基于分布式数据收集的风电机组动态重构方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种基于分布式数据收集的风电机组动态重构方法，特别设及一种用 分布式数据收集方法收集随机风向和风速并动态重构风电机组的方法。
【背景技术】
[0002] 风力发电是通过风电机组将风能转化成电能的能量转换方式，风是风电机组的动 力来源。由于风的随机性、间歇性、波动性和不可控性等自然特性引起风电机组输出功率的 随机波动，该种波动无论对风电机组本身还是对与之相连的电力系统，都将产生一定程度 的影响。随着我国近年来电力技术的快速发展，进行风电场接入电力系统的研究和评估、开 展系统及关键点接纳电力的研究是当前风电发展中迫切需要解决的重要问题。
[0003] 从电力系统的角度来看，对风电场进行研究所关屯、的不是风电场内部每个风电机 组的特性，而是风电场作为一个整体的动态特性W及对电力系统的影响，在风电场接入电 力系统的分析中不可能也没有必要把每个风电机组都作为一个单独内容进行分析，且随着 风电场的规模越来越大，该一特点越来越明显。但是，风电场不同于常规的发电厂，风电场 是由大量分散布置的风电机组群组成的，因此风电场内每个风电机组的输入风速(来风风 速和来风风向）因安装地点不同而具有明显差异，造成同一时刻风电场内风电机组的运行 状态不完全相同，因此，对风电场内每组风电机组的分布式数据收集、分析及控制的研究变 得十分重要。
[0004] 分布式数据收集技术是一种W数据采集、传感器网络技术、W及存储测试技术为 基础的综合数据采集技术。其广泛应用于船舶、飞机等采集数据多、实时要求高的场合；其 针对系统智能化、网络程度不高对应变测量点多、规模大等引起的数据收集低效率等缺陷， 能有效优化并降低成本，对系统综合性能有重要提升。
[0005] 而在当前国内外风力发电的研究中，对于相关的处理方法有： 1) 将风电场所有风电机组处理输入风速的情况归为一类；即所有风电机组的输入风速 一致； 2) 考虑到风电机组的输入风速不一致，但仍然把输入风速相同的某些风电机组归为一 组，没有考虑风向因素； 3) 考虑到风电机组的输入风速不一致，但没有考虑整个风电场的动态调整，导致发电 机组产生不良影响及电网运行不稳定等缺陷。
[0006] 综上所述，将分布式数据收集技术应用于风电机组中且同时研究输入风速(来风 风速和来风风向）并分别调整风电机组乃至考虑整个风电场性能的研究少之又少，该可能 会影响到风电场相关研究的准确性，因此，一种基于分布式数据收集的风电机组动态重构 方法的建立对风电机组的动态重构就变得非常必要和具有现实意义。
【发明内容】
[0007] 本发明在风电机组发展的基础上，针对现有技术存在的不足W及实际的应用需 求，提供了一种基于分布式数据收集的风电机组动态重构方法，该方法利用分布式数据收 集方法收集输入风速并动态重构风电机组发电，达到稳定电网输出电能的效果。
[0008] 根据本发明的一个方面，考虑到风电场来风风速(后面简称风速，变化范围为 0巧/S- 25巧/S)和来风风向（后面简称风向，变化范围为0= - 360=)的变化范围 比较宽，并且伴随随机不确定性的特性，提供一种基于分布式数据收集的风电机组动态重 构方法，具体步骤如下： 1、在各风机周围布置传感器W及对风速和风向进行分布式数据收集并分别作相应处 理。
[0009] 布置传感器；对于实际运行的风电场来说，场内每个风电机组的工作模式随风速 和风向的变化而变化，而风电机组由许多风机构成，因此在模拟的各风机周围分别布置# 个风速传感器和办个风向传感器，各传感器在一个周期7内采集Jf次数据，并将数据上 传给区域汇聚节点，区域汇聚节点分别处理风速和风向信息；传感器分别对风速和风向信 息进行分布式数据收集，并分别作相应处理，具体过程如下： 1) 计算节点与风机i，的相关度，
【主权项】
1. 基于分布式数据收集的风电机组动态重构方法，其特征在于，在一个周期内首 先由分布式传感器周期性地收集各风机的风速和风向数据，再依次上传给区域汇聚节 点、风机服务器和风电机组控制中心并进行处理，然后风电机组控制中心根据风向方位 调整各风电机组的迎风方向，并根据风速权值完成风电机组工作模式匹配重 构，最后将重构信息传至各风机服务器并完成各风机的工作模式调整；本发明周期性地收 集、分析和处理数据，从而实现了风电机组工作模式动态重构和风机的动态调整，达到风电 场对风电机组的动态分布式管理与控制的目的，所述方法至少包括以下步骤： 1) 布置传感器：在各风机周围分别布置#个风速传感器和」V个风向传感器； 2) 数据采集与汇聚：各传感器在一个周期:T内采集J次风向和风速数据，分别处理 后上传给区域汇聚节点； 3) 首先，设置区域汇聚节点；然后，区域汇聚节点分析处理风向和风速数据，并将处理 后的数据上传至风机服务器存储； 4) 风机服务器将数据上传给风电机组控制中心，风电机组控制中心分别均值化处理 所有风机服务器上传的风速和风向信息，并分别计算风向方位；?(6(6)和风速权值;然 后根据风速权值完成风电机组工作模式匹配重构，最后将重构信息传至各风机服务 器，各风机服务器根据风向方位"(?)动态调整风电机组的迎风方向，完成工作模式的调 整，即完成一个周期的风电机组工作模式重构； 5) 重复步骤2) -4)即完成风电机组工作模式的周期性动态重构。
2. 根据权利要求1所述的基于分布式数据收集的风电机组动态重构方法，其特征在 于，在各风机周围布置#个风速传感器、#个风向传感器，各传感器在一个周期：T内采 集J次数据，并将数据上传给区域汇聚节点；传感器分别对风速和风向信息进行分布式数 据收集，并分别作相应处理，所述方法至少包括以下步骤： 1) 计算节点与风机女..的相关度
为传感器之间的 最远距离，..为传感器与风机之间的距离； 2) 节点按相关度分为3个区域：当」?- <」?(刀i 1，为有效感知区域；当 A / 4 S ￡ JF_，，为模糊感知区域；当 0 ? < JFr / 4， 为无效感知区域；且0 < < I ; 3) 设置有效感知区域内的节点采样周期和频率，触发方式为同步触发，每个周期上传 一次数据至风机服务器； 4) 对模糊感知区域节点按随机方式分成/n组，不同分组在一个周期T内依次采集数 据，每组采集周期为/· / f，采集次数为Iir / /i?!; 5) 无效感知区域内的节点，不参与对应范围内的风机数据采集； 6) 将采集到的数据上传至区域汇聚节点。
3. 根据权利要求1所述的基于分布式数据收集的风电机组动态重构方法，其特征在 于，首先，设置区域汇聚节点；然后区域汇聚节点分析处理风向和风速数据，并将处理后的 数据上传至风机服务器存储，所述方法至少包括以下步骤： 1) 对有效感知区域和模糊感知区域的节点以大小相同的正六边形形成分簇，采用随机 方式选取簇头并作为区域汇聚节点； 2) 区域汇聚节点计算并对比当前周期采集数据与前一周期风向方位和风速权值 刀〇^的差值：对于风向，若差值大于或等于门限，则上传数据，否则丢弃数据；对于风 速，若差值大于或等于门限，则上传数据，否则丢弃数据； 3) 区域汇聚节点将处理后的数据上传至风机服务器进行存储。
4. 根据权利要求1所述的基于分布式数据收集的风电机组动态重构方法，其特征在 于，风机服务器将数据上传给风电机组控制中心，风电机组控制中心分别均值化处理所有 风机服务器上传的风速和风向信息，并分别计算风向方位和风速权值iXK);然后根 据风速权值刀1?判断整个风电机组的工作模式是否一致，如果不一致则重构风电机组工 作模式，最后将重构信息传至各风机服务器，各风机服务器根据风向方位.?1动态调整风 电机组的迎风方向，完成工作模式的调整，即实现了风机的分布式管理与控制，所述方法至 少包括以下步骤： 1)风电机组控制中心处理所有风机服务器上传的数据： a) 分别均值化处理风向数据丨<!〇和风速数据rO); b) 将均值化处理后的风向数据；Κ?)转换为风向方位f(i)，其中 …(?) ξ [0%3S0:)具体如下： 将30〇:的风向均匀分成< 等份，设定正北方向为的风向，按顺时针方向计算角度， 则可将风向数据;^(亡)表示为风向方位):
则的取值为[0, L 2,…，? - 1}; c) 将均值化处理后的风速数据转换为风速权值zKri，转换公式如下：
F-为风电机组额定功率上限值，则的取值为fl，2,3,4j+; 2) 风电机组控制中心根据风速权仉厶(，)匹配风电机组的工作模式，并执行风电机组 工作模式的匹配重构： a) 预先设定风电机组的工作模式：风电机组控制中心根据风速权值设定风电机组的四 种工作模式：当风速权值分别为1、23和4：时，工作模式分别为无风模式、弱风模式、中 风模式和强风模式； b) 风电机组控制中心根据风速权值JXk)判断风电机组的工作模式是否一致，如果不 一致则重构风电机组工作模式，否则保持原有工作模式； 3) 若风电机组控制中心重构风电机组工作模式，则将重构信息传至各风机服务器，并 完成各风机的工作模式调整，从而实现一个周期内风电机组对风机的分布式管理与控制： a) 根据风向方位=(?.)调整风机的迎风方向； b) 调整风机的工作模式。
5.根据权利要求1所述的基于分布式数据收集的风电机组动态重构方法，其特征在 于，完成一个周期的风电机组工作模式重构后，将周期性地重复权利要求1中步骤2)-4)即 实现风电机组工作模式的动态重构及对风机的动态分布式管理与控制。
【专利摘要】针对风电场内各风电机组随风速、风向变化不一致的现象，本发明公开了一种基于分布式数据收集的风电机组动态重构方法。主要步骤：在一个周期内首先由分布式传感器收集各风机的风速和风向数据，再依次上传给区域汇聚节点、风机服务器和风电机组控制中心并进行处理，然后风电机组控制中心根据风向方位调整风电机组的迎风方向，并根据风速权值完成风电机组工作模式匹配重构，最后将重构信息传至各风机服务器，并完成各风机的工作模式调整。本发明采用周期性的工作方式，能实现风电机组工作模式动态重构和风机的动态调整，达到风电场对风电机组的动态分布式管理与控制的目的。
【IPC分类】F03D7-00
【公开号】CN104763585
【申请号】CN201510063090
【发明人】李哲涛, 杨柳, 李志军, 常宝明, 李婷煜
【申请人】湘潭大学
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年2月6日