本發(fā)明屬于風(fēng)力發(fā)電，具體涉及基于風(fēng)電機(jī)組scada數(shù)據(jù)分析的靜態(tài)偏航誤差判別方法。

背景技術(shù)：

1、偏航系統(tǒng)作為風(fēng)電機(jī)組的關(guān)鍵子系統(tǒng)，其主要作用是使機(jī)艙和風(fēng)輪能夠根據(jù)風(fēng)向的變化自動調(diào)整方向，確保風(fēng)輪始終對準(zhǔn)來風(fēng)方向，從而最大程度地捕獲風(fēng)能，提高發(fā)電效率。在實際運(yùn)行過程中，由于風(fēng)向的多變性、測量設(shè)備的精度局限、安裝調(diào)試的誤差以及控制策略等諸多因素，偏航誤差的出現(xiàn)難以避免。風(fēng)電機(jī)組偏航誤差主要分為由控制策略引起的動態(tài)偏航誤差，以及由風(fēng)向測量設(shè)備測量誤差引起的靜態(tài)偏航誤差，如圖1所示。

2、從能量捕獲角度來看，精準(zhǔn)測量和有效控制靜態(tài)偏航誤差，能夠使風(fēng)電機(jī)組更高效地捕獲風(fēng)能，提升風(fēng)電效率。從設(shè)備安全層面來講，降低或消除靜態(tài)偏航誤差，可避免風(fēng)電機(jī)組長期承受非正面風(fēng)力沖擊，從而減少葉片、輪轂、塔架等部件受到的不均衡載荷，延長設(shè)備的使用壽命，降低設(shè)備故障發(fā)生的概率，保障風(fēng)電機(jī)組穩(wěn)定可靠運(yùn)行。激光測風(fēng)雷達(dá)能夠高精度實時捕捉風(fēng)向變化，可實現(xiàn)偏航誤差的精確測算，但成本與維護(hù)難度大。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供基于風(fēng)電機(jī)組scada數(shù)據(jù)分析的靜態(tài)偏航誤差判別方法，可有效識別靜態(tài)偏航誤差，避免因靜態(tài)偏航誤差造成的風(fēng)電機(jī)組發(fā)電損失、不均衡載荷，也解決了激光測風(fēng)雷達(dá)校準(zhǔn)靜態(tài)偏航誤差帶來的高成本問題。

2、本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，基于風(fēng)電機(jī)組scada數(shù)據(jù)分析的靜態(tài)偏航誤差判別方法，具體包括如下步驟：

3、步驟1：獲取風(fēng)電機(jī)組的參數(shù)以及scada數(shù)據(jù)；

4、步驟2：識別和清洗scada數(shù)據(jù)中的異常數(shù)據(jù)；

5、步驟3：剔除和篩選識別及清洗后的scada數(shù)據(jù)中關(guān)于風(fēng)電機(jī)組控制策略影響下的運(yùn)行數(shù)據(jù)；

6、步驟4：靜態(tài)偏航誤差值分析與判別。

7、本發(fā)明的特點還在于：

8、步驟1中，風(fēng)電機(jī)組的參數(shù)，包括風(fēng)輪直徑 d、風(fēng)輪掃掠面積 a、風(fēng)能利用系數(shù) cp、風(fēng)電機(jī)組理論功率曲線、切入風(fēng)速 vin以及最優(yōu)葉尖速比 λopt；風(fēng)電機(jī)組理論功率曲線，為風(fēng)速-功率曲線；

9、scada數(shù)據(jù)為風(fēng)電機(jī)組的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括功率 p、風(fēng)速 v、運(yùn)行環(huán)境的空氣密度 ρ、風(fēng)輪轉(zhuǎn)速 ω、風(fēng)向角 φ、機(jī)艙角度 γ以及槳距角 β。

10、步驟2具體包括如下步驟：

11、步驟2.1：以風(fēng)電機(jī)組的參數(shù)及實際運(yùn)行條件為依據(jù)，剔除scada數(shù)據(jù)中的異常數(shù)據(jù)；

12、步驟2.2：將步驟2.1得到的數(shù)據(jù)，進(jìn)一步采用四分法剔除偏離風(fēng)電機(jī)組理論功率曲線的異常值；

13、步驟2.3：將步驟2.2得到的數(shù)據(jù)，進(jìn)一步采用dbscan聚類算法剔除異常值。

14、步驟2.1中，滿足下列任一條件的數(shù)據(jù)為scada數(shù)據(jù)中的異常數(shù)據(jù)：

15、條件1： v< vin；

16、條件2： p<0?；

17、條件3： cp-scada> cpmax；

18、式中，， a=πd2 /4， cpmax為風(fēng)電機(jī)組的參數(shù)中風(fēng)能利用系數(shù) cp的最大值。

19、步驟2.2具體為：

20、將步驟2.1得到的數(shù)據(jù)，以 pbin為功率子區(qū)間的步長，將功率 p劃分為若干子區(qū)間， pbin設(shè)置為：

21、（1）

22、式中， r為功率步長系數(shù)， r=0.002， pl為風(fēng)電機(jī)組的額定功率；

23、對于每一個子區(qū)間內(nèi)的功率數(shù)據(jù)點 pi，將 pi對應(yīng)的風(fēng)速數(shù)據(jù)點 vi使用四分位數(shù)篩選出偏離的異常值，具體為：將子區(qū)間內(nèi)所有風(fēng)速數(shù)據(jù)按數(shù)值大小排序，獲取風(fēng)速的上四分位數(shù) vuq和下四分位數(shù) vlq，則四分位距 viqr表示為：

24、（2）

25、將風(fēng)速數(shù)據(jù)點 vi滿足下列任一條件的數(shù)據(jù)點判定為異常數(shù)據(jù)，并剔除 vi以及對應(yīng)的 pi：

26、條件1：

27、條件2：。

28、步驟2.3具體為：

29、將步驟2.2得到的數(shù)據(jù)，以 vbin=0.5m/s為風(fēng)速子區(qū)間的步長，將風(fēng)速v由切入風(fēng)速 vin至切出風(fēng)速 vout劃分為若干子區(qū)間；以50kw為鄰域半徑，8為鄰域最小樣本數(shù)，對子區(qū)間內(nèi)的功率數(shù)據(jù)點 pi采用dbscan聚類算法剔除異常值。

30、步驟3具體為：

31、剔除槳距角 β不為零的數(shù)據(jù)；

32、選擇葉尖速比 λ不受風(fēng)速變化影響的區(qū)間內(nèi)的數(shù)據(jù)，葉尖速比 λ表示為：

33、（3）

34、式中， r= d/2；

35、根據(jù)選擇的葉尖速比數(shù)據(jù)，對應(yīng)保留最有風(fēng)速區(qū)間內(nèi)的數(shù)據(jù)。

36、步驟4具體包括如下步驟：

37、步驟4.1：將最優(yōu)風(fēng)速區(qū)間內(nèi)的數(shù)據(jù)，以0.4m/s為步長將風(fēng)速 v分成 i個子區(qū)間；

38、步驟4.2：對每個風(fēng)速子區(qū)間 i內(nèi)的數(shù)據(jù)，以偏航誤差 θ=2°為步長，將偏航誤差區(qū)間劃分為 j個子區(qū)間，其中偏航誤差 θ通過如下公式計算：

39、（4）

40、步驟4.3：計算每個風(fēng)速區(qū)間 i上每個偏航誤差子區(qū)間 j的功率均值，第 m個風(fēng)速子區(qū)間內(nèi)，第 n個偏航誤差子區(qū)間的功率均值，表示為：

41、（5）

42、式中， k為第 m風(fēng)速子區(qū)間內(nèi)，第 n偏航誤差子區(qū)間內(nèi)的功率點個數(shù)； pa表示 k個功率點內(nèi)第a個功率點對應(yīng)的功率；

43、同時，在偏航子區(qū)間內(nèi)計算每個最優(yōu)風(fēng)速區(qū)間內(nèi)功率均值之和，第 n個偏航誤差子區(qū)間內(nèi)功率均值之和，表示為：

44、（6）

45、步驟4.4：識別式（6）求得的均值之和的最大值，其對應(yīng)的偏航誤差即為風(fēng)電機(jī)組的靜態(tài)偏航誤差；

46、若功率均值之和最大值對應(yīng)在第 n個偏航誤差子區(qū)間，則靜態(tài)偏航誤差值表示為：

47、（7）

48、消除靜態(tài)偏航誤差后，發(fā)電功率 p+理論提升值表示為：

49、（8）。

50、本發(fā)明的有益效果是：

51、本發(fā)明基于風(fēng)電機(jī)組scada數(shù)據(jù)分析的靜態(tài)偏航誤差判別方法，通過對風(fēng)電機(jī)組scada歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行算法統(tǒng)計、清洗與篩選，分析并計算出風(fēng)電機(jī)組的靜態(tài)偏航誤差值，以高效率、低成本的方法消除因風(fēng)電機(jī)組靜態(tài)偏航誤差造成的發(fā)電損失，降低風(fēng)電機(jī)組承受的不均衡載荷，提升風(fēng)電場的經(jīng)營效益。