风力发电机组功率曲线获取装置

技术领域

本发明涉及风电技术领域，具体为一种风力发电机组功率曲线获取装置。

背景技术

随着近些年风电技术的快速发展和进步，风电在我国电力系统中发挥着重要作用。风力发电机组功率曲线是风力发电机组的重要特性，它描述了风力发电机组的输出功率与风速之间的关系，是评估风力发电机组性能和发电能力的重要指标，功率曲线是风力发电机组的设计依据，风力发电机组的功率曲线是机组输出功率随10min平均风速变化的关系曲线。

公开号为CN103557117B提供的一种风力发电机组功率曲线获取装置，其通过根据风电机组的实际运行数据，绘制出每台风机的实际功率曲线，其主要是通过安装在风力发电机组上的功率测量装置和风速仪进行均值处理后，获得功率曲线，但是风电功率主要受到风速和空气密度的影响，若想绘制出较为准确的实际功率曲线，必须保证空气密度保持不变，上述装置无法做到该点，因此绘制出的功率曲线误差较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种风力发电机组功率曲线获取装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种风力发电机组功率曲线获取装置，包括：

环境测量模块，所述环境测量模块和标准化模块电性连接，用于采集包括的风速在内的风力发电机组所处的环境数据并发送至预存储模块；

功率采集模块，所述功率采集模块和标准化模块电性连接，用于采集风力发电机组的输出功率参数并发送至预存储模块；

预存储模块，所述预存储模块按照间隔时长同步采集并存储收到的环境数据和输出功率参数的原始数据，将一段时间段内采集的数据构成一组数据集，获取10min内的所有数据集，并计算出每组数据集的平均值；

标准化模块，所述标准化模块和预存储模块电性连接，用于将预存储模块处理后的每组数据集内的数据按照标准大气空气密度进行标准化处理；

剔除模块，所述剔除模块和标准化模块电性连接，剔除每个标准化后的数据集内的每个故障点数据和湍流点数据；

功率计算模块，所述功率计算模块和剔除模块电性连接，功率计算模块以风速Δv做为间隔，根据标准化后的数据集环境数据计算每个间隔内的所有数据集的计算平均功率和每个数据集的实测平均功率，并根据计算平均功率实测平均功率计算标准平均功率；

曲线生成模块，所述曲线生成模块和功率计算模块电性连接，曲线生成模块用于以每个间隔内的中间的风速值和标准平均功率值分别为横、纵坐标建立风速值-风力发电机输出功率值坐标系，将每个间隔内的平均风速值和该间隔内的标准平均功率值作为所述风速值-风力发电机输出功率值坐标系中的一个数据点作出，并将作出的个数据点按风速大小顺序连线后得到风力发电机组功率曲线。

优选的，所述环境测量模块采集的环境参数包括风速、气温和气压，所述风速采用数字式的风速仪进行采集，所述气温和气压采用数字式的气温计和气压计进行采集。

优选的，所述预存储模块、采集的间隔时长为0.5s，时间段的时长为10s，每组数据集的样式为：

其中，M

式中，

优选的，所述标准化模块在进行标准化处理时，首先根据每个数据集的温度和气压计算出实际的空气密度，计算公式为：

式中，B

式中，V

优选的，所述功率计算模块采用的风速间隔Δv＝0.2m/s，计算每个间隔内的所有数据集的标准平均功率公式为：

式中，P

式中，A为风力发电机的叶轮扫风面积，C

优选的，所述剔除模块采用均方差法或滑差法剔除每个数据集内部的故障点数据和湍流点数据，且剔除时将某一数据集采集的数据全部剔除。

优选的，所述曲线生成模块内部集成有网络模块，用于将曲线生成模块构建的曲线图通过网络模块进行发送。

优选的，所述预存储模块、标准化模块、剔除模块、功率计算模块和曲线生成模块集成在一块开发板上。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明在采集发电机组的输出功率的同时，还采集包括风速在内的环境参数，并通过环境参数将风速、功率等进行同一大气压力下的标准化处理，并且剔除了风力发电机组中常见的故障点数据和湍流点数据，并且作为最终功率曲线的纵坐标的标准平均功率由计算得出的平均功率和实测的平均功率通过均化后得出的，让整个装置在获取功率曲线时误差更小，准确率更高。

附图说明

图1为本发明整体系统结构示意图。

图中：1环境测量模块、2功率采集模块、3预存储模块、4标准化模块、5剔除模块、6功率计算模块、7曲线生成模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

实施例：

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：

一种风力发电机组功率曲线获取装置，包括环境测量模块1、功率采集模块2、预存储模块3、标准化模块4、剔除模块5、功率计算模块6和曲线生成模块7，其中：

环境测量模块1，所述环境测量模块1和标准化模块3电性连接，用于采集包括的风速在内的风力发电机组所处的环境数据并发送至预存储模块3，所述环境测量模块1采集的环境参数包括风速、气温和气压，所述风速采用数字式的风速仪进行采集，所述气温和气压采用数字式的气温计和气压计进行采集，所述风速仪采用型号为JY-YL2的数字式风速仪，所述气温计采用基于DS18B20芯片构成的数字式气温计，所述气压计采用型号为LMF10的数字式气压计，所述预存储模块3、标准化模块4、剔除模块5、功率计算模块6和曲线生成模块7均基于微处理器构成嵌入式系统构成。

风速仪、气温计和气压计和预存储模块3的串口电性连接，将采集的数据发送至预存储模块3，所述功率采集模块2基于变频功率测试系统构成，并设置有数字式通讯串口，所述功率采集模块2通过串口和标准化模块3电性连接，用于采集风力发电机组的输出功率参数并发送至预存储模块3。

所述预存储模块3按照间隔时长同步采集并存储收到的环境数据和输出功率参数的原始数据，将一段时间段内采集的数据构成一组数据集，所述预存储模块3采集的间隔时长为0.5s，时间段的时长为10s，获取10min内的所有数据集，并计算出每组数据集的平均值，10min内将会获得60组数据集，1200组数据，每组数据集的样式为：

其中，M

式中，

所述预存储模块3的数据输出串口和标准化模块4的数据输入串口电性连接，用于将预存储模块3处理后的每组数据集内的数据按照标准大气空气密度进行标准化处理。

其中，所述标准化模块4在进行标准化处理时，首先根据每个数据集的温度和气压计算出实际的空气密度，计算公式为：

式中，B

式中，V

所述剔除模块5的数据输入串口和标准化模块4的数据输入串口电性连接，剔除每个标准化后的数据集内的每个故障点数据和湍流点数据，所述剔除模块5采用均方差法或滑差法剔除数据，且剔除时将某一数据集采集的数据全部剔除，其中是均方差法离均差平方和平均后的方根，均方差是方差的算术平方根。均方差法能反映一个数据集的离散程度，将较为离散的数据集剔除，滑插法通过得到滑差集得出方差阈值，根据方差阈值判断是否是异常数据，由于剔除模块5是根据标准化处理后的数据集的平均值进行剔除，但是在进行标准化处理和平均值计算的过程中，故障点数据和湍流点数据的异常范围已经被大大简化了，因此剔除模块5仅能够剔除异常数据范围较大的数据，保留足够多的数据点，让整个装置在获取功率曲线时误差更小，准确率更高。

所述功率计算模块6的数据输入端口和剔除模块5的数据输出端口电性连接，功率计算模块6以风速Δv做为间隔，所述功率计算模块6采用的风速间隔Δv＝0.2m/s，即范围为0m/s-0.2m/s、0.2m/s-0.4m/s、0.4m/s-0.6m/s，以此进行类推，根据每个数据集的平均风速来判断该数据集属于哪一个间隔内，根据标准化后的数据集环境数据计算每个间隔内的所有数据集的计算平均功率和每个数据集的实测平均功率，并根据计算平均功率实测平均功率计算标准平均功率。

其中，计算每个间隔内的所有数据集的标准平均功率公式为：

式中，P

式中，A为风力发电机的叶轮扫风面积，C

所述曲线生成模块7的数据输入端口和功率计算模块6的数据输出端口电性连接，曲线生成模块7用于以每个间隔内的中间的风速值和标准平均功率值分别为横、纵坐标建立风速值-风力发电机输出功率值坐标系，如第一个风速区间0m/s-0.2m/s的横坐标采用0.1m/s，纵坐标为P

将每个间隔内的平均风速值和该间隔内的标准平均功率值作为所述风速值-风力发电机输出功率值坐标系中的一个数据点作出，如第一个风速区间的坐标点即为(0.1，P

所述曲线生成模块7内部集成有网络模块，用于将曲线生成模块7构建的曲线图通过网络模块进行发送，所述网络模块和曲线生成模块7的通讯口电性连接，所述网络模块基于USR-W630构成，所述预存储模块3、标准化模块4、剔除模块5功率计算模块6和曲线生成模块7集成在一块开发板上，能够缩小整个装置的体积，配合网络模块能够将功率曲线获取装置安装在风力发电机组上，采用远程读取的方式获取生成的功率曲线，使用更加的简洁方便。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。