[發(fā)明專利]基于風(fēng)機(jī)相互預(yù)警的虛擬激光雷達(dá)系統(tǒng)及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011274875.2
• 申請(qǐng)日: 2020-11-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112215305A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-01-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 卜宏達(dá);謝洪亮;王林鵬;葛亮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 遠(yuǎn)景能源有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G06K9/62
• 分類(lèi)號(hào): G06K9/62;G06N3/04;G01S7/48;G01S17/95
• 代理公司: 上海智晟知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31313
• 代理人: 李鏑的

本發(fā)明提供了一種基于風(fēng)機(jī)相互預(yù)警的虛擬激光雷達(dá)系統(tǒng)及方法，包括：風(fēng)場(chǎng)部署數(shù)據(jù)模塊，獲取風(fēng)場(chǎng)內(nèi)在主風(fēng)向上間隔排布的風(fēng)機(jī)的前后關(guān)系；風(fēng)速傳遞特性模塊，獲取風(fēng)場(chǎng)所在的地區(qū)風(fēng)速在主風(fēng)向上的傳遞特性；風(fēng)場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)模塊，獲取風(fēng)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)；以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊，根據(jù)風(fēng)場(chǎng)內(nèi)在主風(fēng)向上間隔排布的風(fēng)機(jī)的前后關(guān)系、風(fēng)速在主風(fēng)向上的傳遞特性、以及風(fēng)場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，捕獲風(fēng)機(jī)間的風(fēng)速關(guān)系，以代替物理激光雷達(dá)預(yù)測(cè)陣風(fēng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于風(fēng)機(jī)相互預(yù)警的虛擬激光雷達(dá)系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

隨著能源供需的日益緊張和人類(lèi)對(duì)環(huán)境氣候變化問(wèn)題的日益關(guān)注，眾多歐美國(guó)家已將可再生清潔能源發(fā)展提高到國(guó)家戰(zhàn)略高度。而風(fēng)能作為清潔環(huán)保、可再生能源的代表，因其蘊(yùn)含量大、分布范圍廣、開(kāi)發(fā)前景好等優(yōu)點(diǎn)，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家均投入巨大資源在風(fēng)電技術(shù)的研究與應(yīng)用上。

在風(fēng)電技術(shù)開(kāi)發(fā)中，風(fēng)速預(yù)測(cè)一直是近幾年的熱點(diǎn)問(wèn)題。風(fēng)速受溫度、氣壓、地形等多種因素的影響，具有很強(qiáng)的隨機(jī)性。風(fēng)速預(yù)測(cè)按照預(yù)測(cè)時(shí)間尺度可分為長(zhǎng)期(months～years)、中期(days～weeks)、短期(hours)、超短期(minutes)預(yù)測(cè)，這些風(fēng)速預(yù)測(cè)主要為風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)功率預(yù)測(cè)服務(wù)，從而制定正確的調(diào)配計(jì)劃，減輕風(fēng)電對(duì)電網(wǎng)的不利影響。

目前國(guó)內(nèi)外風(fēng)速預(yù)測(cè)的方法雖然多種多樣，但多集中在分鐘級(jí)以上時(shí)間尺度的預(yù)測(cè)，比如卡爾曼濾波方法、時(shí)間序列分析方法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法和模糊邏輯方法等。這些風(fēng)速預(yù)測(cè)方法基本上是通過(guò)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的原始風(fēng)速時(shí)間序列建立模型，然后對(duì)未來(lái)風(fēng)速進(jìn)行預(yù)測(cè)，或者通過(guò)差分等手段，把非平穩(wěn)的風(fēng)速序列先轉(zhuǎn)換為平穩(wěn)序列，再對(duì)平穩(wěn)序列進(jìn)行建模和預(yù)測(cè)。但是對(duì)于秒級(jí)風(fēng)速預(yù)測(cè)，相對(duì)可靠的預(yù)測(cè)方法并不多見(jiàn)。在IEEE發(fā)布的“TheImpact of Control Technology—2nd Edition”中，基于未來(lái)秒級(jí)風(fēng)速時(shí)序的提前規(guī)劃與控制被當(dāng)做未來(lái)風(fēng)機(jī)控制研究的重大挑戰(zhàn)提了出來(lái)。

近些年，出現(xiàn)了使用激光雷達(dá)進(jìn)行秒級(jí)風(fēng)速預(yù)測(cè)的方法，激光雷達(dá)通過(guò)向前方打出激光，測(cè)出風(fēng)機(jī)前幾百米處立體位面的風(fēng)速情況，從而可以提前預(yù)測(cè)未來(lái)幾秒的風(fēng)速情況，但是由于價(jià)格昂貴、受天氣影響大、不穩(wěn)定、標(biāo)定難設(shè)置等原因，實(shí)際使用效果不佳。

綜上所述，物理激光雷達(dá)在風(fēng)場(chǎng)實(shí)際使用中效果很差，難以應(yīng)用，且(1)物理激光雷達(dá)價(jià)格昂貴；(2)物理激光雷達(dá)受天氣影響大；(3)物理激光雷達(dá)預(yù)報(bào)風(fēng)速時(shí)間短，大約在10秒左右；(4)物理激光雷達(dá)標(biāo)定難設(shè)置。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于風(fēng)機(jī)相互預(yù)警的虛擬激光雷達(dá)系統(tǒng)及方法，以解決現(xiàn)有的物理激光雷達(dá)在風(fēng)場(chǎng)實(shí)際使用中效果很差的問(wèn)題。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于風(fēng)機(jī)相互預(yù)警的虛擬激光雷達(dá)系統(tǒng)，包括：

風(fēng)場(chǎng)部署數(shù)據(jù)模塊，獲取風(fēng)場(chǎng)內(nèi)在主風(fēng)向上間隔排布的風(fēng)機(jī)的前后關(guān)系；由于硬件激光雷達(dá)的使用效果不佳，本發(fā)明使用軟件方法來(lái)代替激光雷達(dá)以預(yù)測(cè)陣風(fēng)。因?yàn)轱L(fēng)速具有傳遞性，風(fēng)場(chǎng)部署時(shí)會(huì)在主風(fēng)向上有前后關(guān)系地間隔排布，如果前排風(fēng)機(jī)遇到了陣風(fēng)(gust)，后排風(fēng)機(jī)過(guò)一段時(shí)間也會(huì)遇到相同陣風(fēng)，基于該物理原理以及對(duì)風(fēng)場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的觀察可知，風(fēng)機(jī)間的風(fēng)速是相關(guān)的且具有一定滯后特性，本發(fā)明采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)捕獲這種關(guān)系。

風(fēng)速傳遞特性模塊，獲取風(fēng)場(chǎng)所在的地區(qū)風(fēng)速在主風(fēng)向上的傳遞特性；風(fēng)場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)模塊，獲取風(fēng)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)；以及

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊，根據(jù)風(fēng)場(chǎng)內(nèi)在主風(fēng)向上間隔排布的風(fēng)機(jī)的前后關(guān)系、風(fēng)速在主風(fēng)向上的傳遞特性、以及風(fēng)場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，捕獲風(fēng)機(jī)間的風(fēng)速關(guān)系，以代替物理激光雷達(dá)預(yù)測(cè)陣風(fēng)。

可選的，在所述的基于風(fēng)機(jī)相互預(yù)警的虛擬激光雷達(dá)系統(tǒng)中，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊包括循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型；

循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型為根據(jù)風(fēng)場(chǎng)內(nèi)在主風(fēng)向上間隔排布的風(fēng)機(jī)的前后關(guān)系、以及風(fēng)速在主風(fēng)向上的傳遞特性形成；