一種故障風機損失發(fā)電量的估計方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種故障風機損失發(fā)電量的估計方法，包括如下步驟1)根據(jù)風機的地理信息，建立風機的無向圖模型；2)風機發(fā)生故障停運時根據(jù)風機的無向圖模型，試圖獲取地理位置距離故障風機最近的兩臺正常運行風機；3)如果獲取成功，利用地理位置距離故障風機最近的兩臺正常運行風機風速風向，對故障風機故障期間所損失的發(fā)電量進行估計；4)如果獲取失敗，或者所獲取的風機與故障風機之間的距離大于測風塔與故障風機之間的距離，則利用測風塔風速風向，對故障風機故障期間所損失的發(fā)電量進行估計。本發(fā)明的估計方法，提供了對風機故障期間所損失的發(fā)電量的合理估計，可作為風電場對風機故障造成的經(jīng)濟損失進行量化評估時的數(shù)據(jù)依據(jù)。
【專利說明】一種故障風機損失發(fā)電量的估計方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于風電場【技術領域】，具體涉及一種故障風機損失發(fā)電量的估計方法。

【背景技術】
[0002] 近年來隨著我國經(jīng)濟建設的高速持續(xù)發(fā)展，對能源的需求日益的增加。但是全球 范圍內(nèi)石油、煤炭等傳統(tǒng)化石能源卻日益的緊缺，另一方面聯(lián)合國全球氣候變化框架公約 以及京都議定書等要求世界各國政府必須進行節(jié)能減排，使得我國的能源供應面臨著很大 的壓力。而風能是一種清潔、安全和高效的能源，在保護生態(tài)環(huán)境、延緩全球氣候變暖、推進 可持續(xù)發(fā)展等方面具有重要的積極意義。因此風能可作為解決傳統(tǒng)能源供應日益緊張的問 題的途徑，近年來我國風電產(chǎn)業(yè)得到了大規(guī)模的快速的發(fā)展。
[0003] 但是風電場的投資往往比較巨大，風電產(chǎn)業(yè)是否可持續(xù)健康的發(fā)展在一定程度上 取決于風電場后期運行期間的經(jīng)濟效益。而風機的故障率對風電場運行期間的經(jīng)濟效益有 著重要的影響，因此需要對風機故障造成的經(jīng)濟損失進行量化評估。風機故障所造成的經(jīng) 濟損失有兩個方面，一是設備的維修，二是風機所損失的發(fā)電量，前者可用維修費用精確的 表述，而后者由于缺乏一個有效的對風機故障停運期間損失發(fā)電量的估計方法，因此很難 進行量化評估。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的技術目的是針對風電場對風機故障造成的經(jīng)濟損失進行量化評估的需 求，提供了一種故障風機損失發(fā)電量的估計方法。
[0005]為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明采用的技術方案為：一種故障風機損失發(fā)電量的估 計方法，其特征在于，包括如下步驟：
[0006] 1)根據(jù)風機的地理信息，建立風機的無向圖模型；
[0007] 2)風機發(fā)生故障停運時根據(jù)風機的無向圖模型，獲取地理位置距離故障風機最近 的兩臺正常運行風機；
[0008] 3)如果獲取成功，利用地理位置距離故障風機最近的兩臺正常運行風機風速風 向，對故障風機故障期間所損失的發(fā)電量進行估計；
[0009] 4)如果獲取失敗，或者所獲取的風機與故障風機之間的距離大于測風塔與故障風 機之間的距離，則利用測風塔風速風向，對故障風機故障期間所損失的發(fā)電量進行估計。 [0010]前述的一種故障風機損失發(fā)電量的估計方法，其特征在于：在所述步驟1)中，風 機的無向圖模型以風機作為圖的頂點，邊權重為風機之間的物理距離，物理距離通過對風 機地理坐標進行換算得到。
[0011] 前述的一種故障風機損失發(fā)電量的估計方法，其特征在于：在所述步驟2)中，風 機發(fā)生故障停運時根據(jù)風機的無向圖模型，試圖獲取地理位置距離故障風機最近的兩臺正 常運行風機，獲取方法如下：
[0012]設風電場共有η臺風機，DOli,!!；)表示兩臺風機叫與nj之間的物理距離，D(ni，T) 表示風機與測風塔τ之間的物理距離，其中1彡i彡n，l彡j彡η ;增設兩臺虛擬風機 ηη+1與ηη+2，任意一臺風機與該兩臺虛擬風機之間的物理距離為無窮大，即D (ni，ηη+1)=。， D(ni，ηη+2) =〇°，其中1彡i彡η，00表示無窮大；
[0013] 假設風機Α在時間段t G [tl，t2]發(fā)生故障停運，首先將距離風機Α最近的兩臺正 常運行的風機B和C設為增設的虛擬風機:B = nn+1，C = πη+2 ;
[0014] 遍歷η臺風機，進行η輪循環(huán)，其中對風機ni(l彡i彡η)進行如下操作：
[0015] 21)如果叫為風機Α本身，則結束本輪循環(huán)并開始下一輪循環(huán)，否則進行步驟 22)；
[0016] 22)如果風機叫在時間段t e [t^tj內(nèi)正常運行，并且D(ni，A) < D(B，A)，則置 B為B二ni，結束本輪循環(huán)并開始下一輪循環(huán)，否則進行步驟23); _7] 23)如果風機叫在時間段t e [t!，!^]內(nèi)正常運行，并且D(ni，A) < D(C，A),則置 C為C = ni，結束本輪循環(huán)并開始下一輪循環(huán)；
[0018] 循環(huán)結束后，如果 B 乒 nn+1，D(A，B) < D(A，T)且 C 關 nn+2,D(A, C) < D(A，T)，則表 明獲取成功，否則獲取失敗。
[0019] 前述的一種故障風機損失發(fā)電量的估計方法，其特征在于，如果獲取成功，利用 地理位置距離故障風機最近的兩臺正常運行風機風速，對故障風機故障期間所損失的發(fā)電 量進行估計，估計方法如下： '
[0020] 設風機B和C的風速分別為Vl⑴和v2⑴，風向為屯⑴和d 2 (t);
[0021] 假設在時間段[tn t2]內(nèi)djt)和d2(t)與東西方向的夾角為Θ Jt)和θ 2(t)，其 中θ1; Θ2ε [0°，90° ],則B和C風機的風速在南北方向的分量VHB(t)、VHC⑴和東西方 向的分量Vu (t)、Vm⑴分別為：
[0022] 1 s e[0 ,90 ] ( 1 )
[0023] lvtc(0 = ^2(〇sin(^(/))
[0024] 風機人和風機8、（：之間的距離0(八，8)、0(4,〇在南北方向的分量〇1)和東西方向 的分量分別為：
[0025] i n m ^e[0,90j (3) = D(A, B) 8?η(6>, (0)
[0026] fDM(l,C) = D(A,C)cos(02(t)) a n λη--ΓΛ 6>2^[0 ,?0 ] (4) t A(4Q = D(A,C)sm(02(t))
[0027]風機A的風速在南北方向的估計分量和東西方向的估計分量込f⑷為風機 B和C在兩個方向上的分量根據(jù)距離成比例的疊加：
[0028]

【權利要求】
L 一種故障風機損失發(fā)電量的估計方法，其特征在于，包括以下步驟： 1) 根據(jù)風機的地理信息，建立風機的無向圖模型； 2) 風機發(fā)生故障停運時根據(jù)風機的無向圖模型，獲取地理位置距離故障風機最近的兩 臺正常運行風機； 3) 如果獲取成功，利用地理位置距離故障風機最近的兩臺正常運行風機風速風向，對 故障風機故障期間所損失的發(fā)電量進行估計； 4. jn果獲取失敗，或者所獲取的風機與故障風機之間的距離大于測風塔與故障風機之 間的距離，則利用測風塔風速風向，對故障風機故障期間所損失的發(fā)電量進行估計。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種故障風機損失發(fā)電量的估計方法，其特征在于：在所述 步驟1)中，風機的無向圖模型以風機作為圖的頂點，邊權重為風機之間的物理距離，物理 距離通過對風機地理坐標進行換算得到。
3. 根據(jù)權利要求1和2所述的一種故障風機損失發(fā)電量的估計方法，其特征在于：在 所述步驟3)中，風機發(fā)生故障停運時根據(jù)風機的無向圖模型，獲取地理位置距離故障風機 最近的兩臺正常運行風機，獲取方法如下： 設風電場共有η臺風機，Dh，!!』）表示兩臺風機叫與11」之間的物理距離，DO^T)表示 風機與測風塔T之間的物理距離，其中1彡i < n，1彡j彡n ;增設兩臺虛擬風機nn+1與nn+2， 任意一臺風機與該兩臺虛擬風機之間的物理距離為無窮大，即D( ni，nn+1) =〇〇,0(η?，ιν2)= °°，其中1 < i < η，表示無窮大； 假設風機Α在時間段te [tl，t2]發(fā)生故障停運，首先將距離風機Α最近的兩臺正常 運行的風機B和C設為增設的虛擬風機：B = nn+1，C = nn+2 ; 遍歷η臺風機，進行η輪循環(huán)，其中對風機ni (1 < i在η)進行如下操作： 21) 如果叫為風機Α本身，則結束本輪循環(huán)并開始下一輪循環(huán)，否則進行步驟22); 22) 如果風機叫在時間段t E [ti，t2]內(nèi)正常運行，并且D(ni，A) < D(B，A)，則置B為 B二叫，結束本輪循環(huán)并開始下一輪循環(huán)，否則進行步驟23); 23) 如果風機叫在時間段t e [1?]內(nèi)正常運行，并且D(ni，A) < D(C，A)，則置C為 C =叫，結束本輪循環(huán)并開始下一輪循環(huán)； 循環(huán)結束后，如果3#1111+1，0(六，8)<0(六，1')且(：古1111+2,0(六,〇<0(乂1'),則表明獲 取成功，否則獲取失敗。
4. 根據(jù)權利要求3所述的一種故障風機損失發(fā)電量的估計方法，其特征在于，在所述 步驟3)中，如果獲取成功，利用地理位置距離故障風機最近的兩臺正常運行風機風速，對 故障風機故障期間所損失的發(fā)電量進行估計，估計方法如下： 設風機B和C的風速分別為Vl⑴和v2 (t)，風向為屯⑴和d2⑴； 假設在時間段[kh]內(nèi)djt)和(12(〇與東西方向的夾角分別為Θ Jt)和02(t)，其 中θ1; 02e [0°，90° ]，則Β和C風機的風速在南北方向的分量VHB(t)、VlK(t)和東西方 向的分量v LB(t)、vLC(t)分別為： ifs?#) = \\ (t) C0S(^. (?)) . , . ^ L^(4=vi(〇sm(^(0)
(2) 風機A和風機B、C之間的距離D (A，B)、D (A，C)在南北方向的分量DH和東西方向的分 量分別為：
CIJ (41 風機A的風速在南北方向的估計分量^^, (0和東西方向的估計分量％^為風機B和C 在兩個方向上的分量根據(jù)距離成比例的疊加：
t -- | /1,?. I ( 5 ) 將式（1)、（2)、（3)、⑷代入式（5)可得：
(6) 得到風機A的風速在南北方向和東西方向兩個估計分量后，可得風機A的風速估計值 穴0如下：
^[/15y ::(7): 對風機A的實際輸出功率特性曲線分段使用最小二乘法進行曲線擬合，獲得風機A的 輸出功率特性曲線表達式P(v); 風機A在時間段t e內(nèi)的發(fā)電量估計倌皮如下為：
(:8} 將式（6)代入式（S)，并對此復合函數(shù)積分求解，便可得風機A在時間段t e [tl，t2]內(nèi) 的發(fā)電量估計值。
5.根據(jù)權利要求3所述的一種故障風機損失發(fā)電量的估計方法，其特征在于：在所述 步驟4)中，f果獲取失敗，或者所獲取的風機與故障風機之間的距離大于測風塔與故障風 機之間的距離，則利用測風塔風速風向，對故障風機故障期間所損失的發(fā)電量進行估計，估 計方法如下： 如果B = nn+1或者D (a，b) > 〇 (A，T)且C尹nn+2, D (A，C) < D (A，T)，則使用測風塔風速風 向與風機C風速風向?qū)收巷L機a的風速做出估計，設測風塔風速與風機C的風速分別為 \(1:)和?( 1:)，且與東西方向的夾角分別為01〇〇和02紅)，其中0"02￡[〇。，9〇。]， 可得風機A的風速在南北方向的估計分量i^(?)和東西方向的估計分量tJi)如下：
I 9 )： 如果0 = 1111+2或者0(八，〇>0仏，1')且8關1111+1，0仏，3)<0仏，1')，則使用測風塔風速風 向與風機B風速風向?qū)收巷L機A的風速做出估計，設測風塔風速與風機B的風速分別為 VtCt^PvJt)，且與東西方向的夾角分別為Θ^^ΡΘΑ)，其中0t，0lE[O。， 90。]， 可得風機A的風速在南北方向的估計分量?^(〇和東西方向的估計分量|^的如下：
(10) 由式（9)或（10)，獲取風機Α的風速在南北方向和東西方向兩個分量后，利用式（8)可 得故障風機在時間段t e [&，?2]內(nèi)損失發(fā)電量的估計值； 如果C = nn+2或者D (A, C) > D (A, T)且B = nn+1或者D (A, B) < D (A, T)，則只使用測風 塔風速與風向?qū)收巷L機Α的風速做出估計，S卩： 、 1 (Ο = ν,(0 ? 11 } 從而可得故障風機Α在時間段te [tpt^內(nèi)損失發(fā)電量的估計值如下： K = \2 P{iit))dt=f P{vt(t))dt ( 12)。 Jtl J/l
【文檔編號】G06Q50/06GK104217376SQ201410478312
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月18日 優(yōu)先權日:2014年9月18日
【發(fā)明者】朱守讓, 張?zhí)? 王偉, 成月良, 朱頌怡 申請人:國電南瑞南京控制系統(tǒng)有限公司