本发明涉及风机监测领域，特别是涉及一种基于机组测风系统的风机技改优化效果评估方法及其系统。
背景技术：
随着风电产业进入后评价和优化改造阶段，各种类型的风机技改优化方法成为倍受欢迎的后市场项目，但是在各种技改优化的实施和实施过程中，如何评价优化效果，如何尽可能减少环境的影响，将技改优化前后的发电量变化对应到技改优化行为本身，成为技改优化效果评估和方案选择面临的非常重要的难题。在不同的时间段，机组本身的状态和机组所处的环境都差异较大，采用标准功率测试来评价机组不同时间段内发电量变化是一个比较准确的方式，但是大规模应用，长时间实施的情况下成本太高，尤其是对精细化技改优化而言，对每一个目标机组建立测风塔进行功率测试以确定发电量变化产生的成本会严重削弱技改优化本身的收益。利用风机运行数据进行评估，如果不增加其他规范，很难将技改前后发电量的变化对应到技改优化本身上。
因此，有必要提供一种能够提高技改优化效果的评价能力和准确度的评估方法。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种能够提高技改优化效果的评价能力和准确度的基于机组测风系统的风机技改优化效果评估方法及其系统。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种基于机组测风系统的风机技改优化效果评估方法，包括位于机舱上的测风仪，包括如下步骤：
1)测风系统提前校准：确定需要进行技改优化的目标风场目标机组，并校准机组测风系统，排除技改优化实施过程中测风系统存在严重偏差；
2)对比时间段选定：根据技改实施前一定时间内机组状态来选定对比时间段；
3)数据采集及处理：测量并计算技改优化前后的对比时间段内实际运行功率曲线、风速分布和实际发电量，并分别做对比；同时针对机组测风系统中的风速、风向数据，计算各自差异和差异率相对于风速的分布，并做对比；
4)结果分析和结果判断：综合各个数据对比结果，并参考技改优化措施对机组预计影响，排除异常结果，选择最能代表技改优化本身对机组产生影响的结果作为技改优化效果的有效参考数据。
进一步地，所述步骤2)中对比时间段的选择需确保技改优化前后的运行环境差异较小，所述运行环境差异较小包括外界环境变化小和机组内不存在大部件的维修或更换。
进一步地，所述步骤1)中测风系统提前校准包括对目标机组风速计风向标进行检查，若存在测风仪器偏差过大的机组，则进行校零紧固操作，并延迟技改优化实施，若机组的测风仪器偏差在正常的范围内，则保留目前状态并紧固仪器，并准备实施技改优化。
进一步地，所述技改优化方案通过控制单变量实施。
进一步地，所述步骤3)中每台风机的实际运行功率曲线的数据基础为机舱风速仪数据和机组运行监控系统的功率数据。
进一步地，所述实际发电量计算公式如式(1)所示：
其中，所述λn表示运行功率曲线中第n个风速区间的功率值，Vn为运行功率曲线中第n个风速区间的时间分布。
另一方面，提供一种所述的基于机组测风系统的风机技改优化效果评估方法中应用的评估系统，包括机组运行监控系统、风速计、风向标和数据采集处理模块：
所述运行监控系统用于监控机组的功率数据；
所述风速计用于测量风速；
所述风向标用于测量风向；
所述数据采集处理模块用于在测风系统校准和对比时间段选定后采集风速、风向及功率数据,以及表征机组运行状态的其他相关数据，并分别计算风速计测量数值差异在风速上的分布及变化率、风向标测量数值差异在风速上的分布及变化率和实际发电量并对优改前后的数据进行对比。
进一步地，还包括结果分析判断模块；所述结果分析判断模块，用于综合各个数据对比结果，并参考技改优化措施对机组预计影响，排除异常结果，选择最能代表技改优化本身对机组产生影响的结果作为技改优化效果的有效参考数据。
由于采用上述技术方案，本发明至少具有以下优点：
(1)本发明是在机组测风系统数据的基础上进行对比时间段内发电量的计算和评价以及对比，包括技改优化实施前后的合理准备以及主要针对测风系统影响对比性的部分进行相应的规范，达到尽可能将技改优化前后发电量变化对应到技改优化本身的效果。对技改优化的实施和效果评价提供方案和数据支持。
(2)本发明相对于建立测风塔和数据采集装置进行测试，在逐渐针对单独机组精细化布置优化方案的时代，能够尽可能减少附件成本。本发明主要用来评价对机组进行技改优化后的效果，通过多个数据指标来排除异常，考虑整个机组测风系统可能存在的数据测试异常，将优化前后机组发电量的变化尽可能的对应到技改本身，尽量提高技改优化效果的评价能力和准确度，为技改优化的实施和效果评价以及方案设计提供方法和思路。
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是本发明基于机组测风系统的风机技改优化效果评估方法流程图。
具体实施方式
本发明提供一种基于机组测风系统的风机技改优化效果评估方法的一个实施例，包括位于机舱上的测风仪，测风仪可以包括风速计和风向标，如图1所示，包括如下步骤：
1)测风系统提前校准：确定需要进行技改优化的目标风场目标机组，并校准机组测风系统，排除技改优化实施过程中测风系统存在严重偏差；
2)对比时间段选定：根据技改实施前一定时间内机组状态来选定对比时间段；
3)数据采集及处理：测量并计算技改优化前后的对比时间段内实际运行功率曲线、风速分布和实际发电量，并分别做对比；同时针对机组测风系统中的风速、风向数据，计算各自差异和差异率相对于风速的分布，并做对比；
4)结果分析和结果判断：综合各个数据对比结果，并参考技改优化措施对机组预计影响，排除异常结果，选择最能代表技改优化本身对机组产生影响的结果作为技改优化效果的有效参考数据。
本发明在使用时，通过先提前校准，然后校准合适后选取合适的对比时间段，进行对比时间段内发电量的计算和评价以及对比，然后进行数据采集及处理，包括如下情况：
实际发电量---实际运行功率与对应风速分布乘积之和。
风速计差异分布---两个风速计测量数值差异在风速上的分布。
风向标差异分布---风向标测量数值差异在风速上的分布。
风速差异变化率---风速计测量值差异在风速上的变化率。
风向差异变化率---风向标测量值差异在风速上的变化率。
对应数据评价筛选---结合机组实际运行功率曲线、发电量、测风系统数据差异表现对对比结果准确性进行评价，确定数据合理性和最终发电量对比结果。
为了减小外部干扰更准确的评估技改效果，步骤2)中对比时间段的选择需确保技改优化前后的运行环境差异较小，运行环境差异较小包括外界环境变化小和机组内不存在大部件的维修或更换。
进一步地，步骤1)中测风系统提前校准包括对目标机组风速计风向标进行检查，若存在测风仪器偏差过大的机组，则进行校零紧固操作，并延迟技改优化实施，若机组的测风仪器偏差在正常的范围内，则保留目前状态并紧固仪器，并准备实施技改优化。
具体地，对目标机组风速计风向标进行检查。对测风仪器偏差过大的机组，进行校零紧固操作，并适当延迟技改优化实施，预留20天以上的时间来收集基础数据，以便后续数据处理过程中作为测风系统数据数据影响的参考，在后续技改优化实施开始之前再次检查并紧固仪器。对于测风系统状态偏差不大的机组，尽量保留目前状态并紧固仪器，并确保技改优化尽快实施。
进一步地，技改优化方案通过控制单变量实施。
进一步地，步骤3)中每台风机的实际运行功率曲线的数据基础为机舱风速仪数据和机组运行监控系统的功率数据，风速分布包括风速计测量数据差异在风速上的分布和风向标测量数值差异在风速上的分布。
进一步地，实际发电量计算公式如式(1)所示：
其中，λn表示运行功率曲线中第n个风速区间的功率值，Vn为运行功率曲线中第n个风速区间的时间分布。
下面对以上参数中计算的方法和注意事项进行详细描述：
实际运行功率曲线：每台风机的实际运行功率曲线的数据基础为机舱风速仪数据和机组运行监控系统的功率数据，数据采集严格和绘制方法严格按照国标《GBT18451.2-2003风力发电机组功率特性试验》中的描述进行。机舱风速仪的数据严格来讲并不是标准意义下的来流风速，但是其并不影响机舱风速仪风速与该机组输出功率的对应关系，同时此方法计算电量时也使用机舱风速仪进行风频分布计算，根据国标规定分频分布为10分钟平均的风速分布，由于在技改优效果对比中，只关心相对差异，所以对比前后采用相同的数据来源即可。
数据处理：计算技改优化前后实际运行功率曲线和风速分布，并做对比；计算前后实际发电量并做对比；针对前后机组测风系统数据，计算各自差异和差异率相对于风速的分布，并做对比；若选定对比时间段内外部环境变化巨大，还需要考虑环境温度对数据的影响。
结果分析和结果判断：综合各个数据对比结果，并参考技改优化措施对机组预计影响，排除异常结果，选择最能代表技改优化本身对机组产生影响的结果作为技改优化效果的有效参考数据。
本发明的技改方案采用控制单变量的思想，合理实施技改方案，合理选定前后对比时间段，对技改优化前后的运行数据和数据差异分布进行统计分析，计算机组实际运行功率曲线以及风速风向的变化量和变化速率的分布，综合评估评价。本发明通过从技改方案设计到后续数据处理和分析对比的综合分析，尽可能准确的确定技改优化本身对机组功率和发电量的影响，排除测风系统以及机组状态在技改优化前后存在较大不同而产生的影响，达到尽可能准确评估技改优化本身对机组发电量的影响，有效评价技改优化效果。
另一方面，提供一种的基于机组测风系统的风机技改优化效果评估方法中应用的评估系统，包括机组运行监控系统、风速计、风向标和数据采集处理模块：
运行监控系统用于监控机组的功率数据；
风速计用于测量风速；
风向标用于测量风向；
数据采集处理模块用在测风系统校准和对比时间段选定后采集风速、风向及功率数据,以及表征机组运行状态的其他相关数据，并分别计算风速计测量数值差异在风速上的分布及变化率、风向标测量数值差异在风速上的分布及变化率和实际发电量并对优改前后的数据进行对比。
进一步地，还包括结果分析判断模块；结果分析判断模块，用于综合各个数据对比结果，并参考技改优化措施对机组预计影响，排除异常结果，选择最能代表技改优化本身对机组产生影响的结果作为技改优化效果的有效参考数据。
本发明在使用时，通过机组运行监控系统、风速计和风向标采集数据，通过数据处理模块分析处理数据并给出评价结果。
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。