一种海上风电场自动发电控制流场动态建模方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113239643A(43)申请公布日2021.08.10(21)申请号202110480616.3(22)申请日2021.04.30(71)申请人南京河大风电科技有限公司地址210000江苏省南京市高淳区经济开发区古檀大道3号(72)发明人邓智文薛飞飞张虎黄海琴(74)专利代理机构南京苏高专利商标事务所(普通合伙)32204代理人沈丹(51)Int.Cl.G06F30/28(2020.01)G06Q50/06(2012.01)权利要求书2页说明书4页附图2页(54)发明名称一种海上风电场自动发电控制流场动态建模方法(57)摘要本发明公开了一种海上风电场自动发电控制流场动态建模方法，包括以下步骤：利用CFD仿真进行数据采样，获取数据集；对数据进行收集和整理；采用本征正交分解进行降阶处理；构建基于偏航、变桨、转速调节过程及其扰动过程的海上风电场自动发电控制流场动态模型。本发明能够有效克服高精度风电场流场动态仿真得到的数据集结构庞大，难以直接应用的缺点，得到的风电场流场的动态降阶模型能够大幅度地压缩数据结构，保留流场的主要特征，具有较高的尾流预测精度。CN113239643ACN113239643A权利要求书1/2页1.一种海上风电场自动发电控制流场动态建模方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)利用CFD仿真进行数据采样，获取数据集；(2)采集到所需数据后，对数据进行收集和整理；(3)采用本征正交分解进行降阶处理；(4)构建基于偏航、变桨、转速调节过程及其扰动过程的海上风电场自动发电控制流场动态模型。2.根据权利要求1所述海上风电场自动发电控制流场动态建模方法，其特征在于：步骤(1)中，所述利用CFD仿真进行数据采样，获取数据集具体包括，通过ICEM软件实现风力机组的实体建模，将风力机组模型导入XFlow软件,并设定输入的风速，且风向与机组排列方向一致，还设定仿真采样时间间隔。3.根据权利要求1所述海上风电场自动发电控制流场动态建模方法，其特征在于：步骤(1)中，所述利用CFD仿真进行数据采样中采样数据包括轮毂高度处水平面各网格点风速的x,y,z分量、穿过机组中心的竖直平面上各网格点风速的x,y,z分量、各机组的输出功率、第一台机组的偏航角。4.根据权利要求1所述海上风电场自动发电控制流场动态建模方法，其特征在于，步骤(2)中，采集到所需数据后，按以下格式进行整理：假设共有n个采样时间点，两个风速数据采样平面共有N个网格点；在第i个采样时间点，采集到的两个平面各网格点风速的x,y,z分量组成向量xi(i＝1,2,…,n‑1)，是一个3N维列向量；采集到的数据矩阵形式如下式所示：式中，Uθ表示偏航矩阵，ui(i＝1,2,…,n‑1)表示第i个采样点的机组偏航向量，设为m维；Y表示输出矩阵，yi(i＝1,2,…,n‑1)表示第i个采样点各机组的功率组成的向量；X和X’是由xi组成的矩阵，其定义由式(1)给出。5.根据权利要求1所述海上风电场自动发电控制流场动态建模方法，其特征在于，步骤(3)中，所述采用本征正交分解进行降阶处理具体为：根据合适的模型精确度和复杂度，选择合适的模型阶数r，对收集的风场数据进行降阶处理；最终得到如下形式的离散状态空间模型：降阶前后状态向量的关系定义为：式中，P∈Rr×n，为投影子空间矩阵。6.根据权利要求4所述海上风电场自动发电控制流场动态建模方法，其特征在于，步骤(4)中，所述构建基于偏航、变桨、转速调节过程及其扰动过程的海上风电场自动发电控制流场动态模型具体为：对步骤(2)得到的X进行奇异值分解：X＝U∑VT，其中，U表示左奇异向量，是R3N×3N的正交2CN113239643A权利要求书2/2页矩阵；∑表示奇异值矩阵，是R3N×(n‑1)的对角矩阵；V为有奇异向量，是R(n‑1)×(n‑1)的正交矩阵；通过仅保留POD模式的r阶子集，获得对原始数据的高度压缩，同时仍然保证建模精度，此时X的近似写成：令Tr×r由于Ur为实正交矩阵，则PP＝Ir，Ir∈R为单位矩阵；由式(2)得，把式(3)(5)代入(6)，得状态空间矩阵：把状态空间矩阵代入式(2)得到风电场流场的动态降阶模型。3CN113239643A说明书1/4页一种海上风电场自动发电控制流场动态建模方法技术领域[0001]本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种海上风电场自动发电控制流场动态建模方法。背景技术[0002]常见的用于尾流调控的风电场流场模型通常是Jensen模型等基于经验的静态尾流模型，该类尾流模型通常精度较低而且不能反映风速变化在风电场中传递造成的延迟问题。为了能够快速模拟风速风向和机组状态改变导致的风电场流场变化的过程，需要建立海上风电场动态流场控制模型