一种确定风电机组机舱真实风速的方法、系统及存储介质

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种确定风电机组机舱真实风速的方法、系统及存储介质。

背景技术

风力发电设备机舱顶部装有风速计，但是这个位置与风力发电机组风轮中心较近，所以在理想测量位置和实际测量位置之间周围地形和障碍物引起的风畸变较小，但是，风轮和机舱使风严重畸变。因此需要量化这种畸变。机舱风速传递函数(NTF)可以描述这一畸变。

然而，标准《GB/T33225-2016风力发电机组基于机舱风速计法的功率特性测试》中机舱传递函数测量比较复杂，而且不确定性情况较多，在实际运用中由于测量分析过程专业性较强，影响风电场机舱真实风速的确定，无法满足企业快速、低成本的机组后评估需求。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供的一种确定风电机组机舱真实风速的方法、系统及存储介质，以至少解决采用现有方案来确定机舱真实风速，专业性较强，操作复杂，无法满足企业快速、低成本的机组后评估需求的技术问题。

为了实现上述目的，本发明通过如下技术方案来实现：

本发明的第一方面，提供一种确定风电机组机舱真实风速的方法，包括如下步骤：

采集风电机组SCADA风速数据、SCADA功率数据、中尺度风速数据和风机位置指定时刻的多年平均空气密度；所述SCADA风速数据至少包括当前年度指定时刻的SCADA风速和/或往年同时刻的SCADA风速，所述中尺度风速数据至少包括当前年度指定时刻的中尺度风速和/或同时刻中尺度多年平均风速；

基于采集的SCADA风速数据和中尺度风速数据，构建风速过程传递函数；

基于风速过程传递函数和SCADA功率数据，计算风能利用系数；

基于风能利用系数和理论设计风能利用系数，确定实际风能利用系数；

基于风机实际风能利用系数及指定时刻的多年平均空气密度，确定当前年度指定时刻的机舱真实风速。

可选地，所述基于风速过程传递函数和SCADA功率数据，计算风能利用系数，包括：

基于风速过程传递函数计算出机舱真实风速v′，并将机舱真实风速v′和SCADA功率数据P代入以下公式以计算风能利用系数C′

其中，ρ是风机位置指定时刻的多年平均空气密度，r是风机风轮半径。

可选地，所述基于风机实际风能利用系数及指定时刻的多年平均空气密度，确定当前年度指定时刻的机舱真实风速，包括：

将风机实际风能利用系数C

可选地，所述指定时刻至少包括当前年度指定日内各整点时刻。

本发明的第二方面，提供一种确定风力发电机组机舱真实风速的系统，包括：

数据采集模块，用于采集风电机组SCADA风速数据、SCADA功率数据、中尺度风速数据和风机位置指定时刻的多年平均空气密度；所述SCADA风速数据至少包括当前年度指定时刻的SCADA风速和/或往年同时刻的SCADA风速，所述中尺度风速数据至少包括当前年度指定时刻的中尺度风速和/或同时刻中尺度多年平均风速；

数据处理模块，用于基于采集的SCADA风速数据和中尺度风速数据，构建风速过程传递函数；基于风速过程传递函数和SCADA功率数据，计算风能利用系数；基于风能利用系数和理论设计风能利用系数，确定实际风能利用系数；基于风机实际风能利用系数及指定时刻的多年平均空气密度，确定当前年度指定时刻的机舱真实风速。

本发明的第三方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有信息传递的实现程序，所述程序被处理器执行时实现如上述任一项所述的一种确定风电机组机舱真实风速的方法的步骤。

由上述技术方案可知，本发明的有益效果：

本发明提供的一种确定风电机组机舱真实风速的方法，包括如下步骤：采集风电机组SCADA风速数据、SCADA功率数据、中尺度风速数据和风机位置指定时刻的多年平均空气密度；所述SCADA风速数据至少包括当前年度指定时刻的SCADA风速和/或往年同时刻的SCADA风速，所述中尺度风速数据至少包括当前年度指定时刻的中尺度风速和/或同时刻中尺度多年平均风速；基于采集的SCADA风速数据和中尺度风速数据，构建风速过程传递函数；基于风速过程传递函数和SCADA功率数据，计算风能利用系数；基于风能利用系数和理论设计风能利用系数，确定实际风能利用系数；基于风机实际风能利用系数及指定时刻的多年平均空气密度，确定当前年度当日指定时刻的机舱真实风速。本发明结合中尺度风速和实际功率通过功率利用系数数学物理关系推导计算机舱真实风速，采用该方法确定的真实风速与测量风速整体相关性较高，均方根误差较小，可以作为工程化的真实风速推导方法进行分析使用。本发明还提供确定风电机组机舱真实风速的系统，及存储有实现机舱真实风速确定方法步骤的计算机可读存储介质。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为机组标准空气密度下功率系数设计曲线图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明提供的一种确定风电机组机舱真实风速的方法，包括如下步骤：

步骤1，采集风电机组SCADA风速数据、SCADA功率数据、中尺度风速数据和风机位置指定时刻(既可以是整点时刻，也可以是半点时刻，或者其他时刻，本申请以整点时刻为例)的多年平均空气密度；对需要进行风速还原的各风电机组SCADA风速、SCADA功率和中尺度风速进行分析处理，并按整点时刻将风速和功率数据进行分类存放；所述SCADA风速数据至少包括当前年度指定时刻的SCADA风速和/或往年同时刻的SCADA风速，所述中尺度风速数据至少包括当前年度指定时刻的中尺度风速和/或同时刻中尺度多年平均风速；

具体地，中尺度风速数据包括V

步骤2，按照整点进行每小时平均整理，对每个整点时刻的各风速数据进行分析处理，构建风速过程传递函数v′

步骤3，利用步骤2的风速过程传递函数计算出真实风速v′，将v′和SCADA功率带入公式

步骤4，将步骤3计算的C′

步骤5，将步骤4计算出的风机实际风能利用系数C

计算出当前年度当日各时刻最终的真实风速。

步骤6，将本方法采用python进行程序化处理形成模块。

本发明从风电场实际运行情况出发，充分考虑降低不确定性，考虑不需要进行现场测试并且保证还原风速的准确性的基础上而提出，并进行了充分论证。解决风电场后评估中机舱风速的还原问题。本发明结合中尺度风速和实际功率通过功率利用系数数学物理关系推导计算机舱真实风速，采用该方法确定的真实风速与测量风速整体相关性较高，均方根误差较小，可以作为工程化的真实风速推导方法进行分析使用。

一个实施例，以某风电场为例，对该风电场1#机组2018年6月进行机舱真实风速的计算，并且结合1#机舱真实风速的实际测风数据进行分析；

1)收集2018年6月机组位置处中尺度风速v

2)整理1#机组2018年6月机组测量风速和功率，取小时平均，并按不同日期同一整点进行分类存放，机组测量风速v

3)收集机组标准空气密度下功率系数设计曲线，如图1所示；

4)推导构建各整点的过程风速传递函数v′

5)计算出真实风速计算值v′

6)求出各时刻的C′

7)结合理论功率系数设计曲线，修正C

8)计算修正后风速v

9)与实际测量风速进行相关性和均方根误差分析，结果如下表:

上表中相关系数整体平均值为0.881，均方根误差为0.856。采用该方法确定的真实风速与测量风速整体相关性(皮尔逊相关系数0.881)较高，均方根误差(0.856m/s)较小，可以作为工程化的真实风速推导方法进行分析使用。

基于上述一种确定风电机组机舱真实风速的方法，本发明还提供一种确定风力发电机组机舱真实风速的系统，包括：

数据采集模块，用于采集风电机组SCADA风速数据、SCADA功率数据、中尺度风速数据和风机位置指定时刻的多年平均空气密度；所述SCADA风速数据至少包括当前年度指定时刻的SCADA风速和/或往年同时刻的SCADA风速，所述中尺度风速数据至少包括当前年度指定时刻的中尺度风速和/或同时刻中尺度多年平均风速；

数据处理模块，用于基于采集的SCADA风速数据和中尺度风速数据，构建风速过程传递函数；基于风速过程传递函数和SCADA功率数据，计算风能利用系数；基于风能利用系数和理论设计风能利用系数，确定实际风能利用系数；基于风机实际风能利用系数及指定时刻的多年平均空气密度，确定当前年度指定时刻的机舱真实风速。

基于上述一种确定风电机组机舱真实风速的方法，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有信息传递的实现程序，所述程序被处理器执行时实现如上述任一项所述的一种确定风电机组机舱真实风速的方法的步骤。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。