CN117869217A - 一种风电机组监测方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种风电机组监测方法和系统，涉及风电技术领域，包括监测中心，所述监测中心通信连接有风速预测模块、转速评估模块以及执行模块；获取预报风速和实际风速，根据预报风速和实际风速构建风速预测线性回归模型，并根据风速预测线性回归模型获得预测风速，获取风力发电机组的转速，根据所获得的预测风速对风电机组的转速进行评估，根据评估结果发布对应的调节指令，根据所发布的调节指令对风力发电机组进行调节，利用风速预测线性回归模型对风电机组区域的风速进行了更为具体的预测，从而使得预测风速更有针对性，对风电机组进行监测，从而确保风电机组发电量正常，确保用户用电正常。
Description
技术领域
本发明涉及风电机组领域，具体是一种风电机组监测方法和系统。
背景技术
风力发电作为一种清洁、可再生的能源，在全球能源结构中的地位日益凸显，随着风电场规模的扩大和风电机组复杂性的增加，确保风电机组稳定高效运行成为了一个重要的问题，风电机组监测作为解决这一问题的关键手段，对于确保风电机组稳定高效运行具有重大意义；
如何利用风速预测线性回归模型对风电机组区域进行更为具体的预测，使得预测风速更有针对性，根据预测风速对风电机组的转速进行评估，并发布对应的调节指令，根据调节指令对风力发电机组进行调节，确保风力发电机的发电量正常，是我们需要解决的问题，为此，现提供一种风电机组监测方法和系统。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种风电机组监测方法和系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种风电机组监测系统，包括监测中心，所述监测中心通信连接有风速预测模块、转速评估模块以及执行模块；
所述风速预测模块用于根据预报风速和实际风速构建风速预测线性回归模型，并根据风速预测线性回归模型获得预测风速；
所述转速评估模块用于获取风力发电机组的转速，并根据所获得的预测风速对风电机组的转速进行评估，并根据评估结果发布对应的调节指令；
所述执行模块用于根据所发布的调节指令对风力发电机组进行调节。
进一步的，所述风速预测模块根据预报风速和实际风速构建风速预测线性回归模型的过程包括：
对风电机组进行全天候不间歇监测，设置若干个监测时间段，通过天气预报获得风电机组区域在不同监测时间段的预报风速；
设置风速采集单元，通过所设置的风速采集单元获得与不同监测时间段的预报风速相对应的实际风速；
将所获得的预报风速作为风速预测线性回归模型的样本数据，将所获得的实际风速作为风速预测线性回归模型的实际数据，根据所获得的预报风速和实际风速之间的对应关系构建风速预测线性回归模型。
进一步的，根据风速预测线性回归模型获得预测风速的过程包括：
通过天气预报获得风电机组区域在后续监测时间段的预报风速，将所获得的预报风速输入至风速预测线性回归模型，获得风速预测线性回归模型输出值，将所获得的风速预测线性回归模型输出值作为所输入的预报风速的预测风速。
进一步的，所述转速评估模块获取风力发电机组的转速的过程包括：
对风力发电机组进行标号，在每个风力发电机组的叶片上设置位置采集单元，通过所设置的位置采集单元获得每个风力发电机组在监测时间段内旋转的圈数，根据所获得的风力发电机组旋转的圈数得到风力发电机组在监测时间段内的转速。
进一步的，根据所获得的预测风速对风电机组的转速进行评估的过程包括：
将风力发电机组旋转时风轮形成的圆所在的平面记为圆平面，当风向与圆平面垂直并且风向为从圆平面的正前方到正后方时，将此时风力发电机组在监测时间段内的转速记为正面标准转速；
当风向与圆平面垂直并且风向为从圆平面的正后方到正前方时，将此时风力发电机组在监测时间段内的转速记为反面标准转速；
通过历史数据获得不同外界风速对应的风力发电机组的正面标准转速以及不同外界风速对应的风力发电机组的反面标准转速；
根据所获得的外界风速以及与之对应的风力发电机组的正面标准转速之间的关系构建正面标准转速预测模型，根据所获得的外界风速以及与之对应的风力发电机组的反面标准转速之间的关系构建反面标准转速预测模型；
获取监测时间段内的风向，根据所获取的风向将监测时间段内的预测风速输入至对应的预测模型中获得预测正面标准转速或预测反面标准转速，获取风向与圆平面之间的夹角，若风向与圆平面之间的夹角为九十度，则根据预测正面标准转速或预测反面标准转速设置转速阈值范围；
若风向与圆平面之间的夹角在零度到九十度之间，则获取风向与圆平面之间的夹角的正弦值，根据预测标准转速以及风向与圆平面之间的夹角的正弦值设置转速阈值范围；
若风向与原平面之间的夹角为零度，则根据正面标准转速和反面标准转速设置转速阈值范围；
根据所获得的风力发电机组的转速和所设置的转速阈值范围的对比结果对风电机组的转速进行评估，获得评估结果；
所述评估结果包括风力发电机组的转速偏小、正常以及偏大。
进一步的，根据评估结果发布对应的调节指令的过程包括：
当风力发电机组的转速偏小时，获取风力发电机组的位置，并发布转速偏小调节指令；
当风力发电机组的转速正常时，发布转速正常指令；
当风力发电机组的转速偏大时，获取风力发电机组的位置，并发布转速偏大调节指令。
进一步的，所述执行模块根据所发布的调节指令对风力发电机组进行调节的过程包括：
当接收到转速偏小调节指令时，根据风力发电机组的位置定位转速偏小的风力发电机组，检查风力发电机组的轮毂中是否含有阻塞物并根据检查结果派遣相关人员进行处理；
当接收到转速偏大调节指令时，根据风力发电机组的位置定位转速偏大的风力发电机组，检查风力发电机组内部的齿轮是否损坏并根据检查结果派遣相关人员进行处理；
当接收到转速正常指令时，获取转速正常的风力发电机组的发电量，通过历史数据判断风力发电机组的发电量是否正常，若风力发电机组的发电量异常，则检查风力发电机组的内部的发电机工作是否正常并根据检查结果派遣相关人员进行处理；
若风力发电机组的发电量正常，则风力发电机组工作正常。
本发明还公开了一种风电机组监测系统的监测方法，包括以下步骤：
步骤一：获取预报风速和实际风速，并根据所获取的预报风速和实际风速构建风速预测线性回归模型，并根据风速预测线性回归模型获得预测风速；
步骤二：获取风力发电机组的转速，并根据所获得的预测风速对风电机组的转速进行评估，并根据评估结果发布对应的调节指令；
步骤三：根据所发布的调节指令对风力发电机组进行调节。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：获取预报风速和实际风速，根据预报风速和实际风速构建风速预测线性回归模型，并根据风速预测线性回归模型获得预测风速，利用风速预测线性回归模型对风电机组区域的风速进行了更为具体的预测，从而使得预测风速更有针对性，获取风力发电机组的转速，根据所获得的预测风速对风电机组的转速进行评估，根据评估结果发布对应的调节指令，根据所发布的调节指令对风力发电机组进行调节，确保了风力发电机的发电量正常。
附图说明
图1为本发明的原理图。
具体实施方式
如图1所示，一种风电机组监测系统，包括监测中心，所述监测中心通信连接有风速预测模块、转速评估模块以及执行模块；
所述风速预测模块用于根据预报风速和实际风速构建风速预测线性回归模型，并根据风速预测线性回归模型获得预测风速；
需要进一步说明的是，在具体实施过程中，所述风速预测模块根据预报风速和实际风速构建风速预测线性回归模型，并根据风速预测线性回归模型获得预测风速的过程包括：
对风电机组进行全天候不间歇监测，设置若干个监测时间段，每个监测时间段的时长为t分钟，通过天气预报获得风电机组区域在不同监测时间段的预报风速；
设置风速采集单元，通过所设置的风速采集单元获得与不同监测时间段的预报风速相对应的实际风速；
将所获得的预报风速作为风速预测线性回归模型的样本数据，将所获得的实际风速作为风速预测线性回归模型的实际数据，根据所获得的预报风速和实际风速之间的对应关系构建风速预测线性回归模型；
利用与预报风速相对应的实际风速对所述风速预测线性回归模型进行训练，以实现对于风速预测线性回归模型的不断优化，通过天气预报获得风电机组区域在后续监测时间段的预报风速，将所获得的预报风速输入至风速预测线性回归模型，获得风速预测线性回归模型输出值，将所获得的风速预测线性回归模型输出值作为所输入的预报风速的预测风速；
在本发明的实施例中，不选择直接以天气预报的预报风速作为参考，而是选择先构建风速预测线性回归模型，以风速预测线性回归模型所输出的预测风速作为参考，这是因为天气预报所提供的预报风速往往覆盖范围过大，且数值不具有针对性，无法为系统提供更为精准的参考，因此本发明利用风速预测线性回归模型对风电机组区域的风速进行更为具体的预测，同时通过实际风速不断对风速预测线性回归模型进行训练和优化，以获得更有针对性的预测风速。
所述转速评估模块用于获取风力发电机组的转速，并根据所获得的预测风速对风电机组的转速进行评估，并根据评估结果发布对应的调节指令；
需要进一步说明的是，在具体实施过程中，所述转速评估模块根据所获得的预测风速对风电机组的转速进行评估的过程包括：
将风力发电机组旋转时风轮形成的圆所在的平面记为圆平面，当风向与圆平面垂直并且风向为从圆平面的正前方到正后方时，将此时风力发电机组在监测时间段内的转速记为正面标准转速；
当风向与圆平面垂直并且风向为从圆平面的正后方到正前方时，将此时风力发电机组在监测时间段内的转速记为反面标准转速；
通过历史数据获得不同外界风速对应的风力发电机组的正面标准转速以及不同外界风速对应的风力发电机组的反面标准转速；
根据所获得的外界风速以及与之对应的风力发电机组的正面标准转速之间的关系构建正面标准转速预测模型，将外界风速作为正面标准转速预测模型的输入值，将正面标准转速预测模型的输出值作为所输入的外界风速对应的预测正面标准转速；
根据所获得的外界风速以及与之对应的风力发电机组的反面标准转速之间的关系构建反面标准转速预测模型，将外界风速作为反面标准转速预测模型的输入值，将反面标准转速预测模型的输出值作为所输入的外界风速对应的预测反面标准转速；
对风力发电机组进行标号，记为i，i＝1，2，3，……，n，n≥1且n为整数，在每个风力发电机组的叶片上设置位置采集单元，通过所设置的位置采集单元获得每个风力发电机组在监测时间段内旋转的圈数，记为qi，则风力发电机组在监测时间段内的转速为qi/t，将风力发电机组在监测时间段内的转速记为Si；
其中，Si＝qi/t；
获取监测时间段内的风向，若风向为从圆平面的前方到后方，则将监测时间段内的预测风速输入至正面标准转速预测模型获得预测正面标准转速，记为S正，获取风向与圆平面之间的夹角，所述风向与圆平面之间的夹角小于等于90度，若风向与圆平面之间的夹角为90度，则根据S正设置阈值范围，将所设置的阈值范围记为(S11，S正)和(S正，S12)；
当Si≤S11时，风力发电机组的转速偏小，获取风力发电机组的位置，将风力发电机组的位置以及转速偏小调节指令发送至监测中心；
当S11＜Si＜S12时，风力发电机组的转速正常，将转速正常指令发送至监测中心；
当Si≥S12时，风力发电机组的转速偏大，获取风力发电机组的位置，将风力发电机组的位置以及转速偏大调节指令发送至监测中心；
若风向与圆平面之间的夹角在(0,90)范围内，则获取风向与圆平面之间的夹角的正弦值，记为sina，根据预测正面标准转速以及风向与圆平面之间的夹角的正弦值设置阈值范围，将所设置的阈值范围记为(S21，￡×S正×sina)和(￡×S正×sina，S22)；
其中，￡为转速影响系数；
当Si≤S21时，风力发电机组的转速偏小，获取风力发电机组的位置，将风力发电机组的位置以及转速偏小调节指令发送至监测中心；
当S21＜Si＜S22时，风力发电机组的转速正常，将转速正常指令发送至监测中心；
当Si≥S22时，风力发电机组的转速偏大，获取风力发电机组的位置，将风力发电机组的位置以及转速偏大调节指令发送至监测中心；
若风向为从圆平面的后方到前方，则将监测时间段内的预测风速输入至反面标准转速预测模型获得预测反面标准转速，记为S反，获取风向与圆平面之间的夹角，所述风向与圆平面之间的夹角小于等于90度，若风向与圆平面之间的夹角为90度，则根据S反设置阈值范围，将所设置的阈值范围记为(S41，S反)和(S反，S42)；
当Si≤S41时，风力发电机组的转速偏小，获取风力发电机组的位置，将风力发电机组的位置以及转速偏小调节指令发送至监测中心；
当S41＜Si＜S42时，风力发电机组的转速正常，将转速正常指令发送至监测中心；
当Si≥S42时，风力发电机组的转速偏大，获取风力发电机组的位置，将风力发电机组的位置以及转速偏大调节指令发送至监测中心；
若风向与圆平面之间的夹角在(0,90)范围内，则获取风向与圆平面之间的夹角的正弦值，记为sinb，根据预测反面标准转速以及风向与圆平面之间的夹角的正弦值设置阈值范围，将所设置的阈值范围记为(S51，μ×S反×sina)和(μ×S反×sina，S52)；
其中，μ为转速影响系数；
当Si≤S51时，风力发电机组的转速偏小，获取风力发电机组的位置，将风力发电机组的位置以及转速偏小调节指令发送至监测中心；
当S51＜Si＜S52时，风力发电机组的转速正常，将转速正常指令发送至监测中心；
当Si≥S52时，风力发电机组的转速偏大，获取风力发电机组的位置，将风力发电机组的位置以及转速偏大调节指令发送至监测中心；
若风向与原平面之间的夹角为0度，则根据预测正面标准转速和预测反面标准转速设置阈值范围，将所设置的阈值范围记为(S31，1/2×S正+1/2×S反)和(1/2×S正+1/2×S反，S32)；
当Si≤S31时，风力发电机组的转速偏小，获取风力发电机组的位置，将风力发电机组的位置以及转速偏小调节指令发送至监测中心；
当S31＜Si＜S32时，风力发电机组的转速正常，将转速正常指令发送至监测中心；
当Si≥S32时，风力发电机组的转速偏大，获取风力发电机组的位置，将风力发电机组的位置以及转速偏大调节指令发送至监测中心。
所述执行模块用于根据所发布的调节指令对风力发电机组进行调节；
需要进一步说明的是，在具体实施过程中，所述执行模块根据所发布的调节指令对风力发电机组进行调节的过程包括：
当接收到转速偏小调节指令时，根据风力发电机组的位置定位转速偏小的风力发电机组，检查风力发电机组的轮毂中是否含有阻塞物并根据检查结果派遣相关人员进行处理；
当接收到转速偏大调节指令时，根据风力发电机组的位置定位转速偏大的风力发电机组，检查风力发电机组内部的齿轮是否损坏并根据检查结果派遣相关人员进行处理；
当接收到转速正常指令时，获取转速正常的风力发电机组的发电量，记为Fi；
通过历史数据获得不同转速对应的发电量，根据所获得的转速以及与之对应的发电量之间的关系构建发电量预测模型，将转速作为发电量预测模型的输入值，将发电量预测模型的输出值作为所输入的转速对应的预测发电量；
将正常转速输入至发电量预测模型获得预测发电量，记为F预，根据所获得的预测发电量设置阈值范围，将所设置的阈值范围记为(F0，F预)；
当Fi≤F0时，风力发电机组的发电量异常，检查风力发电机组的内部的发电机工作是否正常并根据检查结果派遣相关人员进行处理；
当F0＜Fi＜F预以及Fi≥F预时，风力发电机组的发电量正常，风力发电机组工作正常。
本发明还公开了一种风电机组监测系统的监测方法，包括以下步骤：
步骤一：获取预报风速和实际风速，并根据所获取的预报风速和实际风速构建风速预测线性回归模型，并根据风速预测线性回归模型获得预测风速；
步骤二：获取风力发电机组的转速，并根据所获得的预测风速对风电机组的转速进行评估，并根据评估结果发布对应的调节指令；
步骤三：根据所发布的调节指令对风力发电机组进行调节。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方法而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方法进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方法的精神和范围。
Claims (8)
1.一种风电机组监测系统，包括监测中心，其特征在于，所述监测中心通信连接有风速预测模块、转速评估模块以及执行模块；
所述风速预测模块用于根据预报风速和实际风速构建风速预测线性回归模型，并根据风速预测线性回归模型获得预测风速；
所述转速评估模块用于获取风力发电机组的转速，并根据所获得的预测风速对风电机组的转速进行评估，并根据评估结果发布对应的调节指令；
所述执行模块用于根据所发布的调节指令对风力发电机组进行调节。
2.根据权利要求1所述的一种风电机组监测系统，其特征在于，所述风速预测模块根据预报风速和实际风速构建风速预测线性回归模型的过程包括：
对风电机组进行全天候不间歇监测，设置若干个监测时间段，通过天气预报获得风电机组区域在不同监测时间段的预报风速；
设置风速采集单元，通过所设置的风速采集单元获得与不同监测时间段的预报风速相对应的实际风速；
将所获得的预报风速作为风速预测线性回归模型的样本数据，将所获得的实际风速作为风速预测线性回归模型的实际数据，根据所获得的预报风速和实际风速之间的对应关系构建风速预测线性回归模型。
3.根据权利要求2所述的一种风电机组监测系统，其特征在于，根据风速预测线性回归模型获得预测风速的过程包括：
通过天气预报获得风电机组区域在后续监测时间段的预报风速，将所获得的预报风速输入至风速预测线性回归模型，获得风速预测线性回归模型输出值，将所获得的风速预测线性回归模型输出值作为所输入的预报风速的预测风速。
4.根据权利要求3所述的一种风电机组监测系统，其特征在于，所述转速评估模块获取风力发电机组的转速的过程包括：
对风力发电机组进行标号，在每个风力发电机组的叶片上设置位置采集单元，通过所设置的位置采集单元获得每个风力发电机组在监测时间段内旋转的圈数，根据所获得的风力发电机组旋转的圈数得到风力发电机组在监测时间段内的转速。
5.根据权利要求4所述的一种风电机组监测系统，其特征在于，根据所获得的预测风速对风电机组的转速进行评估的过程包括：
将风力发电机组旋转时风轮形成的圆所在的平面记为圆平面，当风向与圆平面垂直并且风向为从圆平面的正前方到正后方时，将此时风力发电机组在监测时间段内的转速记为正面标准转速；
当风向与圆平面垂直并且风向为从圆平面的正后方到正前方时，将此时风力发电机组在监测时间段内的转速记为反面标准转速；
通过历史数据获得不同外界风速对应的风力发电机组的正面标准转速以及不同外界风速对应的风力发电机组的反面标准转速；
根据所获得的外界风速以及与之对应的风力发电机组的正面标准转速之间的关系构建正面标准转速预测模型，根据所获得的外界风速以及与之对应的风力发电机组的反面标准转速之间的关系构建反面标准转速预测模型；
获取监测时间段内的风向，根据所获取的风向将监测时间段内的预测风速输入至对应的预测模型中获得预测正面标准转速或预测反面标准转速，获取风向与圆平面之间的夹角，若风向与圆平面之间的夹角为九十度，则根据预测正面标准转速或预测反面标准转速设置转速阈值范围；
若风向与圆平面之间的夹角在零度到九十度之间，则获取风向与圆平面之间的夹角的正弦值，根据预测标准转速以及风向与圆平面之间的夹角的正弦值设置转速阈值范围；
若风向与原平面之间的夹角为零度，则根据正面标准转速和反面标准转速设置转速阈值范围；
根据所获得的风力发电机组的转速和所设置的转速阈值范围的对比结果对风电机组的转速进行评估，获得评估结果；
所述评估结果包括风力发电机组的转速偏小、正常以及偏大。
6.根据权利要求5所述的一种风电机组监测系统，其特征在于，根据评估结果发布对应的调节指令的过程包括：
当风力发电机组的转速偏小时，获取风力发电机组的位置，并发布转速偏小调节指令；
当风力发电机组的转速正常时，发布转速正常指令；
当风力发电机组的转速偏大时，获取风力发电机组的位置，并发布转速偏大调节指令。
7.根据权利要求6所述的一种风电机组监测系统，其特征在于，所述执行模块根据所发布的调节指令对风力发电机组进行调节的过程包括：
当接收到转速偏小调节指令时，根据风力发电机组的位置定位转速偏小的风力发电机组，检查风力发电机组的轮毂中是否含有阻塞物并根据检查结果派遣相关人员进行处理；
当接收到转速偏大调节指令时，根据风力发电机组的位置定位转速偏大的风力发电机组，检查风力发电机组内部的齿轮是否损坏并根据检查结果派遣相关人员进行处理；
当接收到转速正常指令时，获取转速正常的风力发电机组的发电量，通过历史数据判断风力发电机组的发电量是否正常，若风力发电机组的发电量异常，则检查风力发电机组的内部的发电机工作是否正常并根据检查结果派遣相关人员进行处理；
若风力发电机组的发电量正常，则风力发电机组工作正常。
8.一种风电机组监测方法，具体应用于权利要求1至7任一项所述的一种风电机组监测系统，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：获取预报风速和实际风速，并根据所获取的预报风速和实际风速构建风速预测线性回归模型，并根据风速预测线性回归模型获得预测风速；
步骤二：获取风力发电机组的转速，并根据所获得的预测风速对风电机组的转速进行评估，并根据评估结果发布对应的调节指令；
步骤三：根据所发布的调节指令对风力发电机组进行调节。
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