基于相關(guān)性分析的風(fēng)力發(fā)電機組性能評估方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于相關(guān)性分析的風(fēng)力發(fā)電機組性能評估方法，包括以下步驟：S1.通過大數(shù)據(jù)平臺收集數(shù)據(jù)；S2.確定待分析發(fā)電機組；S3.利用以時間為序的不同機組風(fēng)速對需要確定相關(guān)性的機組進行相關(guān)性分析；S4.選取修正機組，并求得修正機組的相對發(fā)電量；S5.求相對發(fā)電量的平均值，當(dāng)待分析的發(fā)電機組相對發(fā)電量低于平均發(fā)電量(k*100)％時，則待分析發(fā)電機組性能欠佳，急需整改，其中k為常數(shù)。本發(fā)明利用多層次的相關(guān)性、一致性分析方法，確定了相關(guān)機組，排除了復(fù)雜風(fēng)況對性能評估的影響，直接應(yīng)用相關(guān)機組的相對發(fā)電量作為評估標(biāo)準，排除了風(fēng)資源優(yōu)劣對發(fā)電的影響，評估結(jié)果更可靠。
【專利說明】
基于相關(guān)性分析的風(fēng)力發(fā)電機組性能評估方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種風(fēng)力發(fā)電機組性能評估方法，特別是一種基于相關(guān)性分析的風(fēng)力 發(fā)電機組性能評估方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 風(fēng)力發(fā)電近年來快速發(fā)展并得到了廣泛關(guān)注與支持。"十二五"規(guī)劃中明確提出， 到2015年，風(fēng)電裝機容量達到1.04億千瓦，到2020年這一數(shù)字提升到2億千瓦。從實際情況 看，2014年新增裝機容量2335.05萬千瓦，比2013年增長45.1 %，累計裝機容量1.1476339億 千瓦，比2013年新增25.5. %。2014年風(fēng)電發(fā)電量初步統(tǒng)計為1500多億千瓦時，然而在并網(wǎng) 裝機容量達到預(yù)期標(biāo)準的前提下并沒有達到預(yù)期的1800億千瓦時。
[0003] 風(fēng)力發(fā)電電場發(fā)電量的高低取決于風(fēng)力發(fā)電機組的性能好壞，其也是風(fēng)場盈利能 力強弱的關(guān)鍵。準確可靠地評估風(fēng)力發(fā)電機組性能可以幫助風(fēng)電場制定運維策略，有目的 地安排檢修。風(fēng)力發(fā)電機組性能好壞雖然從直觀上取決于其發(fā)電量的高低，然而實際評估 過程中，存在著風(fēng)力發(fā)電機組間風(fēng)況不相同且缺乏對比手段、風(fēng)力發(fā)電機組結(jié)構(gòu)及控制系 統(tǒng)復(fù)雜等種種難題，很難單一的依靠風(fēng)力發(fā)電機發(fā)電量的高低去評估其性能，目前并沒有 一種很好的能綜合考慮多種因素的方式去評估風(fēng)力發(fā)電機組，這使得無法分析風(fēng)力發(fā)電發(fā) 電量欠佳的原因進而加以整改。因此，需要提供一種通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計、分析的方法去評估不同 發(fā)電機組間性能優(yōu)劣的方法，并提供相應(yīng)算法找到性能較差的風(fēng)力發(fā)電機組，為風(fēng)場的高 質(zhì)量運行、發(fā)電量提升提供參考。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能綜合考慮多種因素的基于相關(guān)性分析 的風(fēng)力發(fā)電機組性能評估方法。
[0005] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下：
[0006] 基于相關(guān)性分析的風(fēng)力發(fā)電機組性能評估方法，包括以下步驟：
[0007] S1.通過大數(shù)據(jù)平臺收集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)為不同型號的風(fēng)力發(fā)電機組的以時間為序的 風(fēng)速、功率、實際發(fā)電量、湍流強度、風(fēng)向和平均風(fēng)速；
[0008] S2.確定待分析發(fā)電機組，從大數(shù)據(jù)平臺中提取所有型號為待分析發(fā)電機組的風(fēng) 速、功率、實際發(fā)電量、湍流強度、風(fēng)向和平均風(fēng)速；
[0009] S3.利用以時間為序的不同機組風(fēng)速對需要確定相關(guān)性的機組進行相關(guān)性分析：
[0010] S31.設(shè)待分析的發(fā)電機組以時間為序的風(fēng)速序列為Xl，需要確定相關(guān)性的機組以 時間為序的風(fēng)速序列為yi，則二者間的相關(guān)系數(shù)辦為：
[0011]
[0012] S32.Ri的值越尚，表不二者的相關(guān)性越尚，當(dāng)R1 > 01時表不^者相關(guān)，為相關(guān)性關(guān) 系機組，其中，紅31(0.:95;
[0013] S33.重復(fù)S31與S32,得到所有需要確定相關(guān)性的機組與待分析的發(fā)電機組的相關(guān) 系數(shù)，以及相關(guān)性關(guān)系機組；
[0014] S4.選取修正機組，并求得修正機組的相對發(fā)電量：
[0015] S41.從相關(guān)性機組中選取主風(fēng)向一致，且整個風(fēng)向頻率分布相關(guān)系數(shù)R2 >「2的 機組，其中，5 0.95,
[0016]風(fēng)向頻率分布相關(guān)系數(shù)R2的計算方法如下：
[0017]
[0018] 其中，i為風(fēng)向區(qū)間的序號，i = l，2,3……，f(i)為機組落在i區(qū)間內(nèi)的風(fēng)向概率；
[0019] S42.從S41篩選出來的機組中再選擇湍流強度相近的機組，篩選方法如下：
[0020]湍流強度區(qū)間為(C-c，C+c)，其中C為中心湍流強度，c為區(qū)間范圍，當(dāng)從S41篩選出 來的機組與待分析發(fā)電機組在同一時間段內(nèi)的湍流落在相同區(qū)間內(nèi)時，則二者湍流相近；
[0021] S43.計算相對發(fā)電量，方法如下：
[0022]
[0023] 其中，胃勢示為待分析發(fā)電機組的實際發(fā)電量，Wi耐為待分析發(fā)電機組的相對發(fā)電量， 7為S42篩選出來的機組的平均風(fēng)速；
[0024] S5.求相對發(fā)電量的平均值，當(dāng)待分析的發(fā)電機組相對發(fā)電量低于平均發(fā)電量(k* 100)%時，則待分析發(fā)電機組性能欠佳，急需整改，其中k為常數(shù)。
[0025] 本發(fā)明利用多層次的相關(guān)性、一致性分析方法，確定了相關(guān)機組，排除了復(fù)雜風(fēng)況 對性能評估的影響，直接應(yīng)用相關(guān)機組的相對發(fā)電量作為評估標(biāo)準，排除了風(fēng)資源優(yōu)劣對 發(fā)電的影響，評估結(jié)果更可靠。
[0026] 作為優(yōu)選，S1中，通過大數(shù)據(jù)平臺收集的數(shù)據(jù)，時間間隔一致，且時間范圍一致。 [0027]作為優(yōu)選，S41中，主風(fēng)向一致的確定方法如下：
[0028]風(fēng)向區(qū)間為(A_a，A+a)，其中A為中心風(fēng)向角，a為區(qū)間范圍，待分析發(fā)電機組落在 風(fēng)向區(qū)間內(nèi)的風(fēng)向數(shù)據(jù)占總體數(shù)據(jù)的比例為丹，待確定關(guān)系的機組相應(yīng)的比例為p2,二者差 值的絕對值為PP:
[0029] ρρ= |Ρι-Ρ2
[0030] 當(dāng)PP< 5%時，二者主風(fēng)向一致。
[0031]作為優(yōu)選，S41中，A為待分析發(fā)電機組以1°為間隔時風(fēng)頻分布最高的角度，a為5°。 [0032]作為優(yōu)選，風(fēng)向區(qū)間為，在一年的風(fēng)向數(shù)據(jù)中，相比同等大小的區(qū)間，且所有機組 的風(fēng)向落在風(fēng)向區(qū)間內(nèi)的比例最大。
[0033]作為優(yōu)選，S41中，風(fēng)向區(qū)間為(B(i)_b，B(i)+b)，其中i為風(fēng)向區(qū)間的序號，i = l， 2,3……，B(i)為該區(qū)間的中心風(fēng)向，b為區(qū)間范圍，i個區(qū)間為大小相同、相互沒有交集且覆 蓋0-360°范圍。
[0034]作為優(yōu)選，B 和b 的取值為，B = 0.25+0.5i，b = (h25。
[0035]作為優(yōu)選，S5中，相對發(fā)電量的平均值的計算方法如下：
[0036]
[0037] 其中，η為經(jīng)S4篩選后的發(fā)電機組數(shù)量，k為常數(shù)，且0.8 <k<l，當(dāng)待分析機組的 W_ < k時，則待分析機組性能欠佳。k值越大，對機組的評估越嚴格。
[0038] 本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點及效果：
[0039] 1、由于本發(fā)明利用大數(shù)據(jù)平臺收集足夠多的數(shù)據(jù)，使得評估結(jié)果更可靠，更接近 實際。
[0040] 2、由于本發(fā)明利用多層次的相關(guān)性、一致性分析方法，使得評估結(jié)果更可靠，更接 近實際。
[0041] 3、由于本發(fā)明通過確定相關(guān)機組，排除了復(fù)雜風(fēng)況對性能評估的影響，直接應(yīng)用 相關(guān)機組的相對發(fā)電量作為評估標(biāo)準，排除了風(fēng)資源優(yōu)劣對發(fā)電的影響，使得評估結(jié)果具 有更高的準確性。
[0042] 4、由于本發(fā)明使用大數(shù)據(jù)的發(fā)電量作為評估標(biāo)準，將風(fēng)機的復(fù)雜結(jié)構(gòu)作為操作黑 箱處理，簡化了評估流程，更具工程意義。
【具體實施方式】
[0043] 下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明，以下實施例是對本發(fā)明的解釋而 本發(fā)明并不局限于以下實施例。
[0044] 實施例1:
[0045] 在本實施例中，基于相關(guān)性分析的風(fēng)力發(fā)電機組性能評估方法，包括以下步驟：
[0046] S1.通過大數(shù)據(jù)平臺收集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)為不同型號的風(fēng)力發(fā)電機組的以時間為序的 風(fēng)速、功率、實際發(fā)電量、湍流強度、風(fēng)向和平均風(fēng)速；
[0047] S2.確定待分析發(fā)電機組，從大數(shù)據(jù)平臺中提取所有型號為待分析發(fā)電機組的風(fēng) 速、功率、實際發(fā)電量、湍流強度、風(fēng)向和平均風(fēng)速；
[0048] S3.利用以時間為序的不同機組風(fēng)速對需要確定相關(guān)性的機組進行相關(guān)性分析：
[0049] S31.設(shè)待分析的發(fā)電機組以時間為序的風(fēng)速序列為Xl，需要確定相關(guān)性的機組以 時間為序的風(fēng)速序列為 yi，則二者間的相關(guān)系數(shù)辦為：
[0050]
[0051] S32.Ri的值越尚，表不二者的相關(guān)性越尚，當(dāng)R1 > (51時表不^?者相關(guān)，為相關(guān)性關(guān) 系機組，其中
[0052] S33.重復(fù)S31與S32,得到所有需要確定相關(guān)性的機組與待分析的發(fā)電機組的相關(guān) 系數(shù)，以及相關(guān)性關(guān)系機組；
[0053] S4.選取修正機組，并求得修正機組的相對發(fā)電量：
[0054] S41.從相關(guān)性機組中選取主風(fēng)向一致，且整個風(fēng)向頻率分布相關(guān)系數(shù)R2 > Γ2的 機組，其中，〇·8$讜 S 0.95，
[0055]風(fēng)向頻率分布相關(guān)系數(shù)R2的計算方法如下：
[0056]
[0057] 其中，i為風(fēng)向區(qū)間的序號，i = l，2,3……，f(i)為機組落在i區(qū)間內(nèi)的風(fēng)向概率；
[0058] S42.從S41篩選出來的機組中再選擇湍流強度相近的機組，篩選方法如下：
[0059] 湍流強度區(qū)間為(C-c，C+c)，其中C為中心湍流強度，c為區(qū)間范圍，當(dāng)從S41篩選出 來的機組與待分析發(fā)電機組在同一時間段內(nèi)的湍流落在相同區(qū)間內(nèi)時，則二者湍流相近；
[0060] S43.計算相對發(fā)電量，方法如下：
[0061]
[0062] 其中，胃勢示為待分析發(fā)電機組的實際發(fā)電量，Wi耐為待分析發(fā)電機組的相對發(fā)電量， 5為S42篩選出來的機組的平均風(fēng)速；
[0063] S5.求相對發(fā)電量的平均值，當(dāng)待分析的發(fā)電機組相對發(fā)電量低于平均發(fā)電量(k* 100)%時，則待分析發(fā)電機組性能欠佳，急需整改，其中k為常數(shù)。
[0064]上述的S1中，大數(shù)據(jù)的收集主要為了后面的處理提供足夠的數(shù)據(jù)支撐。
[0065]上述的S1中，通過大數(shù)據(jù)平臺收集的數(shù)據(jù)，時間間隔一致，且時間范圍一致。
[0066]上述的S2中，選取相同型號的發(fā)電機組的目的是以保證其包括葉輪直徑、輪轂高 度、控制系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、發(fā)電機、傳感系統(tǒng)等是采用相同的設(shè)備與技術(shù)。
[0067]上述的S41中，主風(fēng)向一致的確定方法如下：
[0068]風(fēng)向區(qū)間為(A_a，A+a)，其中A為中心風(fēng)向角，a為區(qū)間范圍，待分析發(fā)電機組落在 風(fēng)向區(qū)間內(nèi)的風(fēng)向數(shù)據(jù)占總體數(shù)據(jù)的比例為丹，待確定關(guān)系的機組相應(yīng)的比例為p2,二者差 值的絕對值為PP:
[0069] ρρ= |Ρι-Ρ2
[0070] 當(dāng)PP< 5%時，二者主風(fēng)向一致。
[0071]上述的S41中，A為待分析發(fā)電機組以1°為間隔時風(fēng)頻分布最高的角度，a為5°。 [0072]上述的風(fēng)向區(qū)間為，在一年的風(fēng)向數(shù)據(jù)中，相比同等大小的區(qū)間，且所有機組的風(fēng) 向落在風(fēng)向區(qū)間內(nèi)的比例最大。
[0073] 上述的S41中，風(fēng)向區(qū)間為(B(i)_b，B(i)+b)，其中i為風(fēng)向區(qū)間的序號，i = l，2， 3……，B(i)為該區(qū)間的中心風(fēng)向，b為區(qū)間范圍，i個區(qū)間為大小相同、相互沒有交集且覆蓋 0-360° 范圍。
[0074] 上述的 B 和b 的取值為，B = 0.25+0.5i，b = 0.25。
[0075] 上述的S5中，相對發(fā)電量的平均值的計算方法如下：
[0076]
[0077]其中，η為經(jīng)S4篩選后的發(fā)電機組數(shù)量，k為常數(shù)，且0.8 <k<l，當(dāng)待分析機組的 Wwi Sk時，則待分析機組性能欠佳。根據(jù)不同的評估要求或者對機組的不同要求， 可以根據(jù)實際需要確定k的具體數(shù)值。
[0078] 實施例2:
[0079] 本實施例與實施例1相似，其不同僅在于：
[0080] S5.求相對發(fā)電量的平均值，當(dāng)待分析的發(fā)電機組相對發(fā)電量低于平均發(fā)電量 80%時，則待分析發(fā)電機組性能欠佳，急需整改，其中k為常數(shù)。
[0081 ]在步驟S5中，相對發(fā)電量的平均值的計算方法如下：
[0082]
[0083]其中，η為經(jīng)S4篩選后的發(fā)電機組數(shù)量，在本實施例中取k = 0.8,當(dāng)待分析機組的 ，則待分析機組性能欠佳。
[0084] k的取值越大，對機組的評估越嚴格，因此在k取0.8時，對機組的評估較為寬松，不 嚴格。
[0085] 實施例3:
[0086] 本實施例與實施例1和/或?qū)嵤├?相似，其不同僅在于：
[0087] S5.求相對發(fā)電量的平均值，當(dāng)待分析的發(fā)電機組相對發(fā)電量低于平均發(fā)電量 90%時，則待分析發(fā)電機組性能欠佳，急需整改，其中k為常數(shù)。
[0088] 在步驟S5中，相對發(fā)電量的平均值的計算方法如下：
[0089]
[0090]其中，η為經(jīng)S4篩選后的發(fā)電機組數(shù)量，在本實施例中取k = 0.9,當(dāng)待分析機組的 k * 1時，則待分析機組性能欠佳。
[0091 ] k的取值越大，對機組的評估越嚴格，因此在k取0.9時，對機組的評估較為嚴格。 [0092]此外，需要說明的是，本說明書中所描述的具體實施例，其零、部件的形狀、所取名 稱等可以不同。凡依本發(fā)明專利構(gòu)思所述的構(gòu)造、特征及原理所做的等效或簡單變化，均包 括于本發(fā)明專利的保護范圍內(nèi)。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實施 例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，只要不偏離本發(fā)明的結(jié)構(gòu)或者超越本 權(quán)利要求書所定義的范圍，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種基于相關(guān)性分析的風(fēng)力發(fā)電機組性能評估方法，其特征是:包括以下步驟：51. 通過大數(shù)據(jù)平臺收集數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)為不同型號的風(fēng)力發(fā)電機組的以時間為序的 風(fēng)速、功率、實際發(fā)電量、湍流強度、風(fēng)向和平均風(fēng)速；52. 確定待分析發(fā)電機組，從大數(shù)據(jù)平臺中提取所有型號為待分析發(fā)電機組的風(fēng)速、功 率、實際發(fā)電量、湍流強度、風(fēng)向和平均風(fēng)速；53. 利用以時間為序的不同機組風(fēng)速對需要確定相關(guān)性的機組進行相關(guān)性分析： S31.設(shè)待分析的發(fā)電機組以時間為序的風(fēng)速序列為X1，需要確定相關(guān)性的機組以時間 為序的風(fēng)速序列為yi，則二者間的和羊蒸救R1為·S32 .Ri的值越尚，表不二者的相關(guān)性越尚，當(dāng)R:i >祖時表不^者相關(guān)，為相關(guān)性關(guān)系機 組，其中，().ΜΠ 5；0.95 ; S33.重復(fù)S31與S32,得到所有需要確定相關(guān)性的機組與待分析的發(fā)電機組的相關(guān)系 數(shù)，以及相關(guān)性關(guān)系機組；54. 選取修正機組，并求得修正機組的相對發(fā)電量：541. 從相關(guān)性機組中選取主風(fēng)向一致，且整個風(fēng)向頻率分布相關(guān)系數(shù)R;. > (:'2的機組， 其中，?).8<(Κ0.95 , 風(fēng)向頻率分布相關(guān)系數(shù)R2的計算方法如下：其中，i為風(fēng)向區(qū)間的序號，i = l，2,3……，f(i)為機組落在i區(qū)間內(nèi)的風(fēng)向概率；542. 從S41篩選出來的機組中再選擇湍流強度相近的機組，篩選方法如下： 湍流強度區(qū)間為(C-c，C+c)，其中C為中心湍流強度，c為區(qū)間范圍，當(dāng)從S41篩選出來的 機組與待分析發(fā)電機組在同一時間段內(nèi)的湍流落在相同區(qū)間內(nèi)時，則二者湍流相近；543. 計算相對發(fā)電量，方法如下：其中，!示為待分析發(fā)電機組的實際發(fā)電量，Wi耐為待分析發(fā)電機組的相對發(fā)電量，卞_為 S42篩選出來的機組的平均風(fēng)速；55. 求相對發(fā)電量的平均值，當(dāng)待分析的發(fā)電機組相對發(fā)電量低于平均發(fā)電量（k* 100)%時，則待分析發(fā)電機組性能欠佳，急需整改，其中k為常數(shù)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于相關(guān)性分析的風(fēng)力發(fā)電機組性能評估方法，其特征是:所 述的Sl中，通過大數(shù)據(jù)平臺收集的數(shù)據(jù)，時間間隔一致，且時間范圍一致。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于相關(guān)性分析的風(fēng)力發(fā)電機組性能評估方法，其特征是:所 述的S41中，主風(fēng)向一致的確定方法如下： 風(fēng)向區(qū)間為(A_a，A+a)，其中A為中心風(fēng)向角，a為區(qū)間范圍，待分析發(fā)電機組落在所述 風(fēng)向區(qū)間內(nèi)的風(fēng)向數(shù)據(jù)占總體數(shù)據(jù)的比例為丹，待確定關(guān)系的機組相應(yīng)的比例為P2,二者差 值的絕對值為PP: PP= IPi-P2 當(dāng)PP < 5 %時，二者主風(fēng)向一致。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于相關(guān)性分析的風(fēng)力發(fā)電機組性能評估方法，其特征是:所 述的S41中，A為待分析發(fā)電機組以1°為間隔時風(fēng)頻分布最高的角度，a為5°。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于相關(guān)性分析的風(fēng)力發(fā)電機組性能評估方法，其特征是:所 述的風(fēng)向區(qū)間為，在一年的風(fēng)向數(shù)據(jù)中，相比同等大小的區(qū)間，且所有機組的風(fēng)向落在所述 風(fēng)向區(qū)間內(nèi)的比例最大。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于相關(guān)性分析的風(fēng)力發(fā)電機組性能評估方法，其特征是:所 述的S41中，風(fēng)向區(qū)間為(B(i)-b，B(i)+b)，其中i為風(fēng)向區(qū)間的序號，i = l，2,3……，B(i)為 該區(qū)間的中心風(fēng)向，b為區(qū)間范圍，i個區(qū)間為大小相同、相互沒有交集且覆蓋0-360°范圍。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于相關(guān)性分析的風(fēng)力發(fā)電機組性能評估方法，其特征是:所 述的 B 和b 的取值為，B = 0.25+0.5i，b = 0.25。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于相關(guān)性分析的風(fēng)力發(fā)電機組性能評估方法，其特征是:所 述的S5中，相對發(fā)電量的平均值的計筧方法如下：其中，η為經(jīng)S4篩選后的發(fā)電機組數(shù)量，k為常數(shù)，且0.8 <k<l，當(dāng)待分析機組的 W相對時，則待分析機組性能欠佳。
【文檔編號】F03D17/00GK105888987SQ201610250668
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月21日
【發(fā)明人】葉小廣, 劉慶超, 孔德同, 孫昊, 于文革, 王志, 雷陽, 付立
【申請人】華電電力科學(xué)研究院