一種風電場技術改造需求系統性評估預測方法技術方案

本發明專利技術涉及風電場技術改造管理技術領域，特別涉及一種風電場技術改造需求系統性評估預測方法，利用風電場風資源數據和風力發電機組SCADA數據，將風資源數值分析同風電場數據分析相結合，修正或剔除測量儀器偏差，有效規避風資源波動、周圍環境變化的影響；從統計學意義上解決了來流風速傳遞函數定義問題，繞過風力發電機組三維流場數值分析的計算難度，避免高空流場三維風資源測量的周期和成本；有效評估風力發電機組發電效率衰減情況，合理預測風力發電機組技術改造需求發生的時間節點；實現了評估風力發電機組發電效率衰減情況、預測風力發電機組技術改造需求情況，形成了一套完整的風電場技術改造需求系統性評估預測方法。整的風電場技術改造需求系統性評估預測方法。

【技術實現步驟摘要】
一種風電場技術改造需求系統性評估預測方法


[0001]本專利技術涉及風電場技術改造管理
，特別涉及一種風電場技術改造需求系統性評估預測方法。

技術介紹

[0002]隨著風力發電項目規模化應用的普及，風電場微觀選址、風電機組設計制造、風電機組運行監測、關鍵部件故障診斷等方面的技術不斷迭代進步，在役風電場運行一段時間后常遇到的問題包含以下情況：1)風電場前期開發過程中收集風資源資料數據量且/或精度不足，使風電機組微觀選址規劃工作的可行性受到影響；2)風電場建設等環境因素變化致使風資源情況衰減，引發風電機組運行滿發小時數無法達到規劃預期；3)自然環境中風電機組長期運行經歷超出設計范疇的老化、損傷，造成風電機組發電性能、機械結構安全性下降；4)風電機組運行監測系統傳感器故障或測試結果出現較大偏差，影響風電機組性能評估失真；5)風電機組及關鍵部件設計方法進步、新技術/新材料推廣應用，使風電場功率提升、平準化度電成本下降成為可能。
[0003]面對諸多不確定因素，風電場工程技術人員由于技術局限或信息不足，往往只使用風電機組數據采集與監視控制系統(SCADA)提供的數據進行分析，選取年發電量作為評價指標，通過判斷機組是否達到期望要求，做出對于低效機組安排相關功率提升技術改造服務的決策。該種方法僅易于橫向比較機組發電量結果的相對多少，但由于每年風資源情況的波動、風電場周圍環境條件的變化、機組故障停機維修、SCADA系統傳感器累積偏差及程序定期更新等原因，機組發電量多少與機組發電性能優劣并不存在簡單的對應關系。低效機組功率提升技術改造是一種技術手段，作用于真實的低效機組，可以提升機組發電性能和/或增加機組正常發電時間，從而提高機組發電量；作用于非真實的低效機組，由于整機各部件都存在安全裕度限制，單個部件的性能提升或者會受到限制，無法形成機組發電量的明顯提高，降低服務的投資回報率，或者會增大關鍵部件的安全風險，引發機組故障停機等問題，增加運行維護頻次和成本。簡而言之，技改工作延遲，影響機組乃至風電場發電量；技改工作提前，造成投資成本浪費，降低風電場運營收益。
[0004]此外，由于技改工作本身也存在備品備件生產存儲、施工資源調配占用等需求，各個環節都與風電場運營策略以及資金成本優化息息相關。如果可以事先預知風電場技改需求的種類、數量、時間范圍，提前策劃排布相關供需關系，一方面可以系統優化物料、技術資源配置，有效解決風電場現金流相關問題；一方面可以系統優化集中、合并工期，有效減小風電場因技改引發的運營損失，達到事半功倍的效果。
[0005]基于風電場精細化運營理念，傳統采用忽略風資源波動、周圍環境變化或測量儀器偏差的粗線條分析方法、發現/確認問題才啟動排查解決技改需求的思路，已經無法滿足追求風電機組全生命周期內平準化度電成本最優的經濟效益目標的要求。同時，考慮到風電場工程技術人員缺乏整機、重要部件的建模設計經驗，研究一種基于糾準偏差的測量分析方法，實現風電場技術改造需求系統性評估預測，對于風電場技術發展的迭代積累、更新
進步尤為重要。

技術實現思路

[0006]本專利技術的目的在于提供一種風電場技術改造需求系統性評估預測方法，解決了目前技改思路無法滿足風電場技術改造需求的問題。
[0007]本專利技術是通過以下技術方案來實現：
[0008]一種風電場技術改造需求系統性評估預測方法，包括以下步驟：
[0009]步驟一、利用風電場風資源數據和風力發電機組SCADA數據，將風資源數值分析同風電場數據分析相結合，修正或剔除測量儀器偏差，從統計學意義上利用構造離散概率分布函數定義來流風速傳遞函數，采用推導來流風速作為自變量繪制風力發電機組功率曲線，進而實現包含風輪性能變化的風力發電機組發電效率衰減情況的評估工作，根據評估工作結果實現判斷風力發電機組的技術改造需求；
[0010]步驟二、利用風電場歷年風力發電機組發電量結果以及已經實施的技術改造工作記錄，實現預測風力發電機組技術改造需求發生的時間節點。
[0011]進一步，步驟一具體包括以下過程：
[0012]S1、采集風電場風資源數據和風力發電機組SCADA數據；風電場風資源數據包括風速、風向及湍流強度，風力發電機組SCADA數據包括機組運行狀態、風輪朝向、機艙風速以及機組輸出功率；
[0013]S2、利用S1收集到的風電場風資源數據和風力發電機組SCADA數據，通過測量風速分布規律對比，修整或剔除測量儀器引起的測量誤差，得到修正后的風電場風資源數據和修正后的第j年第i臺風力發電機組SCADA數據中的風輪朝向、機艙風速v
NHij
以及機組輸出功率p
ij
；
[0014]利用修正后的第j年第i臺風力發電機組SCADA數據中的風輪朝向，結合修正后的風電場風資源數據數值分析結果，得到第j年第i臺風力發電機組輪轂高度處來流風速v
HHij
；
[0015]S3、利用S1收集到的第j年第i臺風力發電機組SCADA數據中的機組運行狀態，篩選出第j年第i臺風力發電機組正常運行時段內的風力發電機組輪轂高度處來流風速v
HHij
，同時篩選出第j年第i臺風力發電機組正常運行時段內的風力發電機組機艙風速v
NHij
和機組輸出功率p
ij
，并保證三組數據結果具有時間對應性；
[0016]S4、利用S3篩選的第j年第i臺風力發電機組正常運行時段內的風力發電機組輪轂高度處來流風速v
HHij
和機艙風速v
NHij
建立來流風速傳遞函數；
[0017]S5、通過來流風速傳遞函數判斷對應風力發電機組是否存在測量儀器系統性偏差問題；
[0018]通過來流風速傳遞函數，結合利用S3篩選的第j年第i臺風力發電機組正常運行時段內的風力發電機組機艙風速和機組輸出功率，得到第j年第i臺風力發電機組功率曲線，使用與第1年第i臺風力發電機組功率曲線量化數據的相對誤差，定義第j年第i臺風力發電機組功率曲線變化率Δ
ij
，作為風力發電機組發電效率衰減的評價指標；當風力發電機組功率曲線變化率Δ
ij
大于規定閾值，則認為第i臺風力發電機組考慮在第j+1年安排技改提升工作；其中，規定閾值由風電場項目成本核算要求確定。
[0019]進一步，S2包括以下步驟：
[0020]S2.1、利用S1收集到的第j年風電場風資源數據中的風速數據，繪制風速概率分布曲線，修正或剔除由于測風塔測風儀測量誤差引起的明顯偏離正態分布規律的風速數據，同時修正或剔除對應時刻的風向、湍流強度數據，得到修正后的第j年風電場風資源數據；
[0021]利用修正后的第j年風電場風資源數據，結合風電場周圍環境情況、風電場機組運營情況，進行風電場第j年風資源分析，得到第j年第i臺風力發電機組輪轂高度處風速v
HHij
、風向計算結果；
[0022]S2.2、利用S1收集到的第本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種風電場技術改造需求系統性評估預測方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟一、利用風電場風資源數據和風力發電機組SCADA數據，將風資源數值分析同風電場數據分析相結合，修正或剔除測量儀器偏差，從統計學意義上利用構造離散概率分布函數定義來流風速傳遞函數，采用推導來流風速作為自變量繪制風力發電機組功率曲線，進而實現包含風輪性能變化的風力發電機組發電效率衰減情況的評估工作，根據評估工作結果實現判斷風力發電機組的技術改造需求；步驟二、利用風電場歷年風力發電機組發電量結果以及已經實施的技術改造工作記錄，實現預測風力發電機組技術改造需求發生的時間節點。2.根據權利要求1所述的一種風電場技術改造需求系統性評估預測方法，其特征在于，步驟一具體包括以下過程：S1、采集風電場風資源數據和風力發電機組SCADA數據；風電場風資源數據包括風速、風向及湍流強度，風力發電機組SCADA數據包括機組運行狀態、風輪朝向、機艙風速以及機組輸出功率；S2、利用S1收集到的風電場風資源數據和風力發電機組SCADA數據，通過測量風速分布規律對比，修整或剔除測量儀器引起的測量誤差，得到修正后的風電場風資源數據和修正后的第j年第i臺風力發電機組SCADA數據中的風輪朝向、機艙風速v
NHij
以及機組輸出功率p
ij
；利用修正后的第j年第i臺風力發電機組SCADA數據中的風輪朝向，結合修正后的風電場風資源數據數值分析結果，得到第j年第i臺風力發電機組輪轂高度處來流風速v
HHij
；S3、利用S1收集到的第j年第i臺風力發電機組SCADA數據中的機組運行狀態，篩選出第j年第i臺風力發電機組正常運行時段內的風力發電機組輪轂高度處來流風速v
HHij
，同時篩選出第j年第i臺風力發電機組正常運行時段內的風力發電機組機艙風速v
NHij
和機組輸出功率p
ij
，并保證三組數據結果具有時間對應性；S4、利用S3篩選的第j年第i臺風力發電機組正常運行時段內的風力發電機組輪轂高度處來流風速v
HHij
和機艙風速v
NHij
建立來流風速傳遞函數；S5、通過來流風速傳遞函數判斷對應風力發電機組是否存在測量儀器系統性偏差問題；通過來流風速傳遞函數，結合利用S3篩選的第j年第i臺風力發電機組正常運行時段內的風力發電機組機艙風速和機組輸出功率，得到第j年第i臺風力發電機組功率曲線，使用與第1年第i臺風力發電機組功率曲線量化數據的相對誤差，定義第j年第i臺風力發電機組功率曲線變化率Δ
ij
，作為風力發電機組發電效率衰減的評價指標；當風力發電機組功率曲線變化率Δ
ij
大于規定閾值，則認為第i臺風力發電機組考慮在第j+1年安排技改提升工作；其中，規定閾值由風電場項目成本核算要求確定。3.根據權利要求2所述的一種風電場技術改造需求系統性評估預測方法，其特征在于，S2包括以下步驟：S2.1、利用S1收集到的第j年風電場風資源數據中的風速數據，繪制風速概率分布曲線，修正或剔除由于測風塔測風儀測量誤差引起的明顯偏離正態分布規律的風速數據，同時修正或剔除對應時刻的風向、湍流強度數據，得到修正后的第j年風電場風資源數據；利用修正后的第j年風電場風資源數據，結合風電場周圍環境情況、風電場機組運營情
況，進行風電場第j年風資源分析，得到第j年第i臺風力發電機組輪轂高度處風速v
HHij
、風向計算結果；S2.2、利用S1收集到的第j年第i臺風力發電機組SCADA數據中的機艙風速v
NHij
，繪制風速概率分布曲線，修正或剔除由于機艙測風儀測量誤差引起的明顯偏離正態分布規律的機艙風速數據，同時修正或剔除對應時刻的風輪朝向、機組輸出功率數據，得到修正后的第j年第i臺風力發電機組SCADA數據；S2.3、利用修正后的第j年第i臺風力發電機組SCADA數據中的風輪朝向，結合S2.1中得到的第j年第i臺風力發電機組輪轂高度處風向計算結果，將對應風速計算結果向風輪朝向方向投影，得到第j年第i臺風力發電機組輪轂高度處來流風速v
HHij
。4.根據權利要求2所述的一種風電場技術改造需求系統性評估預測方法，其特征在于，S4中，來流風速傳遞函數的建立過程為：將S3篩選后的第j年第i臺風力發電機組正常運行時段內的風力發電機組輪轂高度處來流風速v
HHij
和機艙風速v
NHij
，分別記為數據族{v
HHij
(t)}和{v
NHij
(t)}；風力發電機組正常運行時段內，機艙風速范圍對應從切入風速v
in
到切出風速v
out
，將其等分為K個風速區間，即取風速區間單位寬度對應的風速區間邊界v
Nk
＝v
in
+kΔv，滿足v
N0
＝v
in
，v
NK
＝v
out
；在第k個風速區間[v
Nk
?1，v
Nk
)，其機艙風速平均值定義為數據族{v
NHij
(t)}落入該風速區間的風速數據代數平均值，對應的風速分布概率密度定義為數據族{v
NHij
(t)}落入該風速區間的風速數據個數與數據族{v

【專利技術屬性】
技術研發人員：鄭磊，盧坤鵬，林偉榮，袁曉旭，
申請(專利權)人：中國華能集團清潔能源技術研究院有限公司，
類型：發明
國別省市：