风电机组功率特性评估方法及装置与流程

技术特征：

1.一种风电机组功率特性评估方法，其特征在于，包括：

按照预设的划分规则将风电机组所在区域划分为多个扇区；

获取每个扇区中的风电机组的自由流风速和与所述自由流风速相对应的输出功率；

按照预设的风速修正策略对所述自由流风速进行修正，获得修正自由流风速；

根据所述修正自由流风速和输出功率确定所述修正自由流风速与所述输出功率的对应关系。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取每个扇区中的风电机组的自由流风速，具体包括：

获取每个扇区中的机舱风速、环境湍流强度、入流角、风电机组的偏航角度以及预设的传递矩阵和传递常数；

根据公式Vfree＝A[Vnacelle,TIambient,λ,β]+B确定所述自由流风速；其中，Vfree为自由流风速，Vnacelle为机舱风速；TIambient为环境湍流强度；λ为入流角；β为风机的偏航角度；A,B分别为预先设置的CFD模型结果中经过人工神经网络训练得到的传递矩阵和常数。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取每个扇区中的风电机组的自由流风速，具体包括：

获取每个扇区中的自由流风速bini的平均值和bini+1的平均值、机舱风速、机舱风速bini的平均值及bini+1的平均值；

根据公式确定所述自由流风速；其中，Vfree为自由流风速，Vnacelle为机舱风速；vfree,i、vfree,i+1为Vfree所在雷达或测风塔所测风速bini的平均值及bini+1的平均值；vnacelle,i、vnacelle,i+1为Vnacelle所在机舱风速bini的平均值及bini+1的平均值。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，按照预设的修正策略对所述机舱风速进行修正，具体包括：

获取标准空气密度和预设时间分辨率内的空气密度；

根据公式对所述自由流风速进行修正，获得所述第一修正风速；其中，Vn为第一修正风速，Vfree为自由流风速，ρt为预设时间分辨率内的空气密度，ρ0为标准空气密度。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在获取第一修正风速之后，所述方法还包括：

获取风电机组的轮毂高度、每个扇区的各个风电机组的高度和预设的风切变指数；

根据公式对所述第一修正风速进行修正，获得第二修正风速；其中，Vi为第二修正风速，Vn为第一修正风速，H为轮毂高度，zi为各个风电机组的高度，α风切变指数。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在获得第二修正风速之后，所述方法还包括：

沿垂直于地面的方向上，将风电机组的叶轮面按照预设的间距等分为多段，获取风电机组中的每段叶轮面的面积和风电机组的叶轮扫风面积；

根据公式对所述第二修正风速进行修正，获得叶轮等效风速；其中，Ai为每段叶轮面的面积，A为叶轮扫风面积，Vi为第二修正风速，Veq为叶轮等效风速。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的方法，其特征在于，所述修正自由流风速与输出功率的对应关系包括一下至少之一：风速功率曲线、功率系数曲线、风速功率矩阵和风速功率偏差矩阵。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在根据所述修正自由流风速和输出功率确定所述修正自由流风速与输出功率的对应关系之后，所述方法还包括：

根据风速功率曲线生成模拟风速，并获取所述模拟风速的概率密度，所述概率密度服从正态分布；

根据所述风速功率曲线和功率系数曲线获取理论切入风速、理论切出风速和理论额定风速；

根据所述理论切入风速、理论切出风速和理论额定风速对所述模拟风速进行分析判断，根据判断结果确定与所述模拟风速相对应的模拟功率；

根据所述概率密度对所述模拟功率进行修正，获取修正模拟功率；

根据所述修正自由流风速和修正模拟功率确定所述修正自由流风速与修正模拟功率的对应关系。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，根据所述风速功率曲线和功率系数曲线获取理论切入风速、理论切出风速和理论额定风速，具体包括：

根据所述功率系数曲线确定最大功率系数，根据所述风速功率曲线确定风切入功率、理论额定功率、风切出功率；

获取预设时间分辨率内的空气密度和风电机组的叶轮扫风面积；

根据所述最大功率系数、风切入功率、空气密度和叶轮扫风面积确定所述理论切入风速；根据所述最大功率系数、理论额定功率、空气密度和叶轮扫风面积确定所述理论额定风速；并根据所述最大功率系数、风切出功率、空气密度和叶轮扫风面积确定所述理论切出风速。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，根据所述风速功率曲线确定理论额定功率，具体包括：

在所述风速功率曲线中获取最大理论功率；

将所述最大理论功率确定为所述理论额定功率。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，根据所述风速功率曲线确定风切入功率，具体包括：

在所述风速功率曲线上获取大于0.1倍的理论额定功率的所有功率值；

将所有功率值中最小的功率值确定为风切入功率。

12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，根据所述最大功率系数、理论额定功率、空气密度和叶轮扫风面积确定所述理论额定风速，具体包括：

根据公式确定所述理论额定风速；其中，Vrated为理论额定风速，Prated为理论额定功率，ρ为空气密度，A为叶轮扫风面积，Cp,max为最大功率系数。

13.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，根据判断结果确定与所述模拟风速相对应的模拟功率，具体包括：

若所述模拟风速小于所述理论切入风速，或者，所述模拟风速大于或等于所述理论切出风速，则确定所述与所述模拟风速相对应的模拟功率为0；或者，

若所述模拟风速小于所述理论切出风速、且大于或等于所述理论额定风速，则获取理论额定功率，并将所述理论额定功率确定为与所述模拟风速相对应的模拟功率；或者，

若所述模拟风速小于所述理论额定风速、且大于或等于所述理论切入风速，则获取空气密度、叶轮扫风面积以及最大功率系数；

根据公式确定所述模拟功率；其中，Psim_t为模拟功率，ρ为空气密度，Vsim为模拟风速，A为叶轮扫风面积，Cp,max为最大功率系数。

14.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，根据所述概率密度对所述模拟功率进行修正，获取修正模拟功率，具体包括：

根据公式Psim,i＝∑Psim_t·normpdf(Vsim,Vi,σ)对所述模拟功率进行修正，获取所述修正模拟功率；其中，Psim,i为修正模拟功率，Psim_t为模拟功率，normpdf(Vsim,Vi,σ)为与所述模拟风速相对应的概率密度，Vsim为模拟风速，Vi为在预设的bin内设置的参考风速，σ为预先设置的置信因子。

15.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在根据所述修正自由流风速和修正模拟功率确定所述修正自由流风速与修正模拟功率的对应关系之后，所述方法还包括：

根据所述修正自由流风速与修正模拟功率的对应关系获取额定修正功率系数、理论额定修正功率、风切入修正风速；

根据功率系数曲线获取理论功率系数；

根据所述理论功率系数、额定修正功率系数、理论额定功率、理论额定修正功率、风切入风速、风切入修正风速判断所述修正自由流风速与修正模拟功率的对应关系合理性。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，根据所述理论功率系数、额定修正功率系数、理论额定功率、理论额定修正功率、风切入风速、风切入修正风速判断所述修正自由流风速与修正模拟功率的对应关系的合理性，具体包括：

若根据所述理论功率系数、额定修正功率系数、理论额定功率、理论额定修正功率、风切入风速、风切入修正风速满足以下条件，则确认所述修正自由流风速与修正模拟功率的对应关系合理；

其中，a<0.1％·Psim,rated，b<0.5，c<0.01，Prated为理论额定功率，Psim,rated为理论额定修正功率，Vcutin为风切入风速，Vsim,cutin为风切入修正风速，CP为理论功率系数，Csim,P为额定修正功率系数。

17.一种风电机组功率特性评估装置，其特征在于，包括：

划分模块，按照预设的划分规则将风电机组所在区域划分为多个扇区；

获取模块，获取每个扇区中的风电机组的自由流风速和与所述自由流风速相对应的输出功率；

风速修正模块，按照预设的风速修正策略对所述自由流风速进行修正，获得修正自由流风速；

确定模块，根据所述修正自由流风速和输出功率确定所述修正自由流风速与所述输出功率的对应关系。

18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述获取模块：

获取每个扇区中的机舱风速、环境湍流强度、入流角、风电机组的偏航角度以及预设的传递矩阵和传递常数；

根据公式Vfree＝A[Vnacelle,TIambient,λ,β]+B确定所述自由流风速；其中，Vfree为自由流风速，Vnacelle为机舱风速；TIambient为环境湍流强度；λ为入流角；β为风机的偏航角度；A,B分别为预先设置的CFD模型结果中经过人工神经网络训练得到的传递矩阵和常数。

19.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述获取模块：

获取每个扇区中的自由流风速bini的平均值和bini+1的平均值、机舱风速、机舱风速bini的平均值及bini+1的平均值；

根据公式确定所述自由流风速；其中，Vfree为自由流风速，Vnacelle为机舱风速；vfree,i、vfree,i+1为Vfree所在雷达或测风塔所测风速bini的平均值及bini+1的平均值；vnacelle,i、vnacelle,i+1为Vnacelle所在机舱风速bini的平均值及bini+1的平均值。

20.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述风速修正模块：

获取标准空气密度和预设时间分辨率内的空气密度；

根据公式对所述自由流风速进行修正，获得所述第一修正风速；其中，Vn为第一修正风速，Vfree为自由流风速，ρt为预设时间分辨率内的空气密度，ρ0为标准空气密度。

21.根据权利要求20所述的装置，其特征在于，所述风速修正模块：

在获取第一修正风速之后，获取风电机组的轮毂高度、每个扇区的各个风电机组的高度和预设的风切变指数；

根据公式对所述第一修正风速进行修正，获得第二修正风速；其中，Vi为第二修正风速，Vn为第一修正风速，H为轮毂高度，zi为各个风电机组的高度，α风切变指数。

22.根据权利要求21所述的装置，其特征在于，所述风速修正模块：

在获得第二修正风速之后，沿垂直于地面的方向上，将风电机组的叶轮面按照预设的间距等分为多段，获取风电机组中的每段叶轮面的面积和风电机组的叶轮扫风面积；

根据公式对所述第二修正风速进行修正，获得叶轮等效风速；其中，Ai为每段叶轮面的面积，A为叶轮扫风面积，Vi为第二修正风速，Veq为叶轮等效风速。

23.根据权利要求17-22中任意一项所述的装置，其特征在于，所述修正自由流风速与输出功率的对应关系包括一下至少之一：风速功率曲线、功率系数曲线、风速功率矩阵和风速功率偏差矩阵。

24.根据权利要求23所述的装置，其特征在于，

所述获取模块，在根据所述修正自由流风速和输出功率确定所述修正自由流风速与输出功率的对应关系之后，根据风速功率曲线生成模拟风速，并获取所述模拟风速的概率密度，所述概率密度服从正态分布；并根据所述风速功率曲线和功率系数曲线获取理论切入风速、理论切出风速和理论额定风速；

所述装置还包括：

判断模块，根据所述理论切入风速、理论切出风速和理论额定风速对所述模拟风速进行分析判断，根据判断结果确定与所述模拟风速相对应的模拟功率；

功率修正模块，根据所述概率密度对所述模拟功率进行修正，获取修正模拟功率；

所述确定模块，根据所述修正自由流风速和修正模拟功率确定所述修正自由流风速与修正模拟功率的对应关系。

25.根据权利要求24所述的装置，其特征在于，所述获取模块：

根据所述功率系数曲线确定最大功率系数，根据所述风速功率曲线确定风切入功率、理论额定功率、风切出功率；

获取预设时间分辨率内的空气密度和风电机组的叶轮扫风面积；

根据所述最大功率系数、风切入功率、空气密度和叶轮扫风面积确定所述理论切入风速；根据所述最大功率系数、理论额定功率、空气密度和叶轮扫风面积确定所述理论额定风速；并根据所述最大功率系数、风切出功率、空气密度和叶轮扫风面积确定所述理论切出风速。

26.根据权利要求25所述的装置，其特征在于，所述获取模块：

在所述风速功率曲线中获取最大理论功率；

将所述最大理论功率确定为所述理论额定功率。

27.根据权利要求25所述的装置，其特征在于，所述获取模块：

在所述风速功率曲线上获取大于0.1倍的理论额定功率的所有功率值；

将所有功率值中最小的功率值确定为风切入功率。

28.根据权利要求25所述的装置，其特征在于，所述获取模块：

根据公式确定所述理论额定风速；其中，Vrated为理论额定风速，Prated为理论额定功率，ρ为空气密度，A为叶轮扫风面积，Cp,max为最大功率系数。

29.根据权利要求24所述的装置，其特征在于，所述判断模块：

若所述模拟风速小于所述理论切入风速，或者，所述模拟风速大于或等于所述理论切出风速，则确定所述与所述模拟风速相对应的模拟功率为0；或者，

若所述模拟风速小于所述理论切出风速、且大于或等于所述理论额定风速，则获取理论额定功率，并将所述理论额定功率确定为与所述模拟风速相对应的模拟功率；或者，

若所述模拟风速小于所述理论额定风速、且大于或等于所述理论切入风速，则获取空气密度、叶轮扫风面积以及最大功率系数；

根据公式确定所述模拟功率；其中，Psim_t为模拟功率，ρ为空气密度，Vsim为模拟风速，A为叶轮扫风面积，Cp,max为最大功率系数。

30.根据权利要求24所述的装置，其特征在于，所述功率修正模块：

根据公式Psim,i＝∑Psim_t·normpdf(Vsim,Vi,σ)对所述模拟功率进行修正，获取所述修正模拟功率；其中，Psim,i为修正模拟功率，Psim_t为模拟功率，normpdf(Vsim,Vi,σ)为与所述模拟风速相对应的概率密度，Vsim为模拟风速，Vi为在预设的bin内设置的参考风速，σ为预先设置的置信因子。

31.根据权利要求24所述的装置，其特征在于，

所述获取模块，在根据所述修正自由流风速和修正模拟功率确定所述修正自由流风速与修正模拟功率的对应关系之后，根据所述修正自由流风速与修正模拟功率的对应关系获取额定修正功率系数、理论额定修正功率、风切入修正风速；并根据功率系数曲线获取理论功率系数；

所述判断模块，还根据所述理论功率系数、额定修正功率系数、理论额定功率、理论额定修正功率、风切入风速、风切入修正风速判断所述修正自由流风速与修正模拟功率的对应关系合理性。

32.根据权利要求31所述的方法，其特征在于，所述判断模块：

若根据所述理论功率系数、额定修正功率系数、理论额定功率、理论额定修正功率、风切入风速、风切入修正风速满足以下条件，则确认所述修正自由流风速与修正模拟功率的对应关系合理；

其中，a<0.1％·Psim,rated，b<0.5，c<0.01，Prated为理论额定功率，Psim,rated为理论额定修正功率，Vcutin为风切入风速，Vsim,cutin为风切入修正风速，CP为理论功率系数，Csim,P为额定修正功率系数。