本發(fā)明涉及一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航控制評(píng)價(jià)及優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

偏航系統(tǒng)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組重要組成部分，其目的是通過(guò)機(jī)艙旋轉(zhuǎn)對(duì)風(fēng)保證機(jī)組能夠具有最大的風(fēng)能吸收面積。偏航分被動(dòng)控制和主控控制，當(dāng)前大型機(jī)組主要采用后者，即通過(guò)安裝在機(jī)艙上的風(fēng)向標(biāo)產(chǎn)生偏航誤差信號(hào)計(jì)算出偏航執(zhí)行機(jī)構(gòu)的給定信號(hào)。自然界風(fēng)向變化很快，而大型機(jī)組偏航速率通常在0.2-1deg/s，很難實(shí)時(shí)地?zé)o差別跟蹤實(shí)際風(fēng)向，因此當(dāng)前主流方法采用滯環(huán)控制原理，即當(dāng)對(duì)風(fēng)偏差均值超過(guò)閾值后再啟動(dòng)偏航，另外偏航停止條件也是由實(shí)測(cè)對(duì)風(fēng)偏差計(jì)算判斷。

顯然偏航系統(tǒng)控制策略與參數(shù)與機(jī)組地形和環(huán)境工況有密切關(guān)系，然而現(xiàn)場(chǎng)情況非常復(fù)雜，很難建立機(jī)理模型，因此大多風(fēng)場(chǎng)機(jī)組只能忽略環(huán)境和地形對(duì)機(jī)組偏航的影響，只要機(jī)型相同則采用相同的偏航控制參數(shù)。如何根據(jù)機(jī)組實(shí)際情況，評(píng)價(jià)當(dāng)前偏航控制效果，并以此支撐偏航控制實(shí)現(xiàn)個(gè)性化、定制化、智能化，是風(fēng)電整機(jī)控制中重點(diǎn)研究的技術(shù)問(wèn)題。

然而關(guān)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航控制效果通常是以提高機(jī)組風(fēng)能吸收效率為衡量指標(biāo)，從偏航次數(shù)、時(shí)間評(píng)價(jià)控制效果的文獻(xiàn)很少。因此目前業(yè)內(nèi)缺乏偏航控制自適應(yīng)優(yōu)化的研究成果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)，本發(fā)明提出一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航控制評(píng)價(jià)及優(yōu)化方法。

本發(fā)明對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，生成描述風(fēng)況特性及偏航動(dòng)作的指標(biāo)，結(jié)合偏航控制參數(shù)的專家調(diào)整過(guò)程建立案例，利用同種機(jī)型在不同風(fēng)電場(chǎng)收集的海量案例，通過(guò)案例推理方法實(shí)現(xiàn)偏航控制評(píng)價(jià)及機(jī)組偏航參數(shù)調(diào)整，使得風(fēng)力發(fā)電機(jī)組能夠根據(jù)實(shí)際情況自動(dòng)評(píng)價(jià)偏航控制效果及優(yōu)化參數(shù)，實(shí)現(xiàn)偏航控制的個(gè)性化、定制化、智能化。

本發(fā)明包括以下步驟：

1、采集風(fēng)場(chǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航狀態(tài)、機(jī)組狀態(tài)、偏航角及風(fēng)速數(shù)據(jù)，并計(jì)算得到機(jī)組每次連續(xù)發(fā)電3小時(shí)的自動(dòng)偏航次數(shù)和平均每次偏航時(shí)間、風(fēng)速平均值、以及風(fēng)向波動(dòng)性指標(biāo)。

其中風(fēng)向波動(dòng)性WDF的計(jì)算公式為：

其中，WDF為風(fēng)向波動(dòng)性指標(biāo)，γ(k)表示180分鐘時(shí)段內(nèi)第k個(gè)點(diǎn)的1分鐘偏航角均值，φ(k)表示180分鐘時(shí)段第k個(gè)點(diǎn)的1分鐘紐纜角度均值，N表示180分鐘內(nèi)采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)。

2、記錄風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航控制參數(shù)，包括偏航角平均時(shí)間、小風(fēng)策略時(shí)偏航啟動(dòng)角度、大風(fēng)策略時(shí)偏航啟動(dòng)角度、偏航停偏角度、偏航大小風(fēng)策略切換風(fēng)速。

其中偏航角平均時(shí)間是計(jì)算偏航角平均值的時(shí)間窗長(zhǎng)度，可以選擇15秒、30秒、60秒、120秒，小風(fēng)策略時(shí)偏航啟動(dòng)角度是指在偏航策略為小風(fēng)偏航模式時(shí)用以判斷是否啟動(dòng)偏航的角度，當(dāng)偏航角平均值大于等于該角度時(shí)，則啟動(dòng)偏航。大風(fēng)策略時(shí)偏航啟動(dòng)角度是指在偏航策略為大風(fēng)偏航模式時(shí)，用以判斷是否啟動(dòng)偏航的角度，當(dāng)偏航角平均值大于等于該角度時(shí)，則啟動(dòng)偏航。偏航停偏角度是指用以判斷是否停止偏航的角度，當(dāng)機(jī)組偏航角平均值小于該角度時(shí)則停止偏航。偏航大小風(fēng)策略切換風(fēng)速是指用于判斷偏航控制是大風(fēng)策略還是小風(fēng)策略的風(fēng)速，當(dāng)風(fēng)速1分鐘平均值持續(xù)大于該風(fēng)速30秒，且當(dāng)前偏航策略是小風(fēng)策略時(shí)，則偏航策略切換至大風(fēng)偏航策略模式，當(dāng)風(fēng)速1分鐘平均值持續(xù)小于該風(fēng)速30秒，且當(dāng)前偏航策略是大風(fēng)策略時(shí)，則偏航策略切換至小風(fēng)偏航策略模式，否則保持原策略不變。

3、對(duì)步驟1-步驟2記錄的數(shù)據(jù)以二維表形式存儲(chǔ)，形成機(jī)器可讀取的偏航案例庫(kù)輸入。二維表的每行數(shù)據(jù)代表一條偏航案例，記錄了機(jī)組連續(xù)發(fā)電3小時(shí)的信息，每列代表一個(gè)信息量，包括這3小時(shí)內(nèi)自動(dòng)偏航次數(shù)和平均每次偏航時(shí)間、風(fēng)速平均值、風(fēng)向波動(dòng)性及對(duì)應(yīng)的偏航控制參數(shù)。一般要求案例數(shù)在200條-500條。

4、保存步驟3形成的偏航案例庫(kù)輸入。具有偏航控制參數(shù)調(diào)節(jié)經(jīng)驗(yàn)的專家逐條對(duì)偏航案例進(jìn)行評(píng)價(jià)打分，評(píng)分1分至10分分別表示偏航控制效果從差到好，評(píng)價(jià)打分考慮的因素包括偏航動(dòng)作是否過(guò)于頻繁，機(jī)組安裝位置大風(fēng)及小風(fēng)時(shí)風(fēng)向波動(dòng)是否劇烈，平均每次偏航時(shí)間是否過(guò)短。對(duì)于評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)大于等于6分的偏航案例，直接將評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)和偏航控制參數(shù)作為該偏航案例輸出。對(duì)于評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)低于6分的案例，專家根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對(duì)該偏航案例的偏航控制參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，直到該風(fēng)力發(fā)電機(jī)組生成新的大于6分偏航案例，該大于6分的偏航案例調(diào)整后的評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)和偏航控制參數(shù)變化量作為原評(píng)價(jià)低于6分的偏航案例的輸出。如此最終形成偏航案例庫(kù)輸出。

5、采集偏航控制待評(píng)價(jià)及優(yōu)化的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組連續(xù)發(fā)電3小時(shí)的偏航狀態(tài)、機(jī)組狀態(tài)、偏航角、風(fēng)速數(shù)據(jù)，并計(jì)算和記錄這3小時(shí)內(nèi)自動(dòng)偏航次數(shù)和平均每次偏航時(shí)間、風(fēng)速平均值、風(fēng)向波動(dòng)性指標(biāo)，以及風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航控制參數(shù)，形成當(dāng)前偏航案例輸入。

6、利用案例推理機(jī)在偏航案例庫(kù)中檢索與步驟5生成的當(dāng)前偏航案例輸入最為相似的偏航案例。檢索方法如下：當(dāng)前偏航案例輸入記作向量c，偏航案例庫(kù)輸入記作矩陣C，遍歷計(jì)算向量c到矩陣C各行向量的距離，選取最小值對(duì)應(yīng)的行號(hào)作為最相似偏航案例號(hào)。各行向量間的距離采用歐氏距離計(jì)算，公式為：

其中d_i表示當(dāng)前偏航案例輸入與偏航案例庫(kù)第i個(gè)偏航案例輸入之間的距離，c_j表示當(dāng)前偏航案例輸入第j個(gè)屬性的值，C_ij表示偏航案例庫(kù)中第i個(gè)偏航案例輸入中第j個(gè)屬性的值，L表示每條偏航案例輸入的屬性個(gè)數(shù)。

7、利用步驟6檢索出的最相似偏航案例中的專家分?jǐn)?shù)來(lái)評(píng)價(jià)當(dāng)前機(jī)組偏航控制效果，若分?jǐn)?shù)大于6分，則不需要調(diào)整當(dāng)前偏航控制參數(shù)，完成風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的偏航控制評(píng)價(jià)及優(yōu)化。否則復(fù)用最相似偏航案例中偏航控制參數(shù)變化量對(duì)當(dāng)前機(jī)組偏航控制參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，并執(zhí)行步驟8。

8、按照步驟5的方法繼續(xù)生成新的偏航案例輸入。并按照步驟6在偏航案例庫(kù)中檢索與新的偏航案例輸入最相似的偏航案例，若最相似的偏航案例中專家評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)大于6分，則將上一次偏航案例輸入和最相似的偏航案例的輸出存入偏航案例庫(kù)，否則具有偏航控制參數(shù)調(diào)節(jié)經(jīng)驗(yàn)的專家介入進(jìn)行人工優(yōu)化，直至專家對(duì)偏航效果打分超過(guò)6分，再將專家調(diào)整的偏航控制參數(shù)變化量以及分?jǐn)?shù)作為案例輸出，與原案例的輸入一同存入偏航案例庫(kù)，完成偏航案例庫(kù)更新。當(dāng)偏航案例庫(kù)存的條數(shù)大于閾值時(shí)，則自動(dòng)刪除第一條偏航案例。該閾值根據(jù)機(jī)器運(yùn)算速度選擇，一般設(shè)為1000條。

附圖說(shuō)明

圖1本發(fā)明方法流程示意圖；

圖2偏航控制評(píng)價(jià)及優(yōu)化案例庫(kù)形成示意圖；

圖3案例推理機(jī)運(yùn)行機(jī)制示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖1所示，本發(fā)明風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航控制評(píng)價(jià)及優(yōu)化方法實(shí)施例包括以下步驟：

步驟1，采集某風(fēng)場(chǎng)33臺(tái)某型號(hào)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航狀態(tài)、機(jī)組狀態(tài)、偏航角和風(fēng)速數(shù)據(jù)，并計(jì)算得到機(jī)組每次連續(xù)發(fā)電3小時(shí)的自動(dòng)偏航次數(shù)和平均每次偏航時(shí)間、風(fēng)速平均值、以及風(fēng)向波動(dòng)性指標(biāo)。

其中風(fēng)向波動(dòng)性WDF的計(jì)算公式為：

其中，WDF為風(fēng)向波動(dòng)性指標(biāo)，γ(k)表示180分鐘時(shí)段內(nèi)第k個(gè)點(diǎn)的1分鐘偏航角均值，φ(k)表示180分鐘時(shí)段第k個(gè)點(diǎn)的1分鐘紐纜角度均值，N表示180分鐘內(nèi)采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)。

步驟2，記錄機(jī)組偏航控制參數(shù)，包括偏航角平均時(shí)間、小風(fēng)策略時(shí)偏航啟動(dòng)角度、大風(fēng)策略時(shí)偏航啟動(dòng)角度、偏航停偏角度、偏航大小風(fēng)策略切換風(fēng)速。

其中偏航角平均時(shí)間r₁是計(jì)算偏航角平均值的時(shí)間窗長(zhǎng)度，可以選擇15秒、30秒、60秒、120秒。小風(fēng)策略時(shí)偏航啟動(dòng)角度r₂是指在偏航策略為小風(fēng)偏航模式時(shí)用以判斷是否啟動(dòng)偏航的角度，當(dāng)偏航角平均值大于等于該角度時(shí)，則啟動(dòng)偏航。大風(fēng)策略時(shí)偏航啟動(dòng)角度r₃是指在偏航策略為大風(fēng)偏航模式時(shí)，用以判斷是否啟動(dòng)偏航的角度，當(dāng)偏航角平均值大于等于該角度時(shí)，則啟動(dòng)偏航。偏航停偏角度r₄是指用以判斷是否停止偏航的角度，當(dāng)機(jī)組偏航角平均值小于該角度時(shí)則停止偏航。偏航大小風(fēng)策略切換風(fēng)速r₅是用于判斷偏航控制是大風(fēng)策略還是小風(fēng)策略的風(fēng)速，當(dāng)風(fēng)速1分鐘平均值持續(xù)大于該風(fēng)速30秒，且當(dāng)前偏航策略是小風(fēng)策略時(shí)，則偏航策略切換至大風(fēng)偏航策略模式，當(dāng)風(fēng)速1分鐘平均值持續(xù)小于該風(fēng)速30秒，且當(dāng)前偏航策略是大風(fēng)策略時(shí)，則偏航策略切換至小風(fēng)偏航策略模式，否則保持原策略不變。

步驟3，對(duì)步驟1-步驟2記錄的數(shù)據(jù)以二維表形式存儲(chǔ)，形成機(jī)器可讀取的偏航案例庫(kù)輸入。二維表的每行數(shù)據(jù)代表一條偏航案例，記錄了機(jī)組連續(xù)發(fā)電3小時(shí)的信息，每列代表一個(gè)信息量，包括這3小時(shí)內(nèi)自動(dòng)偏航次數(shù)和平均每次偏航時(shí)間、風(fēng)速平均值、風(fēng)向波動(dòng)性以及對(duì)應(yīng)的偏航控制參數(shù)。得到該風(fēng)場(chǎng)33臺(tái)機(jī)組累計(jì)500條數(shù)據(jù)，形成該機(jī)型偏航案例庫(kù)輸入。

步驟4，如圖2所示，具有偏航控制參數(shù)調(diào)節(jié)經(jīng)驗(yàn)的專家逐條對(duì)偏航案例進(jìn)行評(píng)價(jià)打分，1分至10分分別表示偏航控制效果從差到好，評(píng)價(jià)打分考慮的因素包括偏航動(dòng)作是否過(guò)于頻繁，機(jī)組安裝位置大風(fēng)及小風(fēng)時(shí)風(fēng)向波動(dòng)是否劇烈，平均每次偏航時(shí)間是否過(guò)短。對(duì)于分?jǐn)?shù)大于等于6分的偏航案例，則直接將評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)和偏航控制參數(shù)作為該偏航案例輸出。而對(duì)于分?jǐn)?shù)低于6分的案例，專家根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對(duì)該偏航案例的偏航控制參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，直到該機(jī)組新生成的偏航案例大于6分，調(diào)整后的評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)和偏航控制參數(shù)變化量作為原評(píng)價(jià)低于6分的偏航案例的輸出。最終形成偏航案例庫(kù)輸出。

圖中g(shù)為專家打分、q₁至q₅分別為偏航角平均時(shí)間、小風(fēng)策略時(shí)偏航啟動(dòng)角度、大風(fēng)策略時(shí)偏航啟動(dòng)角度、偏航停偏角度、偏航大小風(fēng)策略切換風(fēng)速5個(gè)偏航控制參數(shù)調(diào)整前后的變化量。r’₁至r’₅是調(diào)整后的對(duì)應(yīng)參數(shù)。

假設(shè)現(xiàn)在需要對(duì)其它風(fēng)場(chǎng)某臺(tái)同型號(hào)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行偏航控制評(píng)價(jià)及參數(shù)優(yōu)化。在步驟5中采集偏該機(jī)組連續(xù)發(fā)電3小時(shí)的偏航狀態(tài)、機(jī)組狀態(tài)、偏航角、風(fēng)速數(shù)據(jù)，并計(jì)算和記錄這3小時(shí)內(nèi)自動(dòng)偏航次數(shù)r₆和平均每次偏航時(shí)間r₇、風(fēng)速平均值r₈、風(fēng)向波動(dòng)性指標(biāo)r₉，以及風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航控制參數(shù)，形成當(dāng)前偏航案例輸入。

步驟6，利用案例推理機(jī)在偏航案例庫(kù)中檢索與步驟5生成的當(dāng)前偏航案例輸入最為相似的偏航案例。檢索方法如下：當(dāng)前偏航案例輸入記作向量c，偏航案例庫(kù)輸入記作矩陣C，遍歷計(jì)算向量c到矩陣C各行向量的距離，選取最小值對(duì)應(yīng)的行號(hào)作為最相似偏航案例號(hào)。距離采用歐氏距離計(jì)算，公式為：

其中d_i表示當(dāng)前偏航案例輸入與偏航案例庫(kù)第i個(gè)偏航案例輸入之間的距離，c_j表示當(dāng)前偏航案例輸入第j個(gè)屬性的值，C_ij表示偏航案例庫(kù)中第i個(gè)偏航案例輸入中第j個(gè)屬性的值，L表示每條偏航案例輸入的屬性個(gè)數(shù)。

步驟7，利用步驟6檢索出的最相似偏航案例中的專家分?jǐn)?shù)來(lái)評(píng)價(jià)當(dāng)前機(jī)組偏航控制效果。假設(shè)分?jǐn)?shù)為8分，則不需要調(diào)整當(dāng)前偏航控制參數(shù)，完成機(jī)組的偏航控制評(píng)價(jià)及優(yōu)化。又假設(shè)分?jǐn)?shù)為6分，則復(fù)用最相似偏航案例中偏航控制參數(shù)變化量對(duì)當(dāng)前機(jī)組偏航控制參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，并執(zhí)行步驟8。

步驟8，按照步驟5的方法繼續(xù)生成新的偏航案例輸入。并按照步驟6在偏航案例庫(kù)中檢索與新的偏航案例輸入最相似的偏航案例，若最相似的偏航案例中專家分?jǐn)?shù)大于6分，則將上一次偏航案例輸入和最相似的偏航案例的輸出存入偏航案例庫(kù)，否則具有偏航控制參數(shù)調(diào)節(jié)經(jīng)驗(yàn)的專家介入進(jìn)行人工優(yōu)化，直至專家對(duì)偏航效果打分超過(guò)6分，再將專家調(diào)整的偏航控制參數(shù)變化量以及分?jǐn)?shù)作為案例輸出，與原案例的輸入一同存入偏航案例庫(kù)，完成偏航案例庫(kù)更新。當(dāng)偏航案例庫(kù)存的條數(shù)大于閾值時(shí)，則自動(dòng)刪除第一條偏航案例。該閾值根據(jù)機(jī)器運(yùn)算速度選擇，一般設(shè)為1000條。

圖3所示為案例推理機(jī)運(yùn)行機(jī)制，案例庫(kù)的輸入部分表達(dá)了歷史問(wèn)題求解的特征，而案例庫(kù)的輸出部分則是歷史問(wèn)題的求解。通過(guò)案例檢索方法在案例庫(kù)中找到與當(dāng)前問(wèn)題特征最為相似的案例，復(fù)用最相似案例的求解方法，以解決當(dāng)前問(wèn)題。并將當(dāng)前問(wèn)題成功解決的案例存入案例庫(kù)，增強(qiáng)案例庫(kù)解決問(wèn)題的能力。

本發(fā)明將專家對(duì)于同種機(jī)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在不同地形、不同環(huán)境工況下的偏航效果評(píng)價(jià)及優(yōu)化經(jīng)驗(yàn)存儲(chǔ)為計(jì)算機(jī)可識(shí)別的數(shù)據(jù)案例形式，然后在新機(jī)組需要偏航效果評(píng)價(jià)及優(yōu)化時(shí)，計(jì)算機(jī)利用案例推理機(jī)檢索之前類似案例并復(fù)用案例方法來(lái)自動(dòng)完成偏航評(píng)價(jià)及優(yōu)化工作，實(shí)現(xiàn)偏航控制個(gè)性化、定制化、智能化。