一种基于风向湍动能的风电场偏航控制方法与流程

本发明涉及风力发电，具体涉及一种基于风向湍动能的风电场偏航控制方法。

背景技术：

1、偏航系统又称对风装置，是风力发电机机舱的重要组成部分，其主要功能在于当风速矢量的方向发生变化时，能够快速且平稳地对准风向，确保风轮始终处于迎风状态，从而最大限度地捕获风能，提高风力发电机组的发电效率。

2、现有的风力发电机主要根据风电场历史数据或传感器采集的风向、风速等信息，通过系统设定的控制策略确定偏航角度以实施偏航动作。但这种控制策略下容易导致机组对风向的快速变化响应不足，导致风轮面与风向的对齐度下降，进而增加偏航次数，影响发电效率的同时还会增加机组故障率。并且，在湍流环境下，传统的控制方法难以准确预测和跟踪风向的变化，增加了风电机组的运行风险。此外，风向传感器本身的精度和可靠性也可能导致偏航控制的准确性受到影响。

3、综上所述，现有技术中存在偏航控制对于风向快速变化和湍流的影响反应不够迅速和准确，机组频繁偏航导致能耗增加、故障率提高的技术问题。

技术实现思路

1、本申请提供了一种基于风向湍动能的风电场偏航控制方法，用于针对解决现有技术中存在的偏航控制对于风向快速变化和湍流的影响反应不够迅速和准确，机组频繁偏航导致能耗增加、故障率提高的技术问题。

2、鉴于上述问题，本申请提供了一种基于风向湍动能的风电场偏航控制方法。

3、本申请提供了一种基于风向湍动能的风电场偏航控制方法，所述方法包括：

4、获得目标风电场的历史运行数据集；

5、基于所述历史运行数据集进行有效数据提取，获得风电场特征提取数据集；

6、基于所述风电场特征提取数据集进行风向湍动能计算和偏航特征分析，生成偏航区间；

7、获得所述目标风电场的实时采集风向信息；

8、判断所述实时采集风向信息是否满足所述偏航区间；

9、若所述实时采集风向信息满足所述偏航区间，生成偏航执行指令。

10、在可能的实现方式中，基于所述历史运行数据集进行有效数据提取，获得风电场特征提取数据集，执行以下处理：

11、提取所述历史运行数据集内的风速信号信息，获得风速提取数据集；

12、提取所述历史运行数据集的风向信号信息，获得风向提取数据集；

13、根据移动平均滤波器和标量平均公式对所述风向提取数据集进行滤波标量处理，获得标量风向数据集；

14、将所述风速提取数据集和所述标量风向数据集添加至所述风电场特征提取数据集。

15、在可能的实现方式中，执行以下处理：

16、所述移动平均滤波器的函数表达式为：

17、

18、其中，x(t)是输入的风向信号，h(t)是滤波器的频率响应函数，y(t)是滤波器的输出信号。

19、在可能的实现方式中，执行以下处理：

20、所述标量平均公式为：

21、

22、

23、其中，di为第i个风向样本的风向方位角，di-1为第i-1个风向样本的风向方位角，i为正整数，n为风向样本的个数，as为风向的标量平均，ai表征标量风向方位角度数，δi表征风向方位角度数。

24、在可能的实现方式中，基于所述风电场特征提取数据集进行风向湍动能计算和偏航特征分析，执行以下处理：

25、根据预设单位时区对所述风电场特征提取数据集进行风向信号划分，生成多个风向信号分区；

26、基于风向湍动能计算公式，根据所述多个风向信号分区进行风向湍动能计算，生成风向湍动能计算结果；

27、基于所述风向湍动能计算结果对所述多个风向信号分区进行聚类，获得多个样本聚类簇；

28、基于聚类效果综合指标公式对所述多个样本聚类簇进行评估，获得多个聚类效果综合轮廓系数；

29、基于聚类效果综合轮廓约束，根据所述多个聚类效果综合轮廓系数对所述多个样本聚类簇进行筛选，获得满足所述聚类效果综合轮廓约束的筛选样本数据；

30、基于所述筛选样本数据进行风向数据提取，生成偏航数据库；

31、基于所述偏航数据库，构建所述偏航区间。

32、在可能的实现方式中，执行以下处理：

33、所述风向湍动能计算公式为：

34、

35、其中，m表征风向信号分区内的样本数量，μ是风向的平均值，kd表征风向湍动能，dm表征风向信号分区内的第m样本风向方位角，m为正整数。

36、在可能的实现方式中，执行以下处理：

37、所述聚类效果综合指标公式为：

38、

39、其中，αdos表征聚类效果综合轮廓系数，kd表征风向湍动能，γ是权重因子，sgn(x)是符号函数，s(i)是风向样本的轮廓系数，b(i)表征样本i对应的聚类簇内，其他样本到样本i的平均距离，a(i)表征样本i到其他聚类簇内的其他样本的平均距离。

40、在可能的实现方式中，执行以下处理：

41、若所述实时采集风向信息不满足所述偏航区间，生成机组静止指令。

42、本申请中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

43、本申请提供的一种基于风向湍动能的风电场偏航控制方法，通过获得目标风电场的历史运行数据集；基于所述历史运行数据集进行有效数据提取，获得风电场特征提取数据集；基于所述风电场特征提取数据集进行风向湍动能计算和偏航特征分析，生成偏航区间；获得所述目标风电场的实时采集风向信息；判断所述实时采集风向信息是否满足所述偏航区间；若所述实时采集风向信息满足所述偏航区间，生成偏航执行指令，解决了现有技术中存在偏航控制对于风向快速变化和湍流的影响反应不够迅速和准确，机组频繁偏航导致能耗增加、故障率提高的技术问题，达到了对于风向的快速变化能够迅速、准确响应，减少偏航次数，降低机组故障率，同时提升风电场的综合经济效益的技术效果。

技术特征：

1.一种基于风向湍动能的风电场偏航控制方法，其特征在于，所述方法包括：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述历史运行数据集进行有效数据提取，获得风电场特征提取数据集，包括：

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述移动平均滤波器的函数表达式为：

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述标量平均公式为：

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述风电场特征提取数据集进行风向湍动能计算和偏航特征分析，生成偏航区间，包括：

6.如权利求5所述的方法，其特征在于，所述风向湍动能计算公式为：

7.如权利求5所述的方法，其特征在于，所述聚类效果综合指标公式为：

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，若所述实时采集风向信息不满足所述偏航区间，生成机组静止指令。

技术总结本申请提供的一种基于风向湍动能的风电场偏航控制方法，涉及风力发电技术领域，通过获得目标风电场的历史运行数据集并进行有效数据提取，获得风电场特征提取数据集；基于风电场特征提取数据集进行风向湍动能计算和偏航特征分析，生成偏航区间；获得目标风电场的实时采集风向信息；判断实时采集风向信息是否满足偏航区间；若实时采集风向信息满足偏航区间，生成偏航执行指令，解决了现有技术中存在偏航控制对于风向快速变化和湍流的影响反应不够迅速和准确，机组频繁偏航导致能耗增加、故障率提高的技术问题，达到了对于风向的快速变化能够迅速、准确响应，减少偏航次数，降低机组故障率，同时提升风电场的综合经济效益的技术效果。技术研发人员：张磊,曹善桥,张舒翔,马雪韵,张立栋,徐志轩,冯正聪,孟仁杰,张路娜,杨德成,陈晓敏,吕成,王雅凝,宫圣杰,赵佳瑞受保护的技术使用者：大唐可再生能源试验研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/15