本發(fā)明涉及風電技術(shù)，具體的講是一種風力發(fā)電機組異常數(shù)據(jù)識別方法及裝置。

背景技術(shù)：

隨著環(huán)境污染日益嚴重和傳統(tǒng)化石能源消耗逐漸增加，新能源呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展態(tài)勢。風力發(fā)電作為目前最具商業(yè)化應(yīng)用前景的新能源發(fā)電形式，在全世界范圍內(nèi)發(fā)展迅速。風力發(fā)電機組是風力發(fā)電的基本發(fā)電單元，其相關(guān)技術(shù)也在不斷發(fā)展。

目前，風力發(fā)電機組在實際運行過程中，由于受到諸多因素的影響，實際功率特性曲線和理論功率特性曲線并非完全一致。為了實現(xiàn)風電機組實際功率特性曲線的合理建模，需要處理大量的異常數(shù)據(jù)。能否準確高效識別異常數(shù)據(jù)決定著最終模型的合理性。

現(xiàn)有技術(shù)中，將風速區(qū)間內(nèi)概率密度函數(shù)最大值對應(yīng)的功率作為該風速段的功率，存在兩處弊端：由于大量限功率數(shù)據(jù)存在，概率密度函數(shù)最大值對應(yīng)的功率可能并非風機正常運行時功率值；用單一功率值代替風機的其余運行狀態(tài)，結(jié)果過于片面。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為識別并剔除風速-功率散點圖的異常數(shù)據(jù)，為風力發(fā)電機組功率特性曲線建模提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，進而為風機功率特性評價、風電場損失電量評估等提供支撐，本發(fā)明提供了一種風力發(fā)電機組異常數(shù)據(jù)識別方法，包括：

獲取風力發(fā)電機組的風速數(shù)據(jù)及對應(yīng)的功率數(shù)據(jù)；

確定包含于各預(yù)設(shè)的功率區(qū)間內(nèi)的風力發(fā)電機組的功率數(shù)據(jù)；

根據(jù)各功率區(qū)間中包含的功率數(shù)據(jù)確定各功率區(qū)間對應(yīng)的風速數(shù)據(jù)；

利用核密度函數(shù)擬合確定各功率區(qū)間對應(yīng)的風速數(shù)據(jù)的概率密度；

根據(jù)各功率區(qū)間對應(yīng)的風速數(shù)據(jù)及各風速數(shù)據(jù)對應(yīng)的概率密度確定各功率區(qū)間的風速范圍；

根據(jù)各功率區(qū)間的風速范圍識別風力發(fā)電機組中的異常數(shù)據(jù)。

本發(fā)明實施中，所述的確定包含于各預(yù)設(shè)的功率區(qū)間內(nèi)的功率數(shù)據(jù)包括：

以預(yù)設(shè)的區(qū)間長度從零到額定功率劃分區(qū)間確定預(yù)設(shè)的功率區(qū)間；

確定包含于各功率區(qū)間內(nèi)的風力發(fā)電機組的功率數(shù)據(jù)。

本發(fā)明實施例中，利用核密度函數(shù)擬合確定各功率區(qū)間對應(yīng)的風速數(shù)據(jù)的概率密度包括：

利用式(1)的核密度函數(shù)擬合各風速數(shù)據(jù)的概率密度；

其中，各風速數(shù)據(jù)的概率密度，h為帶寬，可根據(jù)已有文獻確定帶寬，并非常數(shù)。n為功率區(qū)間對應(yīng)的風速數(shù)據(jù)的個數(shù)，k(﹒)為核函數(shù)，xi為區(qū)間內(nèi)對應(yīng)的風速數(shù)據(jù)。

本發(fā)明實施例中，核函數(shù)為高斯核函數(shù)。

本發(fā)明實施例中，所述的根據(jù)各功率區(qū)間對應(yīng)的風速數(shù)據(jù)及各風速數(shù)據(jù)對應(yīng)的概率密度確定各功率區(qū)間的風速范圍包括：

步驟1，將核密度函數(shù)擬合結(jié)果對應(yīng)的風速數(shù)據(jù)從小到大排列生成風速序列[v1，v2，…，vn]，該風速序列對應(yīng)的概率密度為[p1，p2，…，pn]，v1<v2<…<vn，確定概率密度中的最大值pk及對應(yīng)的風速vk，1≤k≤n；

步驟2，從風速vk開始，按vk→vn方向，依序判斷|pk+a-pk|<|pk+a+1-pk+a|是否成立，其中，1≤a≤n-k-1，a為整數(shù)，將不滿足該判斷條件時的風速作為最大風速vmax；

步驟3，從風速vk開始，按vk→v1方向，依序判斷|pk-pk-b|<|pk-b-pk-b-1|是否成立，其中，1≤b≤k-2，b為整數(shù)，將不滿足該判斷條件時的風速作為最小風速vmin；

步驟4，確定各功率區(qū)間的風速v的合理范圍為vmin≤v≤vmax。

本發(fā)明實施例中，所述的根據(jù)各功率區(qū)間的風速范圍識別風力發(fā)電機組中的異常數(shù)據(jù)包括：

將各功率區(qū)間對應(yīng)的風速數(shù)據(jù)中不符合所述風速范圍的風速數(shù)據(jù)識別為異常風速數(shù)據(jù)；

將所述異常風速數(shù)據(jù)對應(yīng)的功率數(shù)據(jù)識別為異常功率數(shù)據(jù)。

同時，本發(fā)明還公開一種風力發(fā)電機組異常數(shù)據(jù)識別裝置，包括：

數(shù)據(jù)獲取模塊，用于獲取風力發(fā)電機組的風速數(shù)據(jù)及對應(yīng)的功率數(shù)據(jù)；

區(qū)間功率數(shù)據(jù)確定模塊，用于以預(yù)設(shè)的區(qū)間長度從零到額定功率按序劃分功率區(qū)間，確定包含于各功率區(qū)間內(nèi)的風力發(fā)電機組的功率數(shù)據(jù)；

區(qū)間風速數(shù)據(jù)確定模塊，用于根據(jù)各功率區(qū)間中包含的功率數(shù)據(jù)確定對應(yīng)的風速數(shù)據(jù)；

概率密度確定模塊，利用核密度函數(shù)擬合確定各功率區(qū)間對應(yīng)的風速數(shù)據(jù)的概率密度；

區(qū)間風速范圍確定模塊，用于根據(jù)各功率區(qū)間對應(yīng)的風速數(shù)據(jù)及各風速數(shù)據(jù)對應(yīng)的概率密度確定各功率區(qū)間的風速范圍；

識別模塊，用于根據(jù)各功率區(qū)間的風速范圍識別風力發(fā)電機組中的異常數(shù)據(jù)。

本發(fā)明實施例中，區(qū)間功率數(shù)據(jù)確定模塊包括：

區(qū)間劃分單元，用于以預(yù)設(shè)的區(qū)間長度從零到額定功率劃分區(qū)間確定預(yù)設(shè)的功率區(qū)間；

功率數(shù)據(jù)確定單元，用于確定包含于各功率區(qū)間內(nèi)的風力發(fā)電機組的功率數(shù)據(jù)。

本發(fā)明實施例中，所述的區(qū)間風速范圍確定模塊包括：

風速序列生成單元，用于將核密度函數(shù)擬合結(jié)果對應(yīng)的風速數(shù)據(jù)從小到大排列生成風速序列[v1，v2，…，vn]，該風速序列對應(yīng)的概率密度為[p1，p2，…，pn]，v1<v2<…<vn，并確定概率密度中的最大值pk及對應(yīng)的風速vk，1≤k≤n；

最大風速確定單元，從風速vk開始，按vk→vn方向，

依序判斷|pk+a-pk|<|pk+a+1-pk+a|是否成立，其中，1≤a≤n-k-1，a為整數(shù)，將不滿足該判斷條件時的風速作為最大風速vmax；

最小風速確定單元，從風速vk開始，按vk→v1方向，

依序判斷|pk-pk-b|<|pk-b-pk-b-1|是否成立，其中，1≤b≤k-2，b為整數(shù)，將不滿足該判斷條件時的風速作為最小風速vmin；

范圍確定單元，確定各功率區(qū)間的風速v的風速范圍為vmin≤v≤vmax。

本發(fā)明實施例中，所述的識別模塊包括：

異常風速識別單元，將各功率區(qū)間對應(yīng)的風速數(shù)據(jù)中不在對應(yīng)的風速范圍的風速數(shù)據(jù)識別為異常風速數(shù)據(jù)；

異常功率數(shù)據(jù)識別單元，將所述異常風速數(shù)據(jù)對應(yīng)的風力發(fā)電機組的功率數(shù)據(jù)識別為異常功率數(shù)據(jù)。

通過本方案風力發(fā)電機組的異常數(shù)據(jù)得以有效識別并剔除，最終結(jié)果呈現(xiàn)為風電機組正常運行功率帶，為風力發(fā)電機組功率特性曲線建模提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，進而為風機功率特性評價、風電場損失電量評估等提供支撐。

為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合所附圖式，作詳細說明如下。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明公開的一種風力發(fā)電機組異常數(shù)據(jù)識別方法流程圖；

圖2為本發(fā)明一實施方式的流程圖；

圖3為本發(fā)明公開的一種風力發(fā)電機組異常數(shù)據(jù)識別裝置的框圖；

圖4為本發(fā)明實施例中原始的風速-功率散點圖；

圖5為本發(fā)明一實施例中一區(qū)間的原始散點圖；

圖6為本發(fā)明實施例中功率區(qū)間內(nèi)風速數(shù)據(jù)的核密度函數(shù)擬合結(jié)果；

圖7為本發(fā)明實施例中識別并剔除異常數(shù)據(jù)后的功率區(qū)間散點圖；

圖8為本發(fā)明實施例中全功率區(qū)段識別并剔除異常數(shù)據(jù)后的風速-功率散點圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

本發(fā)明公開一種風力發(fā)電機組異常數(shù)據(jù)識別方法，如圖1所示，包括：

步驟s101，獲取風力發(fā)電機組的風速數(shù)據(jù)及對應(yīng)的功率數(shù)據(jù)；

步驟s102，確定包含于各預(yù)設(shè)的功率區(qū)間內(nèi)的風力發(fā)電機組的功率數(shù)據(jù)；本發(fā)明實施例中，以預(yù)設(shè)的區(qū)間長度從零到額定功率劃分區(qū)間確定預(yù)設(shè)的功率區(qū)間，確定包含于各功率區(qū)間內(nèi)的風力發(fā)電機組的功率數(shù)據(jù)；

步驟s103，根據(jù)各功率區(qū)間中包含的功率數(shù)據(jù)確定各功率區(qū)間對應(yīng)的風速數(shù)據(jù)；

步驟s104，利用核密度函數(shù)擬合確定各功率區(qū)間對應(yīng)的風速數(shù)據(jù)的概率密度；

步驟s105，根據(jù)各功率區(qū)間對應(yīng)的風速數(shù)據(jù)及各風速數(shù)據(jù)對應(yīng)的概率密度確定各功率區(qū)間的風速范圍；

步驟s106，根據(jù)各功率區(qū)間的風速范圍識別風力發(fā)電機組中的異常數(shù)據(jù)。

本發(fā)明主要包含功率分區(qū)間、建立風速核密度函數(shù)、異常數(shù)據(jù)識別、功率特性建模等環(huán)節(jié)。

如圖2所示，為本發(fā)明一實施方式的流程圖。

第一步：獲取風力發(fā)電機組風速和功率數(shù)據(jù)，本發(fā)明實施例中，風速和其對應(yīng)功率數(shù)據(jù)在時標上必須完全對應(yīng)，例如ti時刻風速為vi，功率為pi，tj時刻風速為vj，功率為pj。

第二步：將風機功率數(shù)據(jù)按照從0到額定功率劃分為多個區(qū)間，區(qū)間長度可以設(shè)置為25kw、20kw、10kw等。以20kw為例，各功率區(qū)間為[0,20]、[20,40]、…、[p-20,p]、…、[pe-20,pe]。(pe為額定功率)

第三步：以[p-20,p]功率區(qū)間為例，從第一步的風機數(shù)據(jù)中找到介于該區(qū)間內(nèi)的功率數(shù)據(jù)以及對應(yīng)的風速數(shù)據(jù)，利用該區(qū)間內(nèi)的風速數(shù)據(jù)得到風速的概率密度。采用核密度函數(shù)擬合風速的概率密度，表達式如下：

式中為區(qū)間內(nèi)的風速數(shù)據(jù)x對應(yīng)的核密度函數(shù)擬合風速的概率密度，h為帶寬，n為區(qū)間內(nèi)風速數(shù)據(jù)個數(shù)，xi為區(qū)間內(nèi)風速數(shù)據(jù)，k(﹒)為核函數(shù)。

本發(fā)明實施例中核函數(shù)選用下式所示的高斯核函數(shù)：

核密度函數(shù)擬合的結(jié)果是一系列風速數(shù)據(jù)以及對應(yīng)的概率密度。

第四步：以[p-20,p]功率區(qū)間為例，假設(shè)該區(qū)間內(nèi)風速的核密度函數(shù)擬合結(jié)果為：風速序列[v1,v2,…,vn]，(序列內(nèi)風速v1<v2<…<vn)對應(yīng)概率密度為[p1,p2,…,pn]。

本發(fā)明實施例中，異常數(shù)據(jù)識別方法如下：

1)找到概率密度最大值pk及其對應(yīng)的風速vk；

2)從風速vk開始，沿著風速序列增大的方向，即vk→vn方向，判斷|pk+a-pk|<|pk+a+1-pk+a|是否成立，其中，1≤a≤n-k-1，a為整數(shù)，判斷成立，則繼續(xù)判斷，直到不滿足該判斷條件，確定最大風速vmax；

即判斷pk+1-pk的絕對值小于pk+2-pk+1的絕對值是否成立，如果成立，繼續(xù)判斷pk+2-pk+1的絕對值小于pk+3-pk+2的絕對值是否成立，以此類推，直到不滿足判斷條件為止，設(shè)此時的風速為vmax。

3)從風速vk開始，沿著風速序列減小的方向，即vk→v1方向，判斷|pk-pk-b|<|pk-b-pk-b-1|是否成立，其中，1≤b≤k-2，b為整數(shù)，判斷成立，則繼續(xù)判斷，直到不滿足判斷條件，確定最小風速vmin；

即判斷pk-pk-1的絕對值小于pk-1-pk-2的絕對值是否成立，如果成立，繼續(xù)判斷pk-1-pk-2的絕對值小于pk-2-pk-3的絕對值是否成立，以此類推，直到不滿足判斷條件為止，設(shè)此時的風速為vmin。

4)[p-20,p]功率區(qū)間內(nèi)，介于vmin和vmax之間的風速及其對應(yīng)的功率為正常數(shù)據(jù)，其余數(shù)據(jù)為需要剔除的異常數(shù)據(jù)。

第五步：步驟二的所有功率區(qū)間分別按照步驟三和步驟四的過程進行，所有功率區(qū)間的異常數(shù)據(jù)識別并剔除后，即可得到全功率段的正常數(shù)據(jù)。

第六步：利用正常數(shù)據(jù)進行功率特性曲線建模。

同時，如圖3所示，本發(fā)明還公開一種風力發(fā)電機組異常數(shù)據(jù)識別裝置，包括：

數(shù)據(jù)獲取模塊301，用于獲取風力發(fā)電機組的風速數(shù)據(jù)及對應(yīng)的功率數(shù)據(jù)；

區(qū)間功率數(shù)據(jù)確定模塊302，用于以預(yù)設(shè)的區(qū)間長度從零到額定功率按序劃分功率區(qū)間，確定包含于各功率區(qū)間內(nèi)的風力發(fā)電機組的功率數(shù)據(jù)；

區(qū)間風速數(shù)據(jù)確定模塊302，用于根據(jù)各功率區(qū)間中包含的功率數(shù)據(jù)確定對應(yīng)的風速數(shù)據(jù)；

概率密度確定模塊304，利用核密度函數(shù)擬合確定各功率區(qū)間對應(yīng)的風速數(shù)據(jù)的概率密度；

區(qū)間風速范圍確定模塊305，用于根據(jù)各功率區(qū)間對應(yīng)的風速數(shù)據(jù)及各風速數(shù)據(jù)對應(yīng)的概率密度確定各功率區(qū)間的風速范圍；

識別模塊306，用于根據(jù)各功率區(qū)間的風速范圍識別風力發(fā)電機組中的異常數(shù)據(jù)。

本發(fā)明公開的裝置解決問題的原理與上述方法的實現(xiàn)相似，不再贅述。

以某風力發(fā)電機組實際運行數(shù)據(jù)為例，本方案的完整實施過程如下：

原始的風速-功率散點圖如圖4所示。

原始圖中風電機組正常數(shù)據(jù)應(yīng)為兩條線401、402之間部分，表現(xiàn)為風速-功率區(qū)間帶，但風速-功率區(qū)間帶外的大量異常數(shù)據(jù)湮沒了所需的正常數(shù)據(jù)。

以750kw～760kw功率區(qū)間為例，該區(qū)間的原始散點圖如圖5所示。該功率區(qū)間內(nèi)的風速數(shù)據(jù)范圍為5m/s～21m/s，從圖5中初步觀察可知，正常數(shù)據(jù)集中于7m/s～12m/s區(qū)間，因此需要精確識別并剔除其它異常數(shù)據(jù)。

750kw～760kw功率區(qū)間內(nèi)風速數(shù)據(jù)的核密度函數(shù)擬合結(jié)果如圖6所示。

采用本方案識別并剔除異常數(shù)據(jù)后的750kw～760kw功率區(qū)間散點圖如圖7所示。識別并剔除異常數(shù)據(jù)后，風速區(qū)間縮短為7.5m/s～10m/s。全功率區(qū)段識別并剔除異常數(shù)據(jù)后的風速-功率散點圖如圖8所示。由圖8和原始散點圖圖4對比可知，通過本方案的實施，異常數(shù)據(jù)得以有效識別并剔除，最終結(jié)果呈現(xiàn)為風電機組正常運行功率帶。

本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員應(yīng)明白，本發(fā)明的實施例可提供為方法、系統(tǒng)、或計算機程序產(chǎn)品。因此，本發(fā)明可采用完全硬件實施例、完全軟件實施例、或結(jié)合軟件和硬件方面的實施例的形式。而且，本發(fā)明可采用在一個或多個其中包含有計算機可用程序代碼的計算機可用存儲介質(zhì)(包括但不限于磁盤存儲器、cd-rom、光學(xué)存儲器等)上實施的計算機程序產(chǎn)品的形式。

本發(fā)明是參照根據(jù)本發(fā)明實施例的方法、設(shè)備(系統(tǒng))、和計算機程序產(chǎn)品的流程圖和/或方框圖來描述的。應(yīng)理解可由計算機程序指令實現(xiàn)流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結(jié)合?？商峁┻@些計算機程序指令到通用計算機、專用計算機、嵌入式處理機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器以產(chǎn)生一個機器，使得通過計算機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器執(zhí)行的指令產(chǎn)生用于實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的裝置。

這些計算機程序指令也可存儲在能引導(dǎo)計算機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備以特定方式工作的計算機可讀存儲器中，使得存儲在該計算機可讀存儲器中的指令產(chǎn)生包括指令裝置的制造品，該指令裝置實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能。

這些計算機程序指令也可裝載到計算機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備上，使得在計算機或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行一系列操作步驟以產(chǎn)生計算機實現(xiàn)的處理，從而在計算機或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行的指令提供用于實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的步驟。

本發(fā)明中應(yīng)用了具體實施例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實施方式及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。