风电机组功率曲线的计算方法及装置与流程

本发明涉及风力发电技术领域，特别是涉及一种风电机组功率曲线的计算方法及装置。

背景技术：

随着风电行业的快速发展，变速恒频双馈风电机组已成为目前风电行业发展的主流设备。风力发电机组的功率曲线一般用来衡量风电机组的经济技术水平，考核风电机组性能，评估风电机组发电能力。因此，功率曲线的准确性和可靠性是基础和关键。

在风电场前期设计中，风电场开发商、设计院、第三方咨询机构无法获得或更新多个设备厂家、多种风电机组的特定空气密度下的功率曲线，进而不能够准确评估风电场发电量，严重影响项目可研设计和评估。

针对某双馈风电机组，寻求快速准确的功率曲线计算方法，旨在提高风资源评估过程中风电机组发电量计算的准确性，为特定风电场批量建立功率曲线数据库，解决前期评估中的数据资料难题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种风电机组功率曲线的计算方法及装置，通过对实测风速数据的折算，可提高风资源评估过程中风电机组发电量计算的准确性。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种风电机组功率曲线的计算方法，所述方法包括：根据风场采集到的空气密度，对采集到的风速数据进行区分数值区域的折算；根据折算后的风速数据与发电量之间的对应关系，绘制动态功率曲线。

在一些实施方式中，根据风场采集到的空气密度，对采集到的风速数据进行区分数值区域的折算，包括：根据预先确定的数值区域临界点，将风速数据的取值区间划分为多个不同的数值区域；对不同的数值区域，应用不同的折算函数，对风速数据进行折算。

在一些实施方式中，所述数值区域临界点包括：中值区域上限临界点，以及中值区域下限临界点。

在一些实施方式中，对不同的数值区域，应用不同的折算函数，对风速数据进行折算，包括：当采集到的风速小于中值区域下限临界点时，根据如下折算函数，对风速数据进行折算：

ρv^2.5＝const

其中，ρ为空气密度，v为折算后的风速。

在一些实施方式中，对不同的数值区域，应用不同的折算函数，对风速数据进行折算，包括：当采集到的风速处于中值区域时，根据如下折算函数，对风速数据进行折算：

其中，ρ为空气密度，v为折算后的风速，x为实测风速。

在一些实施方式中，对不同的数值区域，应用不同的折算函数，对风速数据进行折算，包括：当采集到的风速大于中值区域上限临界点时，根据如下折算函数，对风速数据进行折算：

ρv²＝const

其中，ρ为空气密度，v为折算后的风速。

此外，本发明还提供了一种风电机组功率曲线的计算装置，所述装置包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如前文所述的风电机组功率曲线的计算方法。

采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点：

(1)、能够提高风资源评估过程中风电机组发电量计算的准确性；

(2)、可快速计算不同空气密度下的功率曲线，零成本，极大的节省软硬件资源占用和浪费；

(3)、可为特定风场批量建立功率曲线数据库，提高工作效率；

(4)、可协助风电场开发商对招标过程中功率曲线的真实性做出量化判断；

(5)、可有效解决风电场中多种风电机组混排设计方案中的功率曲线需求，解决前期评估中的数据资料难题。

附图说明

上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明提供的风电机组功率曲线的计算方法的流程图；

图2是现有技术提供的不同空气密度下动态功率曲线图；

图3是本发明提供的指数y的变化规律图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供了一种风电机组功率曲线的计算方法。图1示出了风电机组功率曲线的计算方法的流程图。参见图1，风电机组功率曲线的计算方法包括：

s11，根据风场采集到的空气密度，对采集到的风速数据进行区分数值区域的折算。

s12，根据折算后的风速数据与发电量之间的对应关系，绘制动态功率曲线。

按照iec61400-12标准的定义，风力发电机组的功率曲线是机组10min输出功率随10min平均风速变化的关系曲线，可通过实际测试与软件模拟的方式得到。根据软件模拟时所采用的不同设置，又可以分为静态功率曲线和动态功率曲线。其中，在计算静态功率曲线时仅考虑风轮特性；而在计算动态功率曲线时，除考虑风轮特性外，还需要考虑来流风速特性与机组控制方案。目前风电项目评估中一般采用动态功率曲线。

下面以某双馈风电机组，通过对不同空气密度下的风电机组发电量进行分析，总结不同空气密度下功率曲线的变化规律，以达到既定目标。

根据某双馈风电机组在0.85kg/m³、1.05kg/m³和1.4kg/m³三种空气密度下的动态功率曲线。该动态功率曲线由图2示出。随着空气密度的变化，功率曲线呈现一定的规律性变化。

通过对不同空气密度下功率曲线的对比，可以得到针对发电量的等效风速折算规律如下：

在风速小于θm/s时，采用式(1)进行风速的折算；在风速介于θm/s与βm/s之间时，采用式(2)进行风速的折算；在风速大于βm/s时，采用式(3)进行风速的折算。在ρ<0.95kg/m³时，9.5<β<13.5；在0.95kg/m³<ρ<1.05kg/m³时，9<β<11；在ρ>1.05kg/m³时，8<β<11。

ρv^2.5＝const(1)

ρv²＝const(3)

采用瑞利分布，利用折算前后两套数据进行发电量的计算比较(v＝7，k＝2，表1)：

表1

经过多次验证，针对发电量的等效风速折算规律具有较高的可信度。由此可通过标准空气密度下的动态功率曲线计算任意空气密度下的动态功率曲线。

以云南某风场为例，采用测风塔完整年数据，分别利用以下几种算法计算发电量，参见表2。

方法一：采用特定场址功率曲线进行发电量的计算；

方法二：采用最优控制法折算风速，进行发电量的计算；

方法三：采用查表控制法折算风速，进行发电量的计算；

方法四：按照标准状态下的功率曲线进行发电量的计算，再利用如下公式(4)进行折算。

表2

采用针对发电量的等效风速折算规律进行发电量的计算，误差相对较小。

本发明提出了一种特定空气密度下的风电机组功率曲线的计算方法。特定湍流等级下的动态功率曲线随空气密度变化都呈现出一定的规律。在不同空气密度下，等发电量对应的风速与空气密度的关系介于风能与风速之间，即ρv^y＝const中y介于2～3之间，并且随风速的增加呈“稳定-减小-稳定”的趋势。具体可以参见图3。针对利用查表控制法的风电机组，通过功率曲线折算的计算，得到的发电量接近真实值。

本发明还提供了一种风电机组功率曲线的计算装置。风电机组功率曲线的计算装置包括：中央处理单元(cpu)，其可以根据存储在只读存储器(rom)中的程序或者从存储部分加载到随机访问存储器(ram)中的程序而执行各种适当的动作和处理。在ram中，还存储有系统操作所需的各种程序和数据。cpu、rom以及ram通过总线彼此相连。输入/输出(i/o)接口也连接至总线。

以下部件连接至i/o接口：包括键盘、鼠标等的输入部分；包括诸如阴极射线管(crt)、液晶显示器(lcd)等以及扬声器等的输出部分；包括硬盘等的存储部分；以及包括诸如lan卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分。通信部分经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器也根据需要连接至i/o接口。可拆卸介质，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分。

特别的，根据本发明实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本发明的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质被安装。在该计算机程序被中央处理单元(cpu)执行时，执行本发明的方法中限定的上述功能。需要说明的是，本发明的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意结合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本发明中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者结合使用。而在本发明中，计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何恰当的介质传输，包括但不限于：无线、电线、光缆、rf等等，或者上述的任意合适的组合。

附图中的流程图和框图，图示了按照本发明各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连的表示的方框实际上可以基本并行的执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

描述于本发明实施例中所涉及到的单元可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。