风力机性能数据获取方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种风力机性能数据获取方法及系统，方法包括：根据风力机整机参数数据，按照不同空气密度下风力机的性能曲线集成基础性能曲线数据库，并根据基础性能曲线数据库中的性能曲线获取实际空气密度下的性能曲线。基础性能曲线数据库中的性能曲线进一步包括功率曲线、推力系数曲线和功率系数曲线。方法还包括：根据基础性能曲线数据库中的功率曲线获取实际空气密度下的功率曲线，并通过输入外部的风能数据，并结合功率曲线计算风力机的发电量。本发明专利技术方法及系统能够解决传统计算方法依赖条件多，无法达到快速响应计算和结果输出的技术问题，大大简化了计算流程，同时具有计算高效率性、高精度性、数据可移植性的优点。

【技术实现步骤摘要】
风力机性能数据获取方法及系统
本专利技术涉及风力发电领域，尤其是涉及一种应用于风力机性能数据获取的方法及系统。
技术介绍
风力发电机组功率曲线是风力机重要的设计依据，也是业主最为关心的关键性能曲线之一。当风力发电机组制造商在向用户提供设备时，一般需要提交机组的功率曲线。依据功率曲线和风电场实际风资源情况可以进行风电场年总发电量的计算，并以此对实际风场进行机组性能考核，评估风力发电机组的发电能力和发电效率。一方面，风力发电机组的性能曲线和发电量往往是风力发电机组用户非常关心的指标，而且这些指标通常都与实际风资源情况强相关。一般每个风电场都有不同的风资源情况，甚至是单个风电场不同机位点的风力机都具有不同的风资源。另一方面，完整的风力机整机机械结构参数和电气控制参数，以及专业的计算软件都是性能曲线和发电量计算的必要条件。现有技术中，一般在输入特定的(风场实际)风资源下，获取风力机性能数据时，需要利用专业的计算软件才能计算得到风力机的性能曲线。具体过程为：将实际风电场的空气密度值代入包含了完整目标机组参数信息的专业计算软件(如：Bladed软件)中进行风力机性能曲线计算，再将功率曲线结合风能数据在Matlab软件环境下进行数值计算从而得到发电量数据。风机性能曲线包括：功率曲线、推力系数曲线和功率系数曲线。该过程严格依赖于昂贵的计算软件(Bladed软件和Matlab软件)，以及完整的机组参数和计算过程中的参数调整，不同空气密度下风力机表现出的功率曲线也存在差异，整个计算过程如附图1中所示。将空气密度值输入Bladed软件，Bladed软件包括电气与控制模型和风力机整机参数化模型，经过Bladed软件计算得到风机性能曲线。风机性能曲线包括功率曲线、推力系数曲线和功率系数曲线。再根据功率系数曲线，以及风能资源的情况，进行Matlab软件进行数值计算得到风力机的发电量。同时，现有技术在一般情况下获取指定风力机在实际空气密度下的性能曲线(功率曲线、推力系数曲线、功率系数曲线)时，需要基于目标风力机的整机模型，并通过调整kopt(最优模态增益)值进行计算获取。当计算年发电量时，受风资源条件差异的因素影响，风力机发电量的计算结果也呈现出多种输入条件组合因素影响下的差异性。因此，在以上多个条件制约和输入维度的影响下，基于Bladed计算功率曲线和发电量的方式存在需要多重变量制约、操作复杂、计算效率不高等技术缺陷。另外，现有技术的计算方法对风力机整机模型的依赖性特别强，对于经常需要对市场项目进行快速响应的状况，基于Bladed的功率曲线和发电量计算效率明显偏低，难以满足实际要求。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种风力机性能数据获取方法及系统，能够解决传统计算方法依赖条件多，无法达到快速响应计算和结果输出的技术问题，大大简化了计算流程，具有计算高效率性、高精度性、数据可移植性的优点。为了实现上述专利技术目的，本专利技术具体提供了一种风力机性能数据获取方法的技术实现方案，风力机性能数据获取方法，包括以下步骤：S11：根据风力机整机参数数据，按照不同空气密度下风力机的性能曲线集成基础性能曲线数据库；S12：根据所述基础性能曲线数据库中的性能曲线获取实际空气密度下的性能曲线。优选的，所述基础性能曲线数据库中的性能曲线进一步包括功率曲线、推力系数曲线和功率系数曲线。优选的，所述步骤S12进一步包括：根据所述基础性能曲线数据库中的功率曲线获取实际空气密度下的功率曲线。所述方法还包括以下步骤：S13：通过输入外部的风能数据，并结合实际空气密度下的功率曲线计算出所述风力机的发电量。优选的，在所述步骤S11中，集成所述基础性能曲线数据库的过程进一步包括：S110：在Bladed软件环境下，根据风力机整机参数数据构建风力机的整机参数化模型；S111：根据所述整机参数化模型，以及不同的空气密度，在设定的空气密度范围内，按照设定的步长间隔计算多组风力机的性能曲线；S112：完成多组风力机的性能曲线计算后，构建以空气密度、风速和性能值为坐标轴的三维数据库。优选的，在所述步骤S12中，获取实际空气密度下的功率曲线的过程进一步包括：S120：定位实际空气密度在空气密度坐标轴上的位置，并记录该位置所处的步长间隔；S121：根据所述步骤S120中定位的位置，提取一定风速Vi下，空气密度与性能值Pij对应的性能曲线F(Vi,Pij)，对性能曲线F(Vi,Pij)进行插值处理，获得一定风速Vi和实际空气密度下的性能曲线值；S122：重复执行步骤S121，直到计算出从切入风速到切出风速下所有的性能曲线值，由此构建出实际空气密度下，各个风速对应性能曲线值的性能曲线，并获得实际空气密度下的功率曲线。优选的，在所述步骤S13中，风力机的发电量进一步根据以下公式计算：Ea＝η×E其中，Ea为风力机最终的发电量值，η为风电场的综合折减系数，E为年发电量的计算值。年发电量的计算公式为：其中，P(V)为功率曲线函数，V为风速，Y为一年的小时数，f(V)为风速的概率密度分布函数。其中，k为威布尔形状因数，c为尺度系数，为一年风速的平均值。对于一个精准的威布尔分布，这两个参数的关系由以下的伽马函数Γ确定：威布尔分布定义如下：其中，F(V)为风速V的累积分布。本专利技术还另外具体提供了一种风力机性能数据获取系统的技术实现方案，风力机性能数据获取系统，包括：基础性能曲线数据库和功率曲线获取单元，实际空气密度输入所述功率曲线获取单元，所述功率曲线获取单元根据实际空气密度，以及所述基础性能曲线数据库中的性能曲线计算出实际空气密度下的性能曲线实际空气密度。优选的，所述基础性能曲线数据库中的性能曲线进一步包括功率曲线、推力系数曲线和功率系数曲线。优选的，所述基础性能曲线数据库包括以空气密度、风速和性能值为坐标轴建立的三维数据库，所述功率曲线获取单元根据实际空气密度提取一定风速Vi下，空气密度与性能值Pij对应的性能曲线F(Vi,Pij)，对性能曲线F(Vi,Pij)进行插值处理，获得一定风速Vi和实际空气密度下的性能曲线值，并计算出从切入风速到切出风速下所有的性能曲线值，由此构建出实际空气密度下，各个风速对应性能曲线值的性能曲线。所述系统还包括发电量计算单元，所述发电量计算单元根据所述性能曲线中的功率曲线，结合外部的风能数据计算风力机的发电量。优选的，所述发电量计算单元进一步根据以下公式计算风力机的发电量：Ea＝η×E其中，Ea为风力机最终的发电量值，η为风电场的综合折减系数，E为年发电量的计算值。年发电量的计算公式为：其中，P(V)为功率曲线函数，V为风速，Y为一年的小时数，f(V)为风速的概率密度分布函数。其中，k为威布尔形状因数，c为尺度系数，为一年风速的平均值。对于一个精准的威布尔分布，这两个参数的关系由以下的伽马函数Γ确定：威布尔分布定义如下：其中，F(V)为风速V的累积分布。通过实施上述本专利技术提供的风力机性能数据获取方法及系统，具有如下有益效果：(1)本专利技术方法及其系统简单实用、通用性好、易于实现；(2)本专利技术方法及其系统无需依赖专业的风力机软件Bladed和计算软件Matlab，数据获取成本大大降低；(3)本专利技术方法及其系统在基础数据库搭建完成以后，不需要依赖对象风力机本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风力机性能数据获取方法，其特征在于，包括以下步骤：S11：根据风力机整机参数数据，按照不同空气密度下风力机的性能曲线集成基础性能曲线数据库(1)；S12：根据所述基础性能曲线数据库(1)中的性能曲线获取实际空气密度下的性能曲线。

【技术特征摘要】
1.一种风力机性能数据获取方法，其特征在于，包括以下步骤：S11：根据风力机整机参数数据，按照不同空气密度下风力机的性能曲线集成基础性能曲线数据库(1)，所述基础性能曲线数据库(1)中的性能曲线进一步包括功率曲线、推力系数曲线和功率系数曲线；在所述步骤S11中，集成所述基础性能曲线数据库(1)的过程进一步包括：S110：在Bladed软件环境下，根据风力机整机参数数据构建风力机的整机参数化模型；S111：根据所述整机参数化模型，以及不同的空气密度，在设定的空气密度范围内，按照设定的步长间隔计算多组风力机的性能曲线；S112：完成多组风力机的性能曲线计算后，构建以空气密度、风速和性能值为坐标轴的三维数据库；S12：根据所述基础性能曲线数据库(1)中的性能曲线获取实际空气密度下的性能曲线，根据所述基础性能曲线数据库(1)中的功率曲线获取实际空气密度下的功率曲线；在所述步骤S12中，获取实际空气密度下的功率曲线的过程进一步包括：S120：定位实际空气密度在空气密度坐标轴上的位置，并记录该位置所处的步长间隔；S121：根据所述步骤S120中定位的位置，提取一定风速Vi下，空气密度与性能值Pij对应的性能曲线F(Vi,Pij)，对性能曲线F(Vi,Pij)进行插值处理，获得一定风速Vi和实际空气密度下的性能曲线值；S122：重复执行步骤S121，直到计算出从切入风速到切出风速下所有的性能曲线值，由此构建出实际空气密度下，各个风速对应性能曲线值的性能曲线，并获得实际空气密度下的功率曲线；S13：通过输入外部的风能数据，并结合实际空气密度下的功率曲线计算所述风力机的发电量。2.根据权利要求1所述的风力机性能数据获取方法，其特征在于，在所述步骤S13中，风力机的发电量进一步根据以下公式计算：Ea＝η×E其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：李慧新，王靛，巫发明，王磊，李晓光，万宇宾，卢圣文，刘红文，井家宝，
申请(专利权)人：南车株洲电力机车研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43