湍流強度對風力發電機組輸出功率影響的確定方法及裝置與流程
2024-04-13 04:00:05 2
1.本公開總體說來涉及風力發電技術領域，更具體地講，涉及一種湍流強度對風力發電機組輸出功率影響的確定方法及裝置。
背景技術：
2.湍流是風電場風況的重要特徵，它影響機組對風能的利用，對機組的輸出功率性能及安全穩定性有重要影響。仿真結果顯示，小風速下湍流對機組的功率輸出是正貢獻，大風速下湍流對機組的功率輸出是負貢獻。在實際應用中，在高風速段，湍流強度不同是導致機組滿發風速差異和滿發前風速段功率差異的主要原因，湍流強度越大，滿發風速越大，滿發前風速段功率越低。
技術實現要素：
3.本公開的示例性實施例在於提供一種湍流強度對風力發電機組輸出功率影響的確定方法及裝置，其能夠便捷、實時、準確地確定湍流強度對風力發電機組輸出功率的影響程度。
4.根據本公開的一方面，提供一種湍流強度對風力發電機組輸出功率影響的確定方法，所述確定方法包括：獲取風力發電機組的多條運行數據，其中，每條運行數據包括所述風力發電機組在預設時長內的湍流值、功率值、風速值；對獲取的多條運行數據進行風速分倉，以得到每個風速段下的運行數據；針對每個風速段，基於所述風速段下的運行數據，確定在所述風速段下湍流強度對所述風力發電機組功率的影響程度。
5.可選地，所述對獲取的多條運行數據進行風速分倉，以得到每個風速段下的運行數據，包括：對獲取的多條運行數據進行湍流分倉，以得到每個湍流區間下的運行數據；對每個湍流區間下的運行數據進行風速分倉，以得到每個風速段下的每個湍流區間下的各個功率值，其中，第i個風速段下的第j個湍流區間下的各個功率值包括：風速值處於第i個風速段且湍流值處於第j個湍流區間的各條運行數據的功率值，其中，i為大於0且小於或等於風速段總數量的整數，j為大於0且小於或等於湍流區間總數量的整數。
6.可選地，所述針對每個風速段，基於所述風速段下的運行數據，確定在所述風速段下湍流強度對所述風力發電機組功率的影響程度，包括：針對每個風速段，基於所述風速段下不同湍流區間下的功率值之間的差異，確定在所述風速段下湍流強度對所述風力發電機組功率的影響程度。
7.可選地，所述針對每個風速段，基於所述風速段下不同湍流區間下的功率值之間的差異，確定在所述風速段下湍流強度對所述風力發電機組功率的影響程度，包括：針對第i個風速段，對第i個風速段下的第j個湍流區間下的各個功率值計算平均，得到第i個風速段下的第j個湍流區間的功率均值；根據第i個風速段下的各個湍流區間的功率均值的離散程度，確定在第i個風速段下湍流強度對所述風力發電機組功率的影響程度，其中，離散程度越高，湍流強度對所述風力發電機組功率的影響程度越高。
8.可選地，所述根據第i個風速段下的各個湍流區間的功率均值的離散程度，確定在第i個風速段下湍流強度對所述風力發電機組功率的影響程度，包括：確定第i個風速段下的各個湍流區間的功率均值的離散程度統計值所屬的數值區間；將第i個風速段下湍流強度對所述風力發電機組功率的影響等級確定為：確定的數值區間所對應的影響等級，其中，不同的影響等級對應不同的離散程度統計值區間；影響等級越高，所對應的離散程度統計值區間的最小值越大。
9.可選地，所述離散程度統計值為標準差和/或方差。
10.可選地，所述風力發電機組在預設時長內的湍流值為：所述風力發電機組在預設時長內的風速標準差與風速平均值之間的比值。
11.可選地，所述確定方法還包括：當在超過預設數量的風速段下湍流強度對所述風力發電機組功率的影響等級超過預設等級時，調整所述風力發電機組的控制參數；和/或，當在超過預設數量的風速段下湍流強度對所述風力發電機組功率的影響等級超過預設等級時，觸發關於湍流對所述風力發電機組安全穩定性影響的湍流安全預警。
12.根據本公開的另一方面，提供一種湍流強度對風力發電機組輸出功率影響的確定裝置，所述確定裝置包括：數據獲取單元，被配置為獲取風力發電機組的多條運行數據，其中，每條運行數據包括所述風力發電機組在預設時長內的湍流值、功率值、風速值；數據分倉單元，被配置為對獲取的多條運行數據進行風速分倉，以得到每個風速段下的運行數據；影響程度確定單元，被配置為針對每個風速段，基於所述風速段下的運行數據，確定在所述風速段下湍流強度對所述風力發電機組功率的影響程度。
13.可選地，數據分倉單元被配置為對獲取的多條運行數據進行湍流分倉，以得到每個湍流區間下的運行數據；並對每個湍流區間下的運行數據進行風速分倉，以得到每個風速段下的每個湍流區間下的各個功率值，其中，第i個風速段下的第j個湍流區間下的各個功率值包括：風速值處於第i個風速段且湍流值處於第j個湍流區間的各條運行數據的功率值，其中，i為大於0且小於或等於風速段總數量的整數，j為大於0且小於或等於湍流區間總數量的整數。
14.可選地，影響程度確定單元被配置為針對每個風速段，基於所述風速段下不同湍流區間下的功率值之間的差異，確定在所述風速段下湍流強度對所述風力發電機組功率的影響程度。
15.可選地，影響程度確定單元被配置為針對第i個風速段，對第i個風速段下的第j個湍流區間下的各個功率值計算平均，得到第i個風速段下的第j個湍流區間的功率均值；並根據第i個風速段下的各個湍流區間的功率均值的離散程度，確定在第i個風速段下湍流強度對所述風力發電機組功率的影響程度，其中，離散程度越高，湍流強度對所述風力發電機組功率的影響程度越高。
16.可選地，影響程度確定單元被配置為確定第i個風速段下的各個湍流區間的功率均值的離散程度統計值所屬的數值區間；並將第i個風速段下湍流強度對所述風力發電機組功率的影響等級確定為：確定的數值區間所對應的影響等級，其中，不同的影響等級對應不同的離散程度統計值區間；影響等級越高，所對應的離散程度統計值區間的最小值越大。
17.可選地，所述離散程度統計值為標準差和/或方差。
18.可選地，所述風力發電機組在預設時長內的湍流值為：所述風力發電機組在預設
時長內的風速標準差與風速平均值之間的比值。
19.可選地，所述確定裝置還包括：參數調整單元，被配置為當在超過預設數量的風速段下湍流強度對所述風力發電機組功率的影響等級超過預設等級時，調整所述風力發電機組的控制參數；和/或，預警單元，被配置為當在超過預設數量的風速段下湍流強度對所述風力發電機組功率的影響等級超過預設等級時，觸發關於湍流對所述風力發電機組安全穩定性影響的湍流安全預警。
20.根據本公開的另一方面，提供一種存儲有電腦程式的計算機可讀存儲介質，當所述電腦程式被處理器執行時，促使所述處理器執行如上所述的湍流強度對風力發電機組輸出功率影響的確定方法。
21.根據本公開的另一方面，提供一種電子設備，所述電子設備包括：處理器；存儲器，存儲有電腦程式，當所述電腦程式被處理器執行時，促使所述處理器執行如上所述的湍流強度對風力發電機組輸出功率影響的確定方法。
22.根據本公開示例性實施例的湍流強度對風力發電機組輸出功率影響的確定方法及裝置，基於風力發電機組不同風速段下的運行數據，確定湍流強度對風力發電機組輸出功率的影響程度，僅通過分析運行數據就可以確定不同湍流強度對機組不同功率段的輸出的影響程度，從而能夠便捷、實時、準確地確定湍流強度對風力發電機組輸出功率的影響程度。
23.將在接下來的描述中部分闡述本公開總體構思另外的方面和/或優點，還有一部分通過描述將是清楚的，或者可以經過本公開總體構思的實施而得知。
附圖說明
24.通過下面結合示例性地示出實施例的附圖進行的描述，本公開示例性實施例的上述和其他目的和特點將會變得更加清楚，其中：
25.圖1示出根據本公開的示例性實施例的湍流強度對風力發電機組輸出功率影響的確定方法的流程圖；
26.圖2示出根據本公開的示例性實施例的不同湍流區間下風速-功率散點分布圖的示例；
27.圖3示出根據本公開的示例性實施例的不同湍流區間下風速-功率曲線的示例；
28.圖4示出根據本公開的示例性實施例的湍流強度對風力發電機組輸出功率影響的確定裝置的結構框圖。
具體實施方式
29.現將詳細參照本公開的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中，相同的標號始終指的是相同的部件。以下將通過參照附圖來說明所述實施例，以便解釋本公開。
30.圖1示出根據本公開的示例性實施例的湍流強度對風力發電機組輸出功率影響的確定方法的流程圖。
31.參照圖1，在步驟s10，獲取風力發電機組的多條運行數據。
32.每條運行數據包括所述風力發電機組在預設時長內的湍流值(也即，所述風力發電機組的環境湍流值)、功率值、風速值(也即，所述風力發電機組的環境風速值)。
33.作為示例，所述風力發電機組在預設時長內的功率值可為：所述風力發電機組在預設時長內的功率值的平均值。
34.作為示例，所述風力發電機組在預設時長內的風速值可為：所述風力發電機組在預設時長內的風速值的平均值。
35.作為示例，所述風力發電機組在預設時長內的湍流值可為：所述風力發電機組在預設時長內的風速標準差與風速平均值之間的比值。
36.作為示例，所述預設時長的長度可為10min。應該理解，可根據實際情況和需求設置所述預設時長的長度，本公開對此不作限制。
37.作為示例，可獲取所述風力發電機組一段時間內的實時運行數據，包括所述風力發電機組的多條瞬時運行數據，每條瞬時運行數據對應一個時間點，每條瞬時運行數據可包括：該條瞬時運行數據的可用狀態、功率、風速。例如，可用狀態為1的瞬時運行數據為機組正常運行時的數據，可用狀態為0的瞬時運行數據為機組故障、停機、限功率等異常運行時的數據。
38.作為示例，可按照每條瞬時運行數據的時間戳將所有瞬時運行數據轉換成10min(即，上述所提及的預設時長)數據，即，每10min內的瞬時運行數據構成1個10min數據；可計算每個10min數據內瞬時運行數據的總條數、每個10min數據內可用狀態為1的瞬時運行數據的總條數，並計算每個10min數據內可用狀態為1的瞬時運行數據總條數佔10min數據內瞬時運行數據的總條數的佔比，然後，剔除佔比低於90％的10min數據，完成10min數據篩選。接下來，針對篩選出的每個10min數據，基於該10min數據所包括的多條瞬時運行數據的功率值和風速值，計算得到該10min數據的湍流值、功率值、風速值，並且，每個10min數據的湍流值、功率值、風速值構成步驟s10中所述的一條運行數據。具體說來，可將該10min數據所包括的多條瞬時運行數據的風速值的平均值，作為該10min數據的風速值；可將該10min數據所包括的多條瞬時運行數據的功率值的平均值，作為該10min數據的功率值；可將該10min數據所包括的多條瞬時運行數據的風速值的標準差與該10min數據所包括的多條瞬時運行數據的風速值的平均值之間的比值，作為該10min數據的湍流值。
39.在步驟s20，對獲取的多條運行數據進行風速分倉，以得到每個風速段下的運行數據。
40.作為示例，可先對獲取的多條運行數據進行湍流分倉，以得到每個湍流區間下的運行數據；然後，對每個湍流區間下的運行數據進行風速分倉，以得到每個風速段下的每個湍流區間下的各個功率值。
41.作為示例，可針對每條運行數據，將其劃分到其湍流值所屬的湍流區間下，以實現湍流分倉。
42.具體說來，第i個風速段下的第j個湍流區間下的各個功率值包括：風速值處於第i個風速段且湍流值處於第j個湍流區間的各條運行數據的功率值。i為大於0且小於或等於風速段總數量的整數，j為大於0且小於或等於湍流區間總數量的整數。
43.應該理解，湍流區間可按照適當的方式進行劃分得到，本公開對此不作限制。作為示例，各個湍流區間(也即，湍流倉)可包括：(0-0.1]、(0.1-0.13]、(0.13-0.16]、(0.16-0.2]、(0.2-inf)。
44.應該理解，風速段可按照適當的方式進行劃分得到，本公開對此不作限制。作為示
例，各個風速段(也即，風速倉)可通過按照預設步長(例如，0.5m/s)劃分預設風速範圍來得到。
45.此外，作為示例，可先對獲取的多條運行數據進行風速分倉，以得到每個風速段下的運行數據；然後，對每個風速段下的運行數據進行湍流分倉，以得到每個風速段下的每個湍流區間下的各個功率值。
46.作為示例，可針對每條運行數據，將其劃分到其風速值所屬的風速段下，以實現風速分倉。
47.在步驟s30，針對每個風速段，基於所述風速段下的運行數據，確定在所述風速段下湍流強度對所述風力發電機組功率的影響程度。
48.本公開考慮到，在風力發電機組的運行過程中，湍流時時刻刻存在，每一個功率輸出點均對應一個湍流點，機組實際的功率曲線則是由多個不同湍流強度的風速-功率點平均計算得來的。基於此，本公開提出採用數據分析的方法，識別出不同的湍流大小，然後分析各湍流強度下的機組風速-功率表現，通過橫向對比不同湍流強度下的風速-功率差異，來評估出不同湍流大小對機組功率輸出的影響程度。
49.作為示例，可針對每個風速段，基於所述風速段下，不同湍流區間下的功率值之間的差異，確定在所述風速段下湍流強度對所述風力發電機組功率的影響程度。作為示例，在每個風速段下，不同湍流區間下的功率值之間的差異越大，在所述風速段下湍流強度對所述風力發電機組功率的影響程度越高。
50.進一步地，作為示例，可針對每個風速段，對該風速段下的每個湍流區間下的各個功率值計算平均，得到該風速段下的該湍流區間的功率均值；然後，根據該風速段下的各個湍流區間的功率均值的離散程度，確定在該風速段下湍流強度對所述風力發電機組功率的影響程度。作為示例，離散程度越高，湍流強度對所述風力發電機組功率的影響程度越高。
51.具體地，針對第i個風速段，對第i個風速段下的第j個湍流區間下的各個功率值計算平均，得到第i個風速段下的第j個湍流區間的功率均值；根據第i個風速段下的各個湍流區間的功率均值的離散程度，確定在第i個風速段下湍流強度對所述風力發電機組功率的影響程度。
52.作為示例，針對每個風速段，可確定該風速段下的各個湍流區間的功率均值的離散程度統計值所屬的數值區間；然後，將該風速段下湍流強度對所述風力發電機組功率的影響等級確定為：確定的數值區間所對應的影響等級。不同的影響等級對應不同的離散程度統計值區間；影響等級越高，所對應的離散程度統計值區間的最小值越大。
53.具體地，確定第i個風速段下的各個湍流區間的功率均值的離散程度統計值所屬的數值區間；並將第i個風速段下湍流強度對所述風力發電機組功率的影響等級確定為：確定的數值區間所對應的影響等級。
54.應該理解，可根據實際情況及需求來劃分不同的影響等級及每個影響等級所對應的離散程度統計值區間。
55.第i個風速段下的各個湍流區間的功率均值的離散程度統計值即：對第i個風速段下的各個湍流區間的功率均值的離散程度進行統計得到的統計值。作為示例，所述離散程度統計值可為標準差和/或方差。
56.作為示例，首先，可以湍流大小為基準，按照(0-0.1]、(0.1-0.13]、(0.13-0.16]、
(0.16-0.2]、(0.2-inf)區間對獲取的多條運行數據進行分倉，在按照湍流分倉後，繪製如圖2所示的不同湍流倉下的風速-功率散點分布圖，圖中不同標識的數據點屬於不同的湍流倉。然後，可針對每個湍流倉下的風速-功率數據點，以風速為基準進行分倉，步長0.5m/s，並對每個風速段下的每個湍流區間下的各個數據點的功率值求平均，可得到如圖3所示的不同湍流強度下的風速-功率曲線。
57.作為示例，可對比相同風速段下，不同湍流區間的功率均值(例如，如表1所示)的差異，以量化湍流強度對功率輸出的影響程度。作為示例，針對2.5m/s-3m/s這一風速段，可計算各個湍流區間的功率均值(即，p11、p12、p13、p14、p15)的標準差和/或方差，並根據計算的標準差和/或方差的值，確定在2.5m/s-3m/s這一風速段下，湍流強度對所述風力發電機組功率的影響程度，其中，標準差和/或方差的值越大，在2.5m/s-3m/s這一風速段下，湍流強度對所述風力發電機組功率的影響程度越高。相應地，針對3m/s-3.5m/s這一風速段，可計算各個湍流區間的功率均值(即，p21、p22、p23、p24、p25)的標準差和/或方差，並根據計算的標準差和/或方差的值，確定在3m/s-3.5m/s這一風速段下，湍流強度對所述風力發電機組功率的影響程度。其他風速段與上述風速段的處理類似，在此不再贅述。
58.表1每個風速段下各個湍流區間的功率均值
[0059][0060][0061]
當識別出湍流強度對風力發電機組輸出功率影響較大(例如，高風速段下湍流強度對風力發電機組輸出功率影響較大或超過預設數量的風速段下湍流強度對風力發電機組輸出功率影響較大)時，可針對風力發電機組進行預警和/或控制，以對風力發電機組進行重點關注，充分利用湍流能量並降低湍流對風力發電機組安全穩定性的影響。例如，高風速段可為最低風速值不低於預設風速閾值的風速段。
[0062]
作為示例，根據本公開的示例性實施例的湍流強度對風力發電機組輸出功率影響的確定方法還可包括：當在超過預設數量的風速段下湍流強度對所述風力發電機組功率的
影響等級超過預設等級時(也即，影響等級超過預設等級的風速段的數量超過預設數量時)，調整所述風力發電機組的控制參數，以充分利用湍流能量並降低湍流對所述風力發電機組安全穩定性的影響；和/或，當在超過預設數量的風速段下湍流強度對所述風力發電機組功率的影響等級超過預設等級時，觸發關於湍流對所述風力發電機組安全穩定性影響的湍流安全預警。
[0063]
作為示例，可通過生成並派發指示湍流對所述風力發電機組安全穩定性影響的預警工單來實現湍流安全預警，以便提醒重點關注湍流對所述風力發電機組安全穩定性的影響。
[0064]
根據本公開的示例性實施例的湍流強度對風力發電機組輸出功率影響的確定方法，可有效判定湍流強度對風力發電機組輸出功率的影響程度，從而能夠有效指導機組問題分析人員對機組湍流重點關注；該方法可應用在風電集控預警系統中，通過對實時數據進行分析，觸發湍流安全預警；使用該方法，可批量對已運行機組的運行數據進行大數據分析，識別出湍流強度對輸出功率影響較大的風力發電機組，輸入研發設計端進行策略優化改進，提高機組的安全性穩定性並使機組能夠有效利用湍流能量；使用該方法，可識別出存在湍流大功率低的機位點，用於後續分析。
[0065]
圖4示出根據本公開的示例性實施例的湍流強度對風力發電機組輸出功率影響的確定裝置的結構框圖。
[0066]
如圖4所示，根據本公開的示例性實施例的湍流強度對風力發電機組輸出功率影響的確定裝置包括：數據獲取單元10、數據分倉單元20、影響程度確定單元30。
[0067]
具體說來，數據獲取單元10被配置為獲取風力發電機組的多條運行數據，其中，每條運行數據包括所述風力發電機組在預設時長內的湍流值、功率值、風速值。
[0068]
數據分倉單元20被配置為對獲取的多條運行數據進行風速分倉，以得到每個風速段下的運行數據。
[0069]
影響程度確定單元30被配置為針對每個風速段，基於所述風速段下的運行數據，確定在所述風速段下湍流強度對所述風力發電機組功率的影響程度。
[0070]
作為示例，數據分倉單元20可被配置為對獲取的多條運行數據進行湍流分倉，以得到每個湍流區間下的運行數據；並對每個湍流區間下的運行數據進行風速分倉，以得到每個風速段下的每個湍流區間下的各個功率值，其中，第i個風速段下的第j個湍流區間下的各個功率值包括：風速值處於第i個風速段且湍流值處於第j個湍流區間的各條運行數據的功率值，其中，i為大於0且小於或等於風速段總數量的整數，j為大於0且小於或等於湍流區間總數量的整數。
[0071]
作為示例，影響程度確定單元30可被配置為針對每個風速段，基於所述風速段下不同湍流區間下的功率值之間的差異，確定在所述風速段下湍流強度對所述風力發電機組功率的影響程度。
[0072]
作為示例，影響程度確定單元30可被配置為針對第i個風速段，對第i個風速段下的第j個湍流區間下的各個功率值計算平均，得到第i個風速段下的第j個湍流區間的功率均值；並根據第i個風速段下的各個湍流區間的功率均值的離散程度，確定在第i個風速段下湍流強度對所述風力發電機組功率的影響程度，其中，離散程度越高，湍流強度對所述風力發電機組功率的影響程度越高。
[0073]
作為示例，影響程度確定單元30可被配置為確定第i個風速段下的各個湍流區間的功率均值的離散程度統計值所屬的數值區間；並將第i個風速段下湍流強度對所述風力發電機組功率的影響等級確定為：確定的數值區間所對應的影響等級，其中，不同的影響等級對應不同的離散程度統計值區間；影響等級越高，所對應的離散程度統計值區間的最小值越大。
[0074]
作為示例，所述離散程度統計值可為標準差和/或方差。
[0075]
作為示例，所述風力發電機組在預設時長內的湍流值可為：所述風力發電機組在預設時長內的風速標準差與風速平均值之間的比值。
[0076]
作為示例，根據本公開的示例性實施例的湍流強度對風力發電機組輸出功率影響的確定裝置還可包括：參數調整單元(未示出)和/或預警單元(未示出)。
[0077]
具體說來，參數調整單元被配置為當在超過預設數量的風速段下湍流強度對所述風力發電機組功率的影響等級超過預設等級時，調整所述風力發電機組的控制參數。
[0078]
預警單元被配置為當在超過預設數量的風速段下湍流強度對所述風力發電機組功率的影響等級超過預設等級時，觸發關於湍流對所述風力發電機組安全穩定性影響的湍流安全預警。
[0079]
應該理解，根據本公開示例性實施例的湍流強度對風力發電機組輸出功率影響的確定裝置所執行的具體處理已經參照圖1至圖3進行了詳細描述，這裡將不再贅述相關細節。
[0080]
應該理解，根據本公開示例性實施例的湍流強度對風力發電機組輸出功率影響的確定裝置中的各個單元可被實現硬體組件和/或軟體組件。本領域技術人員根據限定的各個單元所執行的處理，可以例如使用現場可編程門陣列(fpga)或專用集成電路(asic)來實現各個單元。
[0081]
本公開的示例性實施例提供一種存儲有電腦程式的計算機可讀存儲介質，當所述電腦程式被處理器執行時，促使所述處理器執行如上述示例性實施例所述的湍流強度對風力發電機組輸出功率影響的確定方法。該計算機可讀存儲介質是可存儲由計算機系統讀出的數據的任意數據存儲裝置。計算機可讀存儲介質的示例包括：只讀存儲器、隨機存取存儲器、只讀光碟、磁帶、軟盤、光數據存儲裝置和載波(諸如經有線或無線傳輸路徑通過網際網路的數據傳輸)。
[0082]
根據本公開的示例性實施例的電子設備包括：處理器(未示出)和存儲器(未示出)，其中，存儲器存儲有電腦程式，當所述電腦程式被處理器執行時，促使所述處理器執行如上述示例性實施例所述的湍流強度對風力發電機組輸出功率影響的確定方法。作為示例，所述電子設備可為風力發電機組的控制器或風電場的控制器。
[0083]
雖然已表示和描述了本公開的一些示例性實施例，但本領域技術人員應該理解，在不脫離由權利要求及其等同物限定其範圍的本公開的原理和精神的情況下，可以對這些實施例進行修改。