風電場陣風預測方法和系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及風電技術領域，尤其涉及一種風電場陣風預測方法和系統。
【背景技術】
[0002] 風力發電因其采用了新型、清潔的能源進行發電而在電力領域逐步受到人們的關 注。
[0003] 然而，風力發電采用的風能因其在風速、風向上都具有隨機性，因此風力發電會在 發電效率以及安全性上存在不穩定因素，特別是由陣風帶來的波動尤為明顯。現有風力發 電技術中也很難對陣風的風能進行有效的捕獲利用，并且陣風很容易導致風電機組出現安 全性問題。例如，陣風可以引起風力發電機組（簡稱"風電機組"）轉矩出現較大范圍的波 動，使葉輪的機械應力突然增加，并且此時機組輸出的功率波動性明顯，甚至在極端陣風狀 況下，會對機組造成致命性的傷害。因此，如何對風電場中出現的陣風進行有效的預測，是 后續采取有效措施，提高風電機組發電效率以及安全性的前提，也是技術人員亟需解決的 問題。
【發明內容】
[0004] 本發明的實施例提供一種風電場陣風預測方法和系統，以實現對風電場中出現的 陣風進行有效的預測，進而為后續采取有效措施，提高風電機組發電效率以及安全性打好 基礎。
[0005] 為達到上述目的，本發明的實施例提供了一種風電場陣風預測方法，包括：
[0006] 監測位于風電場外圍的至少三個測風節點處的陣風信息，所述陣風信息包括陣風 的到達時間、風速和風向；
[0007] 當監測到所述測風節點處存在一股吹向風電場的陣風時，標記最先監測到該股陣 風的所述測風節點為當前測風節點，并將所述當前測風節點以及風電場中的各個風電機組 在沿所述陣風的風向上進行投影，得到所述當前測風節點以及各個風電機組之間沿所述陣 風的風向上的投影距離，并確定各風電機組之間的上下游關系；
[0008] 根據所述當前測風節點處的所述陣風信息、所述當前測風節點、各個風電機組之 間沿所述陣風的風向上的投影距離和各風電機組之間的上下游關系，計算在所述當前測風 節點處的陣風到達各風電機組時的陣風信息。
[0009] 本發明的實施例還提供了一種風電場陣風預測系統，包括：位于風電場外圍的至 少三個測風節點處的氣象監測設備、中央控制器，所述中央控制器包括：數據處理模塊和陣 風信息計算模塊；
[0010] 所述氣象監測設備，用于監測位于風電場外圍的至少三個測風節點處的陣風信 息，所述陣風信息包括陣風的到達時間、風速和風向；
[0011] 所述數據處理模塊，用于當所述氣象監測設備監測到所述測風節點處存在一股吹 向風電場的陣風時，標記最先監測到該股陣風的所述測風節點為當前測風節點，并將所述 當前測風節點以及風電場中的各個風電機組在沿所述陣風的風向上進行投影，得到所述當 前測風節點以及各個風電機組之間沿所述陣風的風向上的投影距離，并確定各風電機組之 間的上下游關系；
[0012] 陣風信息計算模塊，用于根據所述當前測風節點處的所述陣風信息、所述當前測 風節點、各個風電機組之間沿所述陣風的風向上的投影距離和各風電機組之間的上下游關 系，計算在所述當前測風節點處的陣風到達各風電機組時的陣風信息。
[0013] 本發明實施例提供的風電場陣風預測方法和系統，通過監測位于風電場外圍測風 節點處到的陣風信息，確定即將吹向風電場的陣風，然后將最先監測到陣風的當前測風節 點以及風電場中的各個風電機組在沿陣風的風向上進行投影，得到當前測風節點以及各個 風電機組之間沿陣風的風向上的投影距離，并確定各風電機組之間的上下游關系，從而利 用當前測風節點處的陣風信息、各個風電機組之間沿陣風的風向上的投影距離和上下游關 系，計算在當前測風節點處的陣風到達各風電機組時的陣風信息，以對到達每個風電機組 的陣風的風速、風向、到達時間等進行準確預測。
【附圖說明】
[0014] 圖1為本發明提供的風電場陣風預測系統拓撲圖；
[0015] 圖2為本發明提供的風電場陣風預測方法一個實施例的方法流程圖；
[0016] 圖3為本發明提供的測風節點以及風電機組在沿陣風的風向上進行投影的示意 圖；
[0017] 圖4為本發明提供的風電場陣風預測方法另一個實施例的方法流程圖；
[0018] 圖5為本發明提供的測風節點及風電機組對應位置坐標的Oxy平面直角坐標系示 意圖；
[0019] 圖6為本發明提供的風電場陣風預測方法又一個實施例的方法流程圖；
[0020] 圖7為本發明提供的風電場陣風預測系統一個實施例的結構示意圖；
[0021] 圖8為本發明提供的風電場陣風預測系統另一個實施例的結構示意圖。
[0022] 附圖標號說明
[0023] 101-北斗衛星、102-中央控制器、103-氣象監測設備、104-風電機組、1021-數 據處理模塊、1022-陣風信息計算模塊、1023-坐標系構建模塊、1024-坐標系旋轉模塊、 1025-分組模塊、1026-上下游關系模塊、10221-第一陣風信息計算單元、10222-第二陣風 信息計算單元、10223-第三陣風信息計算單元。
【具體實施方式】
[0024] 本發明的實施例，通過將監測到陣風的當前測風節點以及風電場中的各個風電機 組在沿陣風的風向上進行投影，得到當前測風節點以及各個風電機組之間沿陣風的風向上 的投影距離，然后利用這些投影距離、各風電機組之間沿陣風的風向上的上下游關系以及 在當前測風節點處監測到的陣風信息，計算該陣風到達各個風電機組時的陣風信息。本發 明實施例的技術方案可以適用于針對風電場的陣風預測。
[0025] 圖1為本發明提供的風電場陣風預測系統拓撲圖。如圖1中所示，本發明的所有 實施例中采用如北斗衛星101對涉及使用的設備如中央控制器102、氣象監測設備103(氣 象桅桿）等進行同步授時，保障它們使用的時間參量是同步的，從而提高預測當前測風節 點處的陣風到達各風電機組104時的陣風信息在時間上的精度。在圖1中，每個氣象監測 設備103所處的位置均為一個測風節點。各氣象監測設備103、風電機組104周期性向中 央控制器上傳監測到的風信息（風電機組104可將偏航信息、風向標的測風信息等作為監 測到的風信息），然后由中央控制器102根據這些風信息，以及氣象監測設備103和各風電 機組104所處的地理信息對風電場的陣風進行預測。
[0026] 實施例一
[0027] 在圖1所示風電場陣風預測系統拓撲圖的基礎上，圖2示出本發明提供的風電場 陣風預測方法一個實施例的方法流程圖。
[0028] 如圖2所示，該風電場陣風預測方法包括：
[0029] S201，監測位于風電場外圍的至少三個測風節點處的陣風信息，陣風信息包括陣 風的到達時間、風速和風向。
[0030] 通過設置在位于風電場外圍的至少三個測風節點處的氣象監測設備監測相應測 風節點處的陣風信息，并周期性的上傳給中央控制器。測風節點的具體位置需滿足這樣的 條件：陣風在到達風電場前應被至少一個測風節點處的氣象監測設備監測到；且首次監測 到陣風的測風節點與陣風經過的第一個風電機組之間應保持足夠遠距離，以使得陣風經過 該距離所經歷的時間大于各氣象監測設備、風電機組等上傳風信息的周期。
[0031] S202,當監測到測風節點處存在一股吹向風電場的陣風時，標記最先監測到該股 陣風的測風節點為當前測風節點，并將當前測風節點以及風電場中的各個風電機組在沿陣 風的風向上進行投影，得到當前測風節點以及各個風電機組之間沿陣風的風向上的投影距 離，并確定各風電機組之間的上下游關系。
[0032] 中央控制器根據對接收的各測風節點處監測的陣風信息中的到達時間、風速和風 向進行綜合判斷，從中識別出即將吹向風電場的各股陣風的信息。每當中央控制器識別出 某些測風節點處監測到一股新的即將吹向風電場的陣風時，則標記最先監測到該股陣風的 測風節點為當前測風節點。
[0033] 中央控制器根據預先掌握的各測風節點以及各風電機組的地理位置信息，將上述 當前測風節點以及風電場中的各個風電機組在沿陣風的風向上進行投影，從而得到當前測 風節點以及各個風電機組之間沿陣風的風向上的投影距離，并確定各風電機組之間的上下 游關系。
[0034] 圖3為本發明提供的測風節點以及風電機組在沿陣風的風向上進行投影的示意 圖。如圖3所示，假設風電場的正北方向為0°風向角度的方向，順時針旋轉方向為正角度 方向，一股即將吹向風電場的陣風，風向角度為a，那么d即為相應兩個風電機組在沿陣風 風向a上的投影距離，依此類推，可得到當前測風節點以及各個風電機組之間沿陣風的風 向上的投影距離。通過各風電機組在a風向上的投影，可以確定各風電機組間的在陣風風 向的上下游關系。
[0035] S203,根據當前測風節點處的陣風信息、當前測風節點、各個風電機組之間沿陣風 的風向上的投影距離和各風電機組間的上下游關系，計算在當前測風節點處的陣風到達各 風電機組時的陣風信息。
[0036] 利用陣風在到達當前測風節點處時的陣風信息，以及前測風節點、各個風電機組 之間沿陣風的風向上的投影距離，可以粗略預測陣風到達各個風電機組時的陣風信息，包 括：到達時間、風速和風向。例如，將各風電機組與當前測風節點間的投影距離除以陣風的 風速得到的