据的影响，取其中最小风减系数作为对测风塔的风减系数。计算公式为：。
本申请提供的实施例中，所述风电场场区内已建风电机的机组参数，包括：风电机组的轮毂高度、功率曲线和推力系数；所述环境因素包括：输入场区内地形、粗糙度、热稳定度。
优选地，所述尾流衰减常数k值计算方法为，
为产生尾流的风机处湍流强度的计算值。
优选地，根据不同扇区的风减系数，对测风塔实测数据进行修正，包括：对实测测风数据中具体扇区每个风况的风减系数进行计算，得到每个风况下的风减系数，并根据测风塔实测的数据，对不同扇区的风减系数整合为综合风减系数；
为第n个扇区的综合风减系数
为该扇区内基于时间序列的测风塔实测风速
为该扇区内/>对应的风况下的风减系数
通过不同扇区独立的风减系数，对测风塔风速数据进行修正，得到修正后的风速；通过修正后的风速利用原机型的功率曲线进行发电量计算。
优选地，所述不同扇区共有16个；所述风减系数与不同扇区的风况相对应。
第二方面，本申请实施例提供一种测风塔数据的处理设备，包括：至少一个处理器和存储器；存储器存储计算机执行指令；至少一个处理器执行存储器存储的计算机执行指令，使得至少一个处理器执行如上第一方面以及第一方面各种可能的在役风电场场区内测风塔数据的处理方法。
第三方面，本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，当处理器执行计算机执行指令时，实现如上第一方面以及第一方面各种可能的在役风电场场区内测风塔数据的处理方法。
第四方面，本申请实施例提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，计算机程序被处理器执行时，实现如上第一方面以及第一方面各种可能的在役风电场场区内测风塔数据的处理方法。
本申请实施例提供的在役风电场场区内测风塔数据的处理方法、设备、存储介质及程序产品，包括：获取风电场场区内已建风电机组参数，获取风电场厂区内的环境参数；根据当地湍流强度，计算出尾流衰减常数k值；计算场区内测风塔处各扇区的风减系数；根据不同扇区的风减系数，对测风塔实测数据进行修正。从而使得通过不同扇区的风减系数对场区内测风塔的测风塔数据进行订正，还原测风塔处于周边无运行风机情况下的风速，增加在役风电场改造或“以大代小”更新替换方案的风资源分析和发电量评估的准确性。
附图说明
图1为本申请实施例在役风电场场区内测风塔数据的处理方法流程示意图；
图2为本申请实施例提供的风机后的轴对称尾流区示意图；
图3为本申请实施例提供通过各扇区风减系数对测风数据的修正示意图；
图4为某风电场风向玫瑰图（左下）和场区内机位和测风塔位置示意图；
图5为本申请一种实施方式提供的环境参数和风电机组参数示意图；
图6为本申请一种实施方式中各风向扇区的风减系数计算结果；
图7为本申请一种实施方式中各扇区风减系数示意图；
图8为本申请一种实施方式中各扇区测风数据的修正结果；
图9为本申请一种实施方式中理论发电量和近两年实际发电量对比示意图；
图10为本申请实施例提供的测风塔数据处理装置的结构示意图；
图11为本申请实施例提供的测风塔数据处理设备的结构示意图；
图12为现有技术中理论发电量和近两年（选取平风年）实际发电量对比示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”及“第四”等（如果存在）是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
现有技术中不考虑场区内测风塔受到周边在运行机组的尾流影响，直接采用场区内满足一个完整年的测风数据进行风资源评估和发电量计算。
现有技术方法存在若干问题：
（1）由于场区内测风塔会受到周边在运行机组的影响，直接采用该测风数据进行分析会低估场区的风速，从而低估改造或更新替换后项目的发电量。
（2）以某风场为例，该项目测风塔位置位于场区内，测风期间周边机组正常运行，如图12，按照测风塔实测的测风数据对场区内风机发电量进行计算，与风电机组近两年（选取平风年）实际的单机发电量数据进行对比，可以看出，采用该测风塔数据计算的理论发电量结果明显低于场区内风电机组的实际发电量，即采用该方法会对场区风资源评估和发电量计算存在低估的风险。
（3）由于受到周边在运行机组的影响，测风塔观测的风速低于实际自由来流风速，采用该数据分析得到的风资源参数，如平均风速、50年一理论发电量和近两年（选取平风年）实际发电量对比示意图遇最大风速、50年一遇极大风速等，均会存在低估的可能，会对机组的安全性评估带来的一定风险。
如图1所示，为本申请实施例在役风电场场区内测风塔数据的处理方法流程图，下面结合具体的实施例对本申请提供的风电场内测风塔测风数据处理方法进行详细介绍，需要说明的是，本申请中各实施例的执行主体可以为服务器、处理器等具有数据处理功能的组件，本申请实施例对执行主体的实现不做限制，只要其可以进行数据处理即可。
本申请实施例提供了一种在测风塔数据的处理方法，包括：获取风电场场区内已建风电机组参数，获取风电场厂区内的环境参数；根据当地湍流强度，计算出尾流衰减常数k值；计算场区内测风塔处各扇区的风减系数；根据不同扇区的风减系数，对测风塔实测数据进行修正。
这里，为了使得测风塔数据更为准确，需要考虑在役风电场场区风机机组运行时对测风塔数据的影响，一般来说，由于周边风机机组尾流的影响，会使得测风塔测得的风速值降低，实际在没有风机机组的影响下测风塔风速数据要偏高，所以研究如何避免风机机组对测风塔数据的影响，如何修正测风塔数据，准确的预计“以大代小”后的发电量是本申请需要解决的技术问题。
从而，本申请提出一种考虑当前风电场厂区的环境参数，建立数学函数关系，依据不同扇区的风减系数对测风塔数据进行修正，采用修正后的测风塔数据进行仿真计算。
一种可能的实施方式中，计算场区内测风塔处各扇区的风速减速系数计算方法： （1） ，为风减系数，/>为风电场已运行机组的推力系数，其值取决于上风向风速，为产生尾流的风机的叶轮直径，/>为尾流发生的距离，/>为尾流后x距离处的风速，/>：为尾流前风速, k为尾流衰减常数。
同一个风况下，如果同一扇区内存在多个机组时，逐一计算各个机组对测风塔数据的影响，取其中最小风减系数作为对测风塔的风减系数。计算公式为：（2）。
这里，最小风减系数对应的现役具体某一风电机组为该扇区特定风况下对测风塔数据影响最大的风电机组，为简化计算方法，兼顾计算精度，仅考虑该风电机组对测风塔数据的影响。
可选地，可设置风减系数门限值H，当风减系数小于该风减系数门限值H对应所有的风电机组，均考虑这些风电机组对测风塔数据的影响。
本申请实施例中风电场场区内已建风电机的机组参数，包括：风电机组的轮毂高度、功率曲线和推力系数；环境因素包括：输入场区内地形、粗糙度、热稳定度。
通过输入场区内上述环境参数和新机组参数信息，建立数学模型，以便采用修正后的测风塔数据进行仿真计算。
一种可能的实施方式中，如图2所示，尾流衰减常数k值计算方法为：（3） ，/>为产生尾流的风机处湍流强度的计算值。
根据不同扇区的风减系数，对测风塔实测数据进行修正，包括：对实测测风数据中具体扇区每个风况的风减系数进行计算，得到每个风况下的风减系数，并根据测风塔实测的数据，对不同扇区的风减系数整合为综合风减系数；
为第n个扇区的综合风减系数
为该扇区内基于时间序列的测风塔实测风速
为该扇区内/>对应的风况下的风减系数
通过不同扇区独立的风减系数，对测风塔风速数据进行修正，得到修正后的风速，如图3所示；通过修正后的风速利用原机型的功率曲线进行发电量计算。
可选地，不同扇区共有16个，风减系数与不同扇区的风况相对应。
这里，为了缩短计算时间，设置22.5°作为风向的间隔，也就是把风向分为16个扇区，主要考虑到一般陆上风电场的工程计算中，风速、入流角、湍流等风资源参数多数分16扇区。
以某风场举例，图4为该风场测风塔位置、风向玫瑰图和机位排布情况。通过左下角风向玫瑰图可以看出，场区内主风向为SE，测风塔位于场区中间，测风塔的SE方向有多排风机遮挡，测风时间段为2018.4.1-2019.4.1，风电场并网时间为2009年，测风塔测风期间内，风速会受到周边在运行机组的影响。
如图5所示，输入场区内的地形图、粗糙度等环境因素，以及运行中的风电机组的轮毂高度、功率曲线和推力系数等机组参数；总容量200.25MW，单机容量1.5MW，机组GW77/1500，轮毂高度65m。
根据目前实际测量的测风塔时间序列数据，可将每个风况的风速、风向、湍流等数据带入公式(1)和公式(3)中进行计算，可得出测风塔处在每个风况下受到N1至Ni机组的影响，再通过公式(2)，将每个风况下受到不同机组影响导致的风减系数，取最小值。
以某风况为例，其风况参数为：时间2019/3/31 17:00:00, 风速4m/s, 风向90°；机组FF01的机组参数以及与测风塔的距离信息如下：Ct-0.934， -77，/>，X-396m根据上述风况参数与风机参数，通过公式(1)与公式(3)计算可得到：k为0.065，风减系数Cwake为0.908。
对每一台机组对测风塔的风减系数进行上述计算，可得：FF01的Cwake为0.908，FF02的Cwake为0.953，FF03的Cwake为0.981，FF04的Cwake为0.989。
即在该风况下，全场所有机组对测风塔的风减系数，根据公式(2)，取该风况下风减系数的最小值，作为该风况下测风塔受到的风减系数：时间 2019/3/31 17:00:00，风速4m/s，风向90°，风减系数Cwake 0.908。
重复上述流程，对测风塔观测的每一种风况进行迭代计算，计算出测风塔在各个风况下的风减系数，再采用本申请方法，根据不同扇区计算得到的风减系数对测风塔数据进行进一步处理。
经过计算可得，测风塔处各风向扇区的风减系数如图6所示。
各扇区风减系数示意图，如图7所示。
从上图可以看出，ENE扇区和SSE扇区的自由来流风速受到风机编号为“FF01”和“FD01”机组的尾流影响严重，风减系数分别为87.46%和84.19%，而SSW至W扇区，由于该方向没有正在运行的风机，该扇区受到的尾流影响几乎没有，风减系数趋近于100%。
根据上述的风减系数，对测风塔实测数据的不同扇区进行修正，修正后结果如图8所示。
为了验证该修正方法的准确性，分别采用无修正的测风数据和本方法修正后的测风数据，利用原机型的功率曲线进行发电量计算，并与近2年（选取平风年）机组的实际发电量进行对比。
在本申请实施例中，图9为选取部分机位的近两年单机发电量与理论计算发电量的对比示意图。风电场近两年单机年平均发电量为247万千瓦时，采用无修正测风塔数据进行发电量计算，风电场单机年平均发电量为208万千瓦时，理论评估结果显著低于风电场的实际发电量；而采用修正后的测风塔数据进行发电量计算，风电场单机年平均发电量为252万千瓦时，理论评估结果与风电场的实际发电量几乎一致。可以看出，采用本申请方法修正后的测风塔风速能够更好的代表场区的风资源情况，通过计算得到的发电量结果也更贴近与真实的发电量。
采用该方法，对处于尾流区的测风塔数据进行修正，能较好的还原无风场状态下的测风塔风速，可用于在役风电场改造或“以大代小”更新替换方案的风资源分析和发电量评估。
通过不同扇区的风减系数对场区内测风塔的测风塔数据进行订正，还原测风塔处于周边无运行风机情况下的风速，增加在役风电场改造或“以大代小”更新替换方案的风资源分析和发电量评估的准确性。
图11为本申请实施例提供的一种测风塔数据处理设备的结构示意图。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不限制本文中描述的和/或者要求的本申请的实现。
如图11所示，该测风塔数据处理设备包括：处理器1101和存储器1102，各个部件利用不同的总线互相连接，并且可以被安装在公共主板上或者根据需要以其它方式安装。处理器1101可以对在测风塔数据处理设备内执行的指令进行处理，包括存储在存储器中或者存储器上以在外部输入/输出装置（诸如，耦合至接口的显示设备）上显示的图形信息的指令。在其它实施方式中，若需要，可以将多个处理器和/或多条总线与多个存储器和多个存储器一起使用。
存储器1102作为一种非瞬时计算机可读存储介质，可用于存储非瞬时软件程序、非瞬时计算机可执行程序以及模块，如本申请实施例中的测风塔数据处理的方法对应的程序指令/模块（例如，附图10所示的第一获取模块1001、第一处理模块1002、输入模块1003和判断模块1004）。处理器1101通过运行存储在存储器1102中的非瞬时软件程序、指令以及模块，从而执行服务器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中的测风塔数据处理的方法。
测风塔数据处理设备还可以包括：输入装置1103和输出装置1104。处理器1101、存储器1102、输入装置1103和输出装置1104可以通过总线或者其他方式连接，图11中以通过总线连接为例。
输入装置1103可接收输入的数字或字符信息，以及产生与测风塔数据处理设备的用户设置以及功能控制有关的键信号输入，例如触摸屏、小键盘、鼠标、或者多个鼠标按钮、轨迹球、操纵杆等输入装置。输出装置704可以是测风塔数据处理的显示设备等输出设备。该显示设备可以包括但不限于，液晶显示器（LCD）、发光二极管（LED）显示器和等离子体显示器。在一些实施方式中，显示设备可以是触摸屏。
本申请实施例的测风塔数据处理设备，可以用于执行本申请上述各方法实施例中的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本申请实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

Claims (10)

1.一种测风塔数据的处理方法，其特征在于，包括：
获取风电场场区内已建风电机组参数，获取风电场厂区内的环境参数；
根据当地湍流强度，计算出尾流衰减常数k值；
计算场区内测风塔处各扇区的风减系数；
根据不同扇区的风减系数，对测风塔实测数据进行修正。
2.根据权利要求1所述的测风塔数据的处理方法，其特征在于，所述计算场区内测风塔处各扇区的风减系数，包括：
风速减速系数计算如下：
为风减系数，/>为风电场已运行机组的推力系数，其值取决于上风向风速，
为产生尾流的风机的叶轮直径，/>为尾流发生的距离，/>：为尾流后x距离处的风速，/>为尾流前风速，k为尾流衰减常数。
3.根据权利要求2所述的测风塔数据的处理方法，其特征在于，所述计算场区内测风塔处各扇区的风减系数，包括：
同一个风况下，如果同一扇区内存在多个机组时，逐一计算各个机组对测风塔数据的影响，取其中最小风减系数作为对测风塔的风减系数；
计算公式为： 。
4.根据权利要求1所述的测风塔数据的处理方法，其特征在于，所述风电场场区内已建风电机的机组参数，包括：风电机组的轮毂高度、功率曲线和推力系数；所述环境因素包括：输入场区内地形、粗糙度、热稳定度。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述尾流衰减常数k值计算方法包括：
为产生尾流的风机处湍流强度的计算值。
6.根据权利要求5所述的测风塔数据的处理方法，其特征在于，根据不同扇区的风减系数，对测风塔实测数据进行修正，包括：
对实测测风数据中具体扇区每个风况的风减系数进行计算，得到每个风况下的风减系数，并根据测风塔实测的数据，对不同扇区的风减系数整合为综合风减系数；
为第n个扇区的综合风减系数
为该扇区内基于时间序列的测风塔实测风速
为该扇区内/>对应的风况下的风减系数
通过不同扇区独立的风减系数，对测风塔风速数据进行修正，得到修正后的风速；
通过修正后的风速利用原机型的功率曲线进行发电量计算。
7.根据权利要求6所述的测风塔数据的处理方法，其特征在于，所述不同扇区共有16个；所述风减系数与不同扇区的风况相对应。
8.一种测风塔数据的处理设备，其特征在于，包括：至少一个处理器和存储器；
所述存储器存储计算机执行指令；
所述至少一个处理器执行所述存储器存储的计算机执行指令，使得所述至少一个处理器执行如权利要求1至7任一项测风塔数据的处理方法。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，当处理器执行所述计算机执行指令时，实现权利要求1至7任一项测风塔数据的处理方法。
10.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7任一项测风塔数据的处理方法。
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