一种新能源场站数据在线收集检测方法及系统与流程

本发明涉及新能源场站检测，特别是一种新能源场站数据在线收集检测方法及系统。

背景技术：

1、随着全球对可再生能源需求的日益增长，风力发电作为一种清洁能源在世界范围内得到了广泛应用，社会对环境保护和能源可持续发展的重视，使得风力发电站的运行效率和安全性成为关键关注点，实时、精准地收集和监控风力发电设备的运行数据及其周围环境数据，有助于优化发电效率、延长设备寿命并降低维护成本。通过采用先进的传感器技术和数字化模型，可以有效实现风力发电设备的在线监测和数据分析，推动社会可持续能源发展的进程。

2、现有的风力发电场站数据检测方法存在检测设备不全面、数据处理效率低、无法实时监控和预测设备故障等不足之处，传统方法往往依赖单一传感器数据，缺乏对环境和设备状态的综合分析，导致检测精度和响应速度不足。为解决这些问题，本发明提出了一种综合性的数据在线收集检测方法，通过在风力发电场站周围布设多种传感器设备，构建数字孪生模型，并进行精细的数据预处理和分析，本方法能够实时、准确地监控风力发电场站的运行情况，通过集成传感器检测环境和设备数据，利用计算流体力学(cfd)和大涡模拟(les)技术进行动态评估，提高了数据收集的全面性和准确性，提升了风力发电场站的整体运行效率和安全性。

技术实现思路

1、鉴于现有的新能源场站数据在线收集检测方法及系统中存在的问题，提出了本发明。

2、因此，本发明针对现有技术中检测设备不全面、数据处理效率低和无法实时监控及预测设备故障的问题，本发明通过布设多种传感器设备、构建数字孪生模型以及实施精细的数据预处理和分析技术进行解决。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

4、第一方面，本发明实施例提供了一种新能源场站数据在线收集检测方法，其包括，在风力发电场站的周围布设若干检测点，安装检测设备，检测风力发电机的运行环境数据和设备运行状态数据；

5、采集检测后的运行环境数据和设备运行状态数据进行预处理，生成运行环境数据集和设备运行状态数据集；

6、构建数字孪生模型，对所述运行环境数据集和所述设备运行状态数据集进行关联计算，获取数据计算模型，基于数据计算模型构建检测评估机制，对新能源场站数据进行在线收集检测。

7、作为本发明所述新能源场站数据在线收集检测方法的一种优选方案，其中：所述检测设备包括对新能源场站进行环境检测和设备检测，所述环境检测包括在新能源场站的风力发电站周围安装运行环境集成传感器组，对所述风力发电机的运行环境数据进行检测，实时对风力发电环境进行检测；

8、所述设备检测包括在所述风力发电场站的风轮机和发电机上安装设备集成传感器组，对风轮机和发电机在风力发电的过程中，对设备的运行状态数据进行检测，所述设备集成传感器组包括激光扫描仪、温度传感器、气压传感器、湿度传感器、电压传感器和电流传感器，完成对设备运行状态数据进行实时检测。

9、作为本发明所述新能源场站数据在线收集检测方法的一种优选方案，其中：所述采集检测后的运行环境数据和设备运行状态数据包括利用风力数据采集和设备运行数据采集，对集成传感器组所检测到的运行环境数据和设备运行状态数据，通过无线传输进行数据采集；

10、所述预处理包括对采集后的数据进行数据标准化处理，所述数据标准化处理包括将所述检测到的运行环境数据进行分类汇总，生成运行环境数据集xi；

11、所述数据标准化处理还包括将所述设备运行状态数据进行数据采集，并将预处理后的设备运行状态数据进行分类汇总，生成设备运行状态数据集，所述设备运行状态数据集包括气压p、气体温度t、叶片面积yp、电压v和电流i。

12、作为本发明所述新能源场站数据在线收集检测方法的一种优选方案，其中：所述构建数字孪生模型包括根据物理基础建模和运行环境建模进行构建，所述物理基础建模包括根据风力发电设备的设计图纸和材料属性，建立几何物理模型，所述几何物理模型包括叶片、机舱、塔架以及基础结构部分，采用有限元分析法fea和多体动力学mbd，模拟风力发电设备在各种载荷和环境条件下的动态响应；

13、所述运行环境建模包括使用计算流体力学cfd和大涡模拟les技术，模拟所述风力发电场站的风速、风向和湍流强度，评估风力发电设备在不同气象条件下的性能，所述评估包括考虑温度、湿度和盐雾环境因素对设备的影响程度，使用环境模拟工具simulink进行仿生数字孪生建模，完成对所述风力发电设备的实时监控、故障预测和健康管理。

14、作为本发明所述新能源场站数据在线收集检测方法的一种优选方案，其中：所述相关联计算包括根据采集到的所述运行环境数据集进行无量纲处理，计算获取风力发电机运行环境的风速频率分布fpfb，所述风速频率分布fpfb的具体计算公式为；

15、

16、其中，k表示形状参数，c表示尺度参数，e表示自然对数的底数，n表示第i时段的风速，尺度参数c表示一种尺度因子，决定分布的宽度和位置，c的单位是风速的单位，fpfb表示风速频率分布，v表示速度，e表示自然数；

17、c值越大则意味着整体风速v越高，此时整个分布向右移动，反之则向左移，

18、形状参数k决定分布的形状，影响分布的对称性和风速数据的集中程度；

19、当k＝1时，则无法判断风速分布，此时需要二次判断k值是否等于2，若k＝2时，则出现异常情况，此时，综合计算风力发电设备的功率；

20、当k<1时，则风速分布不集中，此时频率降低；

21、当k>1时，则风速数据集中，此时频率升高，分布尖锐。

22、作为本发明所述新能源场站数据在线收集检测方法的一种优选方案，其中：所述综合计算风力发电设备的功率包括计算风轮机输出功率和计算发电机输出功率，具体计算步骤如下所示：

23、所述计算风轮机输出功率的具体计算公式为：

24、

25、其中，cp表示功率系数，是叶片转动的风能转换效率，p表示气压，yp表示叶片面积，t表示时间，ysc表示风轮机输出功率；

26、所述计算发电机输出功率的具体计算公式为：

27、yfc＝v*i*cos(φ)

28、其中，cos(φ)表示功率因数，yfc表示发电机输出功率，i表示电流，v表示电压；

29、融合风轮机输出功率和发电机输出功率综合计算风力发电设备的功率，具体计算公式为：

30、yxxs＝(ysc*a1)+(yfc*a2)+a

31、其中，a1和a2分别表示风轮机输出功率ysc和发电机输出功率yfc的预设权重值，其具体值由用户调整设置，a为修正常数，yxxs表示融合后的功率；

32、所述获取数据计算模型包括将风速频率分布与风力发电设备的功率进行二次融合计算，获取综合效率系数，具体计算公式为：

33、

34、其中，yxxs表示融合后的功率，fdxs表示综合效率系数，fpfb表示风速频率分布。

35、作为本发明所述新能源场站数据在线收集检测方法的一种优选方案，其中：所述构建检测评估机制包括第一评估机制和第二评估机制；

36、所述第一评估机制包括通过预设运行环境输入阈值s与所获取的输入功率srgl进行初步对比评估，分析风力在输入风力发电场站的状态，具体评估方案如下所示：

37、当风速频率分布fpfb＞运行环境输入阈值s时，则表示此风速频率分布的风速条件下风能资源丰富，更进一步进行分析风轮机状况；

38、当风速频率分布fpfb≤运行环境输入阈值s时，则表示此风速频率分布的风速条件下风能资源稀缺，表示当前风力发电场站的风力频率的分布存在异常；

39、所述第二评估机制包括将预设发电异常阈值d与所获取的综合效率系数fdxs进行二次评估，对风力发电的发电效率进行综合评估分析，进行异常排查，具体评估如下所示：

40、当综合效率系数fdxs≥发电异常阈值d时，则表示风力发电场站的发电效率正常，此时无需生成预警；

41、当综合效率系数fdxs＜发电异常阈值d时，则表示风力发电场站的发电效率异常，此时则生成第二预警，通知相关工作人员对运行环境进行改善和发电设备进行异常检测。

42、第二方面，本发明实施例提供了一种新能源场站数据在线收集检测系统，其包括：检测模块，在风力发电场站的周围布设若干检测点，安装检测设备，检测风力发电机的运行环境数据和设备运行状态数据；

43、预处理模块，其采集检测后的运行环境数据和设备运行状态数据进行预处理，生成运行环境数据集和设备运行状态数据集；

44、构建模块，其构建数字孪生模型，获取数据计算模型，基于数据计算模型构建检测评估机制，对新能源场站数据进行在线收集检测。

45、第三方面，本发明实施例提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其中：所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的新能源场站数据在线收集检测方法的任一步骤。

46、第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其中：所述计算机程序被处理器执行时实现上述的新能源场站数据在线收集检测方法的任一步骤。

47、本发明的有益效果为：本发明通过布设多种传感器设备、构建数字孪生模型以及实施精细的数据预处理和分析技术，实现了对风力发电场站的实时、全面、准确监控，本发明不仅提高了数据收集的全面性和准确性，还增强了对风力发电设备运行状态和环境状况的动态评估能力，有效解决了传统方法中检测设备不全面、数据处理效率低、无法实时监控以及预测设备故障等问题，通过综合分析环境和设备数据，及时发现并解决潜在问题，确保风力发电系统的稳定运行，提升了整体发电效率和安全性，降低了维护成本，推动了新能源的可持续发展。