基于数字孪生的风电场动态扇区管理优化方法及系统.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115186861A(43)申请公布日2022.10.14(21)申请号202210496509.4(22)申请日2022.05.09(71)申请人中国海洋大学地址266100山东省青岛市崂山区松岭路238号(72)发明人薛宇赵立业王军栋王文杰薛磊(74)专利代理机构北京中南长风知识产权代理事务所(普通合伙)11674专利代理师李青(51)Int.Cl.G06Q10/04(2012.01)G06Q50/06(2012.01)G06F30/20(2020.01)权利要求书2页说明书5页附图2页(54)发明名称基于数字孪生的风电场动态扇区管理优化方法及系统(57)摘要本发明涉及一种基于数字孪生的风电场动态扇区管理优化方法及系统，该方法包括：建立考虑风电场地表状况精细化的天气研究与预报模型；建立风电场尾流高端动态气动模拟与虚拟叶片耦合模型，对安放风机位置的风场参数进行模拟计算，并通过扫描激光测风验证计算得到的尾流细节，得到用于风电场控制的精准尾流模型；基于机器听觉的叶轮在线健康监测诊断系统，获取风机健康状态信息，在机组健康的状态下参与风机控制优化；根据尾流影响情况，风电场单机采用自适应优化控制和风电场群采用基于听觉的动态尾流控制。本发明以知风‑知场‑知机‑群控为基本特征，实现了风电场动态扇区管理，有效提升了海上风电场风机叶轮智能化监控及发电盈利能力。CN115186861ACN115186861A权利要求书1/2页1.一种基于数字孪生的风电场动态扇区管理优化方法，其特征在于，包括：步骤1，建立考虑风电场地表状况的中尺度天气研究与预报模型，获取风电场降尺度精细化数值天气及风速风向预测数据；步骤2，以获取的风电场降尺度精细化数值天气及风速风向预测数据作为初始及边界条件，基于风场地形及机组布局，建立风电场尾流高端动态气动模拟与虚拟叶片耦合模型，对安放风机位置的风场参数进行模拟计算，得到风场风机及地形尾流数值计算结果，并通过扫描激光测风验证计算得到的尾流细节，得到用于风电场控制的精准尾流模型，并实现尾流可视化；步骤3，基于机器听觉的叶轮在线健康监测诊断系统，获取风机叶轮健康状态信息，在机组健康的状态下进入步骤4；步骤4，根据尾流模型实时检测分析风电场风机尾流干扰状态，当机组无尾流影响时，采用单机自适应优化控制策略实现功率最大；当结合机器听觉设备检测到尾流干扰影响时，根据尾流模型提供的流场细节，实施场群控制策略，在场群控制策略实施期间，将机器听觉设备获取的声波数据用于校正尾流模型，实现全场功率最大。2.根据权利要求1所述基于数字孪生的风电场动态扇区管理优化方法，其特征在于，步骤4中所述场群控制策略包括：根据风机载荷状态进行风电场数值模型仿真分析，若仿真分析结果满足预期，向相关风机发出控制指令。3.根据权利要求1所述基于数字孪生的风电场动态扇区管理优化方法，其特征在于，所述步骤4包括：对于陆上风电场：使用机组状态健康、设备温度处于正常运行范围内的一年的历史数据，分析同一风速下不同风向上的全场功率输出、噪声和振动数据，建立数值模型，并确定扇区对应风向，根据地形和机组布局分析，确定扇区形成原因是由上游风力发电机组尾流还是地形影响，包括：当噪声和振动数据模型体现出风力发电机组受到尾流影响特征时，判定风力发电机组开始受到尾流影响；在上游风力发电机组产生尾流影响形成扇区的情况下，根据噪声声波和振动数据模型，校正尾流模型，根据尾流模型确定为尾流影响以及扇区为全覆盖或部分覆盖风力发电机组，包括：当风速对应风力发电机运行状态处于二区时：扇区影响范围为全覆盖风力发电机组，采取变速控制和偏航控制；扇区影响范围为部分覆盖风力发电机组时，采取偏航控制；当风速对应风力发电机运行状态处于三区时：扇区影响范围为全覆盖风力发电机组，采取变桨控制和偏航控制；扇区影响范围为部分覆盖风力发电机组时，采取偏航控制；由地形产生扇形区的情况下，根据噪声声波和震动数据特征，确定为尾流影响以及扇区为全覆盖或部分覆盖风力发电机组，包括：受影响风力发电机组采取停机，防止运行时载荷过大，故障率升高，机组寿命降低；对于海上风电场：使用机组状态健康、设备温度处于正常运行范围内的一年的历史数据，分析同一风速下不同风向上的全场功率输出、噪声和振动数据，建立数值模型，确定尾流坑对应风向，包括：2CN115186861A权利要求书2/2页当噪声和振动数据模型体现出风力发电机组受到尾流影响特征时，判定风力发电机组开始受到尾流影响；上游风力发电机组产生尾流影响的情况下，根据噪声和振动数值模型，校正尾流模型，确定为尾流影响全覆盖或部分覆盖风力发电机组，包括：当风速对应风力发电机运行状态处于二区时：扇区范围为全覆盖风力发电机组，采取变速控制和偏航控制；扇