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        基于貝茲曲線的風機運行狀態(tài)監(jiān)測模型的研究

        2016-10-21 16:57:26婁建樓陸恒胥佳王沖
        科技創(chuàng)新與應用 2016年8期
        關鍵詞:風電機組狀態(tài)監(jiān)測

        婁建樓 陸恒 胥佳 王沖

        摘 要:針對缺乏有效風機運行狀態(tài)監(jiān)測方法的問題,文章提出了基于貝茲曲線的風機運行狀態(tài)監(jiān)測模型。根據(jù)風機控制相關理論基礎,對貝茲曲線進行分區(qū)間修正,進而得到閾值曲線,識別風電機組運行狀態(tài),構(gòu)建風機運行狀態(tài)監(jiān)測模型。實驗結(jié)果表明,該模型能夠有效監(jiān)測風機運行狀態(tài),有助于實現(xiàn)機組的精維護。

        關鍵詞:風電機組;貝茲曲線;狀態(tài)監(jiān)測

        風力發(fā)電是一種綠色新型的發(fā)電技術,在技術程度、基礎設施建設,以及成本方面都具有優(yōu)勢。然而,隨著風電機組容量不斷增長,使得機組體積增大,事故的發(fā)生率隨之增加。面對風電機組逐漸增長的事故率和隨之帶來的巨大的損失,許多相關人士對風機狀態(tài)監(jiān)測技術進行了關注[1-3]。文中根據(jù)相關機組控制理論,對貝茲曲線進行修正,用來識別機組正常、異常的運行狀態(tài),構(gòu)建風機運行狀態(tài)監(jiān)測模型。

        1 貝茲曲線

        貝茲理論是研究風力發(fā)電學科中相關風能利用效率最基本的理論,它是建立在一個假定“理想風輪”的基礎之上,即風機能接受通過風輪的流體的所有動能,且流體無阻力,流體是連續(xù)的、不能壓縮的流體。因此,由貝茲理論知理想情況下風能所能轉(zhuǎn)換成電能的極限比值為16/27約為59.3%,既Cp≈0.593,風電機組能得到的最大輸出功率為:

        3 狀態(tài)監(jiān)測方法

        3.1 貝茲曲線計算

        查閱風電機組基本參數(shù)表,得到空氣密度、葉片掃掠面積等參數(shù)數(shù)值,依據(jù)公式(1)計算得到原始貝茲曲線(x,y)={(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3),(x4,y4)}。

        3.2 曲線修正

        對每個區(qū)間下的曲線進行修正,進而得到閾值曲線,具體過程如下。

        3.2.1 閾值曲線上限

        (1)ZoneOne:由于該區(qū)間中的貝茲曲線極為接近實測曲線,一般無需進行修正;

        (2)ZoneTwo:利用線性回歸模型y=ax+b對ZoneTwo區(qū)間中的功率曲線進行修正。取得ZoneTwo區(qū)間內(nèi)最大風速點對應的功率值,并乘以小于1的系數(shù)?琢,默認?琢=0.8,設該點為A點;取得ZoneOne內(nèi)最大風速點對應的坐標值,設為B點;以A、B兩點求得線性參數(shù)a和b的值,對ZoneTwo區(qū)間內(nèi)的曲線進行線性修正;

        (3)ZoneThree:利用線性回歸模型y=cx+d對ZoneThree區(qū)間中的功率曲線進行修正。取得ZoneFour內(nèi)額定風速與加入補充量的額定功率,設為C點;以A、C兩點坐標求得線性參數(shù)c和d的值,對ZoneThree區(qū)間內(nèi)曲線數(shù)據(jù)進行線性修正;

        (4)ZoneFour:將所有貝茲曲線的功率值加上?滓的補充量,默認取得120。

        3.2.2 閾值曲線下限

        利用公式(3)和閾值曲線上限得到閾值曲線下限,可進行適當調(diào)整。

        3.3 狀態(tài)監(jiān)測

        規(guī)定同時間點下功率值位于yul、ydl之間的為正常數(shù)據(jù),其他則為異常數(shù)據(jù)。

        4 工程實踐

        利用我國某風場兩臺機組3月份SCADA系統(tǒng)導出的10min數(shù)據(jù)進行實驗驗證。監(jiān)測風電機組的實際運行狀況,如圖2所示。

        從圖2中可以看出,文章狀態(tài)監(jiān)測模型能有效識別風機的異常狀態(tài),且對因風速計等故障導致功率曲線偏高的狀況有很好的處理效果。實驗證明,文章構(gòu)建的風機運行狀態(tài)監(jiān)測模型能有效監(jiān)測機組的實際運行狀況。

        5 結(jié)束語

        文章提出了一種基于貝茲曲線的風機運行狀態(tài)監(jiān)測方法,基于風機控制相關控制理論,對貝茲曲線進行分區(qū)間修正,從而得到相應閾值曲線,識別風電機組運行狀態(tài),構(gòu)建風機運行狀態(tài)監(jiān)測模型。該方法簡單有效,對功率曲線偏高狀況有很好的識別效果,有利于風電場運維人員實時準確監(jiān)測風機運行狀態(tài),進行及時維護。

        參考文獻

        [1]Schlechtingen, M., Santos, I. F., & Achiche, S.: Wind turbine condition monitoring based on SCADA data using normal behavior models. Part 1: System description. Applied Soft Computing,2013, 13(1): 259-270.

        [2]Kusiak, A., Zheng, H., & Song, Z.: On-line monitoring of power curves. Renewable Energy,2009,34(6): 1487-1493.

        [3]陳雪峰,李繼猛,程航,等.風力發(fā)電機狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術的研究與進展[J].機械工程學報,2011(9).

        作者簡介:婁建樓(1972-),男,吉林人,副教授,碩士研究生,主要研究方向:電力大數(shù)據(jù)處理。

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