一种湍流功率曲线的标准化修正方法、系统及装置与流程
本发明属于风电技术领域，具体涉及一种湍流功率曲线的标准化修正方法、系统及装置。
背景技术：
风力发电机组的功率特性曲线是风力发电机组输出功率随风速变化的关系曲线，是风力发电机组发电能力的重要表述方式；a)标称功率曲线一般在设计或验证阶段由实验或模拟方式得到，b)实际功率曲线则是根据风机运行时由发电实绩数据或标准测试处理得到。不同湍流条件下标称功率曲线不同，由于成本和效率原因，一般只能通过有限次数的实验或模拟，获取几条典型湍流条件的曲线。且数据本身也较难按不同湍流强度分类并拟合，与之相比较。现有技术直接放在一起给出一个总的实际功率曲线，与标称功率曲线相比较而考察风机性能时，往往存在较大偏差。
技术实现要素：
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种湍流功率曲线的标准化修正方法、系统及装置，根据计算的数据点的平均风速与湍流强度数据，根据正态分布均值特性与标准差特性计算获取的给定数据的权重，采用权重法得到不同湍流强度下的功率关系，处理成与待对比曲线湍流强度一致的标准化数据，以便于后序的实际功率曲线绘制与对比。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是，一种湍流功率曲线的标准化修正方法，包括以下步骤：
s100，根据多个湍流强度的实测功率曲线，获取不同风速下每个湍流强度的实测功率数据，确定待修正湍流强度和指定标准化湍流强度的相应功率数据；
s200，获取实测功率曲线的一段，确定某一特定风速下待修正湍流强度临近数据点，并获取所述临近数据点的功率数据；
s300，获取临近数据点的功率数据对应的正态分布特征，计算临近数据点的功率数据权重，基于所述功率数据权重，计算待修正湍流强度对应功率数据权重下的功率数据；
s400，计算相同风速值对应标准湍流强度的功率数据，计算在功率数据权重下的功率数据与标准湍流强度的功率数据之的差值或比值，基于所述差值或比值对待标准化湍流强度的功率数据进行修正。
s100中，多个不同湍流强度的实测功率曲线可采用如下方法得到：
s101，获取静态功率曲线中风速以及风速对应的功率值；
s102，获取静态功率曲线的数据中每一个风速值的代表风速区间；
s103，获取s102所述每一个风速值的代表风速区间的代表功率，
s104，给定湍流强度，计算风速值在代表风速区间内的概率密度；
s105，根据s104所得概率密度和s103所得代表功率计算：在既定湍流强度下，所获取风速值在代表风速区间内的功率值；
s106，重复s104和s105得到在既定湍流强度下所有风速对应的功率值，即可得到在既定湍流强度下，静态功率曲线对应的实测功率曲线；
给定多个不同湍流强度值，重复s104至s106得到多个湍流强度的实测功率曲线。
s200中确定某一特定风速下待修正湍流强度临近数据点，并获取所述临近数据点的功率数据，具体如下：先确定所述特定风速对应的最小风速区间，并确定待修正湍流强度对应的最小湍流强度区间，再依据所述最小风速区间和最小湍流强度区间确定所述特定风速下待修正湍流强度临近数据点。
s300的过程具体如下：s301，根据临近数据点的功率数据得到功率数据对应正态分布的均值特征和标准差特征；
s302，分别用所述均值特征和标准差特征计算其临近数据点对应的均值相关权重和标准差相关权重；
s303，根据临近数据点的均值相关权重和标准差相关权重计算临近数据点的功率数据权重；
s304，根据所述功率数据权重计算得到待修正湍流强度在功率数据权重下的功率数据。
s300中，根据临近数据点的功率数据得到功率数据对应的正态分布特征，即，均值特征和标准差特征；分别用所述均值特征和标准差特征计算其临近数据点对应的均值相关权重和标准差相关权重；
根据临近数据点的均值相关权重和标准差相关权重计算临近数据点的功率数据权重；根据所述功率数据权重计算得到待修正湍流强度在功率数据权重下的功率数据。
s400中所述关系为：功率数据权重下的功率数据与标准湍流强度的功率数据之差dp，则标准化结果为：
pz3＝pz0+dp
或
功率数据权重下的功率数据与标准湍流强度的功率数据之比rp，则标准化结果为：
pz3＝pz0*rp；
其中，pz0为特定风速下待标准化湍流强度对应的功率数据，pz3为修正后的湍流强度对应的功率数据。
一种湍流功率曲线的标准化修正系统，包括实测功率曲线及功率数据获取模块、临近数据点获取模块、功率数据权重下的功率数据计算模块以及功率数据修正模块；
实测功率曲线及功率数据获取模块根据多个湍流强度的实测功率曲线，获取不同风速下每个湍流强度的实测功率数据，确定待修正湍流强度和指定标准化湍流强度的相应功率数据；
临近数据点获取模块用于确定某一特定风速下待修正湍流强度临近数据点，并获取所述临近数据点的功率数据；
功率数据权重下的功率数据计算模块包括均值相关权重计算单元、标准差相关权重计算单元以及功率数据计算单元；
均值相关权重计算单元用于根据临近数据点的风速计算临近数据点的均值相关权重，标准差相关权重计算单元用于根据临近数据点的标准差特征计算临近数据点的标准差相关权重；功率数据计算单元根据临近数据点的均值相关权重和标准差相关权重计算临近数据点的功率数据权重；
功率数据修正模块用于计算相同风速值对应标准湍流强度的功率数据，计算在功率数据权重下的功率数据与标准湍流强度的功率数据之的关系，基于所述关系对待标准化湍流强度的功率数据进行修正。
一种湍流功率曲线的标准化修正装置，包括一个或多个处理器以及存储器，存储器用于存储计算机可执行程序，处理器从存储器中读取部分或全部所述计算机可执行程序并执行，处理器执行部分或全部计算可执行程序时能实现本发明所述的湍流功率曲线的标准化修正方法。
一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，能实现本发明所述的湍流功率曲线的标准化修正方法。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
采用本发明所述方法，基于有限条典型湍流条件下的功率曲线，根据计算的数据点的平均风速与湍流强度数据，根据正态分布均值特性与标准差特性计算获取的给定数据的权重，采用权重法得到不同湍流强度下的功率关系，处理成与待对比曲线湍流强度一致的标准化数据，以便于后序的实际功率曲线绘制与对比，进而提高实测功率曲线与风机参考功率曲线的符合度，更客观的评价风机出力效果或性能，有利于减少考核相关纠纷。
附图说明
图1为本发明一种可实施的湍流功率曲线标准化修正方法流程图。
图2为本发明一种获取功率数据权重下的功率数据。
图3为本发明给出的一种湍流功率曲线标准化系统示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细阐述。
根据多个湍流强度的参考功率曲线，获取待修正湍流强度和指定修正湍流强度的相应功率，获取一段实际数据，按要求计算得到其均值或标准差，并进行其他修正，得到待标准化的数据，基于所述待标准化数据，采用权重法得到不同湍流强度下的功率关系，根据所述功率关系将待修正湍流强度下功率标准化成指定湍流强度的功率。
参考图1，一种湍流功率曲线的标准化修正方法，包括以下步骤：
s100，根据多个湍流强度的实测功率曲线，获取不同风速下每个湍流强度的实测功率数据，确定待修正湍流强度和指定标准化湍流强度的相应功率数据；
s200，获取实测功率曲线的一段，确定某一特定风速下待修正湍流强度临近数据点，并获取所述临近数据点的功率数据；
s300，获取临近数据点的功率数据对应的正态分布特征，计算临近数据点的功率数据权重，基于所述功率数据权重，计算待修正湍流强度对应功率数据权重下的功率数据；
s400，计算相同风速值对应标准湍流强度的功率数据，计算在功率数据权重下的功率数据与标准湍流强度的功率数据之的差值或比值，基于所述差值或比值对待标准化湍流强度的功率数据进行修正。
s100中，多个不同湍流强度的实测功率曲线可采用如下方法得到：
s101，获取静态功率曲线中风速以及风速对应的功率值；
s102，获取静态功率曲线的数据中每一个风速值的代表风速区间；
s103，获取s102所述每一个风速值的代表风速区间的代表功率，
s104，给定湍流强度，计算风速值在代表风速区间内的概率密度；
s105，根据s104所得概率密度和s103所得代表功率计算：在既定湍流强度下，所获取风速值在代表风速区间内的功率值；
s106，重复s104和s105得到在既定湍流强度下所有风速对应的功率值，即可得到在既定湍流强度下，静态功率曲线对应的实测功率曲线；
给定多个不同湍流强度值，重复s104至s106得到多个湍流强度的实测功率曲线。
s200中确定某一特定风速下待修正湍流强度临近数据点，并获取所述临近数据点的功率数据，具体如下：先确定所述特定风速对应的最小风速区间，并确定待修正湍流强度对应的最小湍流强度区间，再依据所述最小风速区间和最小湍流强度区间确定所述特定风速下待修正湍流强度临近数据点。
s300的过程具体如下：s301，根据临近数据点的功率数据得到功率数据对应正态分布的均值特征和标准差特征；
s302，分别用所述均值特征和标准差特征计算其临近数据点对应的均值相关权重和标准差相关权重；
s303，根据临近数据点的均值相关权重和标准差相关权重计算临近数据点的功率数据权重；
s304，根据所述功率数据权重计算得到待修正湍流强度在功率数据权重下的功率数据。
s300中，根据临近数据点的功率数据得到功率数据对应的正态分布特征，即，均值特征和标准差特征；分别用所述均值特征和标准差特征计算其临近数据点对应的均值相关权重和标准差相关权重；
根据临近数据点的均值相关权重和标准差相关权重计算临近数据点的功率数据权重；根据所述功率数据权重计算得到待修正湍流强度在功率数据权重下的功率数据。
s400中所述关系为：功率数据权重下的功率数据与标准湍流强度的功率数据之差dp，则标准化结果为：
pz3＝pz0+dp
或
功率数据权重下的功率数据与标准湍流强度的功率数据之比rp，则标准化结果为：
pz3＝pz0*rp；
其中，pz0为特定风速下待标准化湍流强度对应的功率数据，pz3为修正后的湍流强度对应的功率数据。
参考图1，s100，根据多个湍流强度的实测功率曲线，获取待修正湍流强度和指定修正湍流强度的相应功率；
所述多个湍流强度的实测功率曲线可表示为表格或数据对。
多个湍流强度的实测功率曲线的数据对形式为：(i1,v1,pi11),(i2,v2,pi12),……(i2,v1,pi21),(i2,v2,pi22)……in，v1，pin1)、(in，v2，pin2)、……(in，vm，pinm)，其中n为多个不同的湍流强度数量，m为多个湍流强度的实测功率曲线中特定风速值的数量；
s200，获取实测功率曲线的一段，确定某一特定风速下待修正湍流强度临近数据点，并获取所述临近数据点的功率数据；
作为可选的实施例，具体的可以修正实际数据对应的空气密度；
作为示例，特定风速vy对应的待标准化的功率数据为(ix,vy,piz0)，根据不同风速值下每个湍流强度的实测功率数据，得到风速值vy所在最小风速区间的风速边界值，和待修正湍流强度ix所在最小湍流强度区间的湍流强度边界值，采用权重法得到(ix,vy)对应的功率pz1以及(i1,vy)对应的功率pz2。
基于风速边界值和湍流强度边界值，确定待标准化湍流强度的功率对应的临近数据点以及临近数据点的功率值。
设ix在i2和i3之间，vy在v4和v5之间，i2和i3为湍流强度的边界值，i2＜i3，i2湍流强度边界值的下限值，i3湍流强度边界值的上限值，v4和v5为风速边界值，v4＜v5；v4为风速边界值的下限值，v5为风速边界值的上限值；则采用湍流强度边界值的下限值i2和风速边界值的下限值v4确定点a(i2,v4)；用湍流强度边界值的下限值i2和风速边界值的上限值v5确定点b(i2,v5)；用湍流强度边界值的上限值i3和风速边界值的下限值v5确定点c(i3,v4)；用湍流强度边界值的上限值i3和风速边界值的上限值v6确定点d(i3,v5)，所述临近数据点a(i2,v4)、b(i2,v5)、c(i3,v4)和d(i3,v5)对应的功率数据分别为：(i2,v4,p24)、(i2,v5,p25)、(i3,v4,p34)，和(i3,v5,p35)；
参考图2，s300，获取临近数据点的功率数据对应的正态分布特征，计算临近数据点的功率数据权重，基于所述功率数据权重，计算待修正湍流强度对应功率数据权重下的功率数据；
首先根据临近数据点的功率数据得到功率数据对应的正态分布特征，即，均值特征和标准差特征；分别用所述均值特征和标准差特征计算其临近数据点对应的均值相关权重和标准差相关权重；
均值相关权重为：临近风速值大于特定风速值vy，临近数据点的临近风速值与所述特定风速的差值比临近数据点风速值对应的最小风速区间
或
临近风速值小于特定风速值vy，所述特定风速与临近数据点的临近风速值的差值比所述临近数据点风速值对应的最小风速区间；
临近数据点a、b、c和d的功率分别为p1＝p24、p2＝p25、p3＝p34和p4＝p35；临近数据点a、b、c和d的标准差特征分别为第一标准差特征、第二标准差特征、第三标准差特征以及第四标准差特征；特定风速值vy对应待标准化的湍流强度ix，标准差特征记为第五标准差特征，v4＜vy＜v5；标准差相关权重为：
a点的标准差相关权重s为：(第五标准差特征-第一标准差特征)/(第三标准差特征-第一标准差特征)；b点的标准差相关权重u为:(第三标准差特征-第五标准差特征)/(第三标准差特征-第一标准差特征)；c点的标准差相关权重r为:(第五标准差特征-第二标准差特征)/(第四标准差特征-第二标准差特征)；d点的标准差相关权重v为:(第四标准差特征-第五标准差特征)/(第四标准差特征-第二标准差特征)；
例如，临近数据点a(i2,v4)，b(i2,v5)，c(i3,v4)和d(i3,v5)对应的正态分布特征，a～n(v4，(i2*v4)2)，临近风速值v4在临近湍流强度i2下的均值特征为v4，标准差特征为(i2*v4)2；b～n(v5，(i2*v5)2)，临近风速值v5在临近湍流强度i2下的均值特征为v5，标准差特征为(i2*v5)2；c～n(v4，(i3,*v4)2)，临近风速值v4在临近湍流强度i3下的均值特征为v4，标准差特征为(i3*v4)2；b～n(v5，(i3*v5)2)，临近风速值v5在临近湍流强度i3下的均值特征为v5，标准差特征为(i3*v5)2；
例如，根据所述正态分布的均值特性，计算临近数据点a、b、c与d的权重：
对于临近数据点中的a点和c点，其临近风速值小于特定风速值vy，则a点和c点的均值相关权重为：
q＝(v5-vy)/(v5-v4)
所述特定风速与临近数据点的临近风速值的差值比所述临近数据点风速值对应的最小风速区间；
对于临近数据点中的b点和d点，其临近风速值v5均大于特定风速值vy，则b点和d点的均值相关权重为：
p＝(vy-v4)/(v5-v4)
临近数据点的均值相关权重与临近风速值的乘积之和的期望值为特定风速值vy，即
vy＝e(p*v4+q*v5)
根据正态分布的标准差特征，计算临近数据点中对应的标准差特征；
对于(ix，vy，pz0)中，特定风速值vy对应待标准化的湍流强度ix，标准差特征为(ix*vy)2，则对于临近数据点中的a点，其标准差相关权重为：
s＝((ix*vy)2-(i2*v4)2)/((i3*v4)2-(i2*v4)2)
对于临近数据点中的c点，其标准差相关权重为：
r＝((i3*v4)2-(ix*vy)2)/((i3*v4)2-(i2*v4)2)
方差(ix*vy)2＝var(r*(i2*v4)2+s*(i3*v4)2)；
同理，计算临近数据点中的b点标准差相关权重为：
u＝((ix*vy)2-(i2*v5)2)/((i3*v5)2-(i2*v5)2)
临近数据点中的d点标准差相关权重为：
v＝((i3*v5)2-(ix*vy)2)/((i3*v5)2-(i2*v5)2)
标准差相关权重u和v满足：var(u*(i2，v5)2+v*(i3，v5)2)的期望为(ix*vy)2；
根据临近数据点的均值相关权重和标准差相关权重计算临近数据点的功率数据权重；根据所述功率数据权重计算得到待修正湍流强度在功率数据权重下的功率数据，即可得到临近数据点a、b、c和d四点的权重和可求出待求点e的功率值：
pz1＝p*r*p24+q*u*p25+p*s*p34+q*v*p35
根据正态分布特性，pz1功率数据所在点的分布服从p～n(vy，(ix*vy)2)；pz1为待标准化数据(ix，vy，pz0)在功率数据权重下的功率数据。
优选的，相同特定风速vy下标准湍流强度i1的功率数据pz2，可以通过查找多个湍流强度的实测功率曲线对应对数据表格或多个湍流强度的实测功率曲线中的数据得到；
可选的，还可以采用与计算pz1相同的方法计算得到相同特定风速vy下标准湍流强度i1的功率数据pz2；
s400，计算相同风速值对应标准湍流强度的功率数据，计算在功率数据权重下的功率数据与标准湍流强度的功率数据之的关系，基于所述关系对待标准化湍流强度的功率数据进行修正。
具体的，在功率数据权重下的功率数据与标准湍流强度的功率数据之差为dp＝pz2-pz1；
计算同一特定风速下待标准化湍流强度对应的功率数据与标准化湍流强度对应的功率数据之间的关系，并给予所述关系修正其他湍流强度下的功率数据，计算dp＝pz2-pz1，则(i1,vy)时的标准化结果为pz3＝pz0+dp；
或计算在功率数据权重下的功率数据与标准湍流强度的功率数据之比，即，rp＝pz2/pz1则(i1,vy)时的标准化结果为pz3＝pz0*rp。
可选的，参考图3，本发明提供一种湍流功率曲线的标准化修正系统，包括实测功率曲线及功率数据获取模块、临近数据点获取模块、功率数据权重下的功率数据计算模块以及功率数据修正模块；
实测功率曲线及功率数据获取模块根据多个湍流强度的实测功率曲线，获取不同风速下每个湍流强度的实测功率数据，确定待修正湍流强度和指定标准化湍流强度的相应功率数据；
临近数据点获取模块用于确定某一特定风速下待修正湍流强度临近数据点，并获取所述临近数据点的功率数据；
功率数据权重下的功率数据计算模块包括均值相关权重计算单元、标准差相关权重计算单元以及功率数据计算单元；
均值相关权重计算单元用于根据临近数据点的风速计算临近数据点的均值相关权重，标准差相关权重计算单元用于根据临近数据点的标准差特征计算临近数据点的标准差相关权重；功率数据计算单元根据临近数据点的均值相关权重和标准差相关权重计算临近数据点的功率数据权重；
功率数据修正模块用于计算相同风速值对应标准湍流强度的功率数据，计算在功率数据权重下的功率数据与标准湍流强度的功率数据之的关系，基于所述关系对待标准化湍流强度的功率数据进行修正。
作为可选的实施方式，本发明提供一种湍流功率曲线的标准化修正装置，包括一个或多个处理器以及存储器，存储器用于存储计算机可执行程序，处理器从存储器中读取部分或全部所述计算机可执行程序并执行，处理器执行部分或全部计算可执行程序时能实现本发明所述的湍流功率曲线的标准化修正方法。
处理器可以是中央处理器(cpu)、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)或现成可编程门阵列(fpga)。
对于本发明所述存储器，可以是笔记本电脑、平板电脑、桌面型计算机、手机或工作站的内部存储单元，如内存、硬盘；也可以采用外部存储单元，如移动硬盘、闪存卡。
一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，能实现本发明所述的湍流功率曲线的标准化修正方法。
计算机可读存储介质可以包括计算机存储介质和通信介质。计算机存储介质包括以用于存储诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据等信息的任何方法或技术实现的易失性和非易失性、可移动和不可移动介质。计算机可读存储介质可以包括：只读存储器(rom，readonlymemory)、随机存取记忆体(ram，randomaccessmemory)、固态硬盘(ssd，solidstatedrives)或光盘等。其中，随机存取记忆体可以包括电阻式随机存取记忆体(reram，resistancerandomaccessmemory)和动态随机存取存储器(dram，dynamicrandomaccessmemory)。
所述风力发电机组的参考功率曲线生成装置可以笔记本电脑、平板电脑、桌面型计算机、手机或工作站。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使对应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
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