基于最优功率曲线的风电数字化智慧管理平台

技术领域

本公开总体说来涉及数据处理技术领域，更具体地讲，涉及一种基于最优功率曲线的风电数字化智慧管理平台。

背景技术

在风电机组的跟踪控制中，通常认为空气密度不变，但实际上风机在不同温度、海拔高度、气压和湿度等气象信息下的空气密度随时间波动。目前，在选择风电机组的控制策略时，仅根据风电场年平均空气密度来确定机组的功率曲线，很少考虑温度和湿度变化对风电机组出力(即输出功率)产生的影响，从而导致风电机组出力达不到设计的最优出力值，无法准确利用已有数据来管理风电机组，不利于风电机组的运行维护工作。

发明内容

本公开提供一种基于最优功率曲线的风电数字化智慧管理平台，考虑到了各个维度的气象信息对风电机组出力产生的影响，能够在此基础上有效确定风电机组的出力损耗状态，便于利用已有数据来管理风电机组。

在一个总的方面，提供一种基于最优功率曲线的风电数字化智慧管理平台，其特征在于，包括：曲线确定单元，被配置为获取风电机组的风机点位处的气象信息，并基于所述气象信息确定所述风电机组的最优功率曲线；出力确定单元，被配置为基于所述最优功率曲线，确定所述风电机组的出力设定值；差值确定单元，被配置为获取所述风电机组的上网出力值，并确定所述上网出力值与所述出力设定值的第一出力差值；偏移确定单元，被配置为确定所述第一出力差值与相应的第二出力差值的偏移系数，以基于所述偏移系数来确定所述风电机组的出力损耗状态，其中，所述第二出力差值为所述上网出力值与所述风电机组的电磁功率值之间的差值。

可选地，所述曲线确定单元被配置为：确定所述风电机组在标准温度下的理论最优功率曲线，其中，所述理论最优功率曲线通过仿真实验来预先得到；利用补偿系数对所述理论最优功率曲线进行修正处理，得到所述风电机组的最优功率曲线，其中，所述补偿系数基于所述气象信息来确定。

可选地，所述曲线确定单元还被配置为通过以下等式来确定所述补偿系数：

其中，A表示补偿系数；T

可选地，所述气象信息包括风资源信息，其中，所述出力确定单元被配置为：基于所述风资源信息，确定所述风电机组的一阶出力值；基于所述一阶出力值，确定所述风电机组在电气约束条件下的二阶出力值，并将所述二阶出力值作为所述出力设定值。

可选地，所述电气约束条件包括所述风电机组主回路电气部件的电压过载约束、电流过载约束和散热约束，其中，所述出力确定单元还被配置为：基于所述一阶出力值，分别确定所述风电机组在所述电压过载约束下的第一出力值、在所述电流过载约束下的第二出力值和在所述散热约束下的第三出力值；将所述第一出力值、所述第二出力值和所述第三出力值中的最小值确定为所述二阶出力值。

可选地，所述气象信息包括空气密度信息，其中，所述差值确定单元被配置为：将预设时长内的所述空气密度信息进行第一数据分仓，得到多个空气密度分区，并获取每个空气密度分区内各空气密度所对应风电机组的上网出力值；针对每个空气密度分区，将该空气密度分区内的所有上网出力值进行第二数据分仓，得到多个上网出力值分区；分别确定所述风电机组在每个空气密度分区下的各上网出力值与所述出力设定值的第一出力差值以及各上网出力值与所述电磁功率值的第二出力差值。

可选地，所述偏移确定单元被配置为：针对每个空气密度分区，基于该空气密度分区下的各上网出力值分区对应的第一出力差值与第二出力差值的比值之和，确定与该空气密度分区对应的偏移系数。

可选地，所述偏移确定单元还被配置为通过以下方式来确定与任一空气密度分区对应的偏移系数：分别计算所述任一空气密度分区下的各上网出力值分区对应的第一出力差值与第二出力差值的第一比值；计算所有第一比值之和与上网出力值分区的数量的第二比值，并将所述第二比值作为与所述任一空气密度分区对应的偏移系数。

可选地，所述偏移确定单元还被配置为通过以下等式来确定与任一空气密度分区对应的偏移系数：

其中，G(ρ

可选地，所述偏移确定单元还被配置为：针对每个空气密度分区，在所述偏移系数大于预设阈值的情况下，确定所述风电机组在该空气密度分区下的出力损耗状态为异常状态；在所述偏移系数小于或者等于所述预设阈值的情况下，确定所述风电机组在该空气密度分区下的出力损耗状态为正常状态。

根据本公开的实施例的基于最优功率曲线的风电数字化智慧管理平台，通过利用风机点位处的气象信息来确定风电机组的最优功率曲线，考虑到了各个维度的气象信息对风电机组出力产生的影响，并在此基础上通过实际出力损耗和理论出力损耗之间的偏移系数来有效地确定风电机组的出力损耗状态，便于利用已有数据来管理风电机组，有利于风电机组的运行维护工作。

将在接下来的描述中部分阐述本公开总体构思另外的方面和/或优点，还有一部分通过描述将是清楚的，或者可以经过本公开总体构思的实施而得知。

附图说明

通过下面结合示出实施例的附图进行的描述，本公开的实施例的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1是示出根据本公开的实施例的基于最优功率曲线的风电数字化智慧管理平台的框图。

具体实施方式

提供下面的具体实施方式以帮助读者获得对在此描述的方法、设备和/或系统的全面理解。然而，在理解本申请的公开之后，在此描述的方法、设备和/或系统的各种改变、修改和等同物将是清楚的。例如，在此描述的操作的顺序仅是示例，并且不限于在此阐述的那些顺序，而是除了必须以特定的顺序发生的操作之外，可如在理解本申请的公开之后将是清楚的那样被改变。此外，为了更加清楚和简明，本领域已知的特征的描述可被省略。

在此描述的特征可以以不同的形式来实现，而不应被解释为限于在此描述的示例。相反，已提供在此描述的示例，以仅示出实现在此描述的方法、设备和/或系统的许多可行方式中的一些可行方式，所述许多可行方式在理解本申请的公开之后将是清楚的。

除非另有定义，否则在此使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与由本公开所属领域的普通技术人员在理解本公开之后通常理解的含义相同的含义。除非在此明确地如此定义，否则术语(诸如，在通用词典中定义的术语)应被解释为具有与它们在相关领域的上下文和本公开中的含义一致的含义，并且不应被理想化或过于形式化地解释。

此外，在示例的描述中，当认为公知的相关结构或功能的详细描述将引起对本公开的模糊解释时，将省略这样的详细描述。

下面将参照图1对根据本公开的实施例的基于最优功率曲线的风电数字化智慧管理平台进行详细描述。

图1是示出根据本公开的实施例的基于最优功率曲线的风电数字化智慧管理平台的框图。

参照图1，风电数字化智慧管理平台100可包括曲线确定单元110、出力确定单元120、差值确定单元130和偏移确定单元140。这里，风电数字化智慧管理平台100可以为总的风电场设备管理平台、工作人员手持管理平台或其他能够利用风电场数据来管理风电机组的平台，本公开对此不做限制。

曲线确定单元110可获取风电机组的风机点位处的气象信息，并基于气象信息确定风电机组的最优功率曲线。这里，气象信息可以但不限于包括温度、湿度、气压、风速和风向等参数信息。

出力确定单元120可基于最优功率曲线，确定风电机组的出力设定值。

差值确定单元130可获取风电机组的上网出力值，并确定上网出力值与出力设定值的第一出力差值。

偏移确定单元140可确定第一出力差值与相应的第二出力差值的偏移系数，以基于偏移系数来确定风电机组的出力损耗状态。这里，第二出力差值为上网出力值与风电机组的电磁功率值之间的差值，电磁功率为电磁扭矩与发电机转速的乘积。进一步地，风电机组在运行过程中的发电机电磁扭矩和发电机转速可以通过各种方式进行测量，进而可以计算出风电机组的电磁功率；此外，风电机组的上网出力值也可以通过各种方式进行实际测量。

根据本公开的实施例，曲线确定单元110可确定风电机组在标准温度下的理论最优功率曲线；利用补偿系数对理论最优功率曲线进行修正处理，得到风电机组的最优功率曲线。这里，理论最优功率曲线可通过仿真实验来预先得到，补偿系数可基于气象信息来确定。进一步地，为了验证气象信息对风电机组最大功率跟踪的影响，假定气象信息发生变化，使得空气密度由标准空气密度增加到1.2倍标准空气密度，可分别进行下列两种情况的仿真：第一种情况为1.2倍标准空气密度，原有最大功率跟踪控制(即最大功率跟踪采用标准空气密度时的基于功率信号反馈方法)；第二种情况为1.2倍标准空气密度，利用补偿系数对理论最优功率曲线进行修正处理，采用考虑气候信息变化的最大功率跟踪控制。根据仿真结果，对比两种情况下风能利用系数和风机出力的特性曲线可知，第一种情况的风能利用系数较低，即考虑气象信息等环境因素变化的最大功率跟踪控制相比不考虑环境因素变化的情况可获得更大的机组出力。

根据本公开的实施例，曲线确定单元110还可通过以下等式(1)来确定补偿系数：

这里，A表示补偿系数；T

根据本公开的实施例，曲线确定单元110可利用补偿系数A分别乘以标准温度下的理论最优功率曲线中的各出力取值，得到风电机组基于气象信息确定的最优功率曲线。

由于每个机位点的气象信息不同，这会对各风电机组的上网出力(即上网功率或者并网功率)造成直接的影响。此外，每个机位点的风电机组的硬件所受环境的影响也不同，例如温度、湿度等，即，各风电机组的硬件在运行时的自身损耗也不同，这也会对风电机组的上网出力造成较大影响，进而导致风电机组在额定风速以上时的最大出力值也不同。因此，可通过对不同机位点的外部环境信息和内部电气信息的分析，最大化每个机位点的出力，通过闭环控制使整个风电场的出力时刻保持最优。换言之，可通过对风电场中任一风电机组进行载荷适应性分析，获得该任一风电机组在设计寿命内的最大出力值，该最大出力值同时需要满足该任一风电机组主回路上的电气部件的过载能力、散热能力的要求，将满足上述条件的在额定风速以上时的最大出力值作为闭环控制中的出力设定值，以保证该任一风电机组的上网出力值始终跟踪出力设定值，最大程度地提高风电机组的出力。

根据本公开的实施例，气象信息可以但不限于包括空气密度、环境温度、风速、海拨高度、风向、湍流强度和入流角等风资源信息，从而出力确定单元120可基于风资源信息，确定风电机组的一阶出力值；基于一阶出力值，确定风电机组在电气约束条件下的二阶出力值，并将二阶出力值作为出力设定值。这里，一阶出力值为通过载荷适应分析确定出的风电机组在设计寿命内的最大出力值，可利用各种方法来确定一阶出力值，例如利用Bladed仿真软件来确定，但本公开不限与此，还可通过Hawc2、Simpack、Fast等软件来仿真获取一阶出力值。

根据本公开的实施例，电气约束条件可包括风电机组主回路电气部件的电压过载约束、电流过载约束和散热约束，从而出力确定单元120还可基于一阶出力值，分别确定风电机组在电压过载约束下的第一出力值、在电流过载约束下的第二出力值和在散热约束下的第三出力值；将第一出力值、第二出力值和第三出力值中的最小值确定为二阶出力值。这里，风电机组主回路电气部件可以但不限于包括发电机主断路器、网侧断路器、熔断器、发电机侧电抗器、网侧电抗器、动力电缆等。

根据本公开的实施例，在确定第一出力值时，出力确定单元120可先将一阶出力值作为预设出力值，然后在风电机组的出力值为预设出力值时，确定电气部件的电压值是否小于电气部件的额定电压值；如果确定的电气部件的电压值小于电气部件的额定电压值，则将预设出力值确定为在电压过载约束下的第一出力值；如果确定的电气部件的电压值不小于电气部件的额定电压值，则将预设出力值与出力变化量作差，以更新预设出力值，并返回重新确定电气部件的电压值是否小于电气部件的额定电压值。

同理，在确定第二出力值时，出力确定单元120可先将一阶出力值作为预设出力值，然后在风电机组的出力值为预设出力值时，确定电气部件的电流值是否小于电气部件的额定电流值；如果确定的电气部件的电流值小于电气部件的额定电流值，则将预设出力值确定为在电流过载约束下的第二出力值；如果确定的电气部件的电流值不小于电气部件的额定电流值，则将预设出力值与出力变化量作差，以更新预设出力值，并返回重新确定电气部件的电流值是否小于电气部件的额定电流值。

同理，在确定第三出力值时，出力确定单元120可先将一阶出力值作为预设出力值，然后在风电机组的出力值为预设出力值时，确定电气部件在预定时间段内的温升值是否小于电气部件允许的最大温升值，这里，最大温升值与环境温度、散热方式及其散热期间功率有关；如果确定的电气部件的温升值小于电气部件允许的最大温升值，则将预设出力值确定为在散热约束下的第三出力值；如果确定的电气部件的温升值不小于电气部件允许的最大温升值，则将预设出力值与出力变化量作差，以更新预设出力值，并返回重新确定电气部件的温升值是否小于电气部件允许的最大温升值。

根据本公开的实施例，如上所述，气象信息可包括空气密度信息，从而差值确定单元140可将预设时长(例如但不限于是10分钟)内的空气密度信息进行第一数据分仓，得到多个空气密度分区，并获取每个空气密度分区内各空气密度所对应风电机组的上网出力值；针对每个空气密度分区，将该空气密度分区内的所有上网出力值进行第二数据分仓，得到多个上网出力值分区；分别确定风电机组在每个空气密度分区下的各上网出力值与出力设定值的第一出力差值以及各上网出力值与电磁功率值的第二出力差值。作为示例，可从最小空气密度至最大空气密度的密度范围，以第一预设步长为间隔来进行空气密度分仓，得到多个空气密度分区；以及，可从最小上网出力值至额定出力值的出力范围，以第二预设步长为间隔来进行出力分仓，得到多个上网出力值分区。通过数据分仓，考虑到了在不同空气密度分区下的不同上网出力值分区下的出力差值的差异，使得对风电机组的出力损耗状态判断更为精确。

根据本公开的实施例，第一出力差值为风电机组的实际出力损耗，第二出力差值为风电机组的理论出力损耗，表示了风电机组在运行过程中由于冷却散热、电气元部件自身消耗电能等而损失的能量，如果将理论出力损耗作为风机机组的实际出力损耗，来对风电机组的出力损耗状态进行判断，则无法区分不可测量的出力损耗的大小，由于风电机组的损耗具有随风电机组的运行工况和季节条件变化的特性，这将导致对风电机组出力损耗的确定不够精准。

根据本公开的实施例，偏移确定单元140可针对每个空气密度分区，基于该空气密度分区下的各上网出力值分区对应的第一出力差值与第二出力差值的比值之和，确定与该空气密度分区对应的偏移系数。这里，偏移确定单元140可通过以下方式来确定与任一空气密度分区对应的偏移系数：分别计算任一空气密度分区下的各上网出力值分区对应的第一出力差值与第二出力差值的第一比值；计算所有第一比值之和与上网出力值分区的数量的第二比值，并将第二比值作为与任一空气密度分区对应的偏移系数。进一步地，偏移确定单元140可通过以下等式(2)来确定与任一空气密度分区对应的偏移系数：

这里，G(ρ

根据本公开的实施例，偏移确定单元140还可针对每个空气密度分区，在偏移系数大于预设阈值的情况下，确定风电机组在该空气密度分区下的出力损耗状态为异常状态；在偏移系数小于或者等于预设阈值的情况下，确定风电机组在该空气密度分区下的出力损耗状态为正常状态。作为示例，当G(ρ

根据本公开的实施例，通过上述方式确定风电场中的所有风电机组的偏移系数，并针对所有风电机组按照偏移系数进行升序或降序排列，从而可确定出风电场中出力损耗状态最差或者最好的风电机组。

根据本公开的实施例的基于最优功率曲线的风电数字化智慧管理平台，通过利用风机点位处的气象信息来确定风电机组的最优功率曲线，考虑到了各个维度的气象信息对风电机组出力产生的影响，并在此基础上通过实际出力损耗和理论出力损耗之间的偏移系数来有效地确定风电机组的出力损耗状态，便于利用已有数据来管理风电机组，有利于风电机组的运行维护工作。

虽然已表示和描述了本公开的一些实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本公开的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改。