[發明專利]一種基于風功率預測的風電機組風險度評估方法

在審

• 申請號: 202110167227.5
• 申請日: 2021-02-05
• 公開（公告）號: CN112818604A
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: 傅質馨;孫寧新;朱俊澎;袁越
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06K9/62;G06Q10/04;G06Q50/06;G06N20/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 向文

本發明公開了一種基于風功率預測的風電機組風險度評估方法，包括如下步驟：對風電機組歷史數據進行預處理；計及風速、風向、溫度、濕度四種氣象因素，建立隨機森林預測模型，對風電機組輸出功率進行預測；計算風電機組輸出功率預測的絕對誤差，用于描述風電機組風險度；采用無監督的模糊C均值聚類算法構建風電機組輸出功率預測絕對誤差的離群點模型，將相似度較高的風險度進行聚類，實現對風電機組風險度的明確劃分。本發明考慮了風速、風向、溫度、濕度四種氣象因素對風電機組輸出功率的影響，基于采用隨機森林算法的風功率預測，實現了對風電機組運行風險度的描述和劃分，能夠有效地為風電機組運行中的異常狀態提供判斷依據。

技術領域

本發明屬于風力發電運維領域，涉及一種風電機組運行風險度評估方法，具體涉及一種基于風功率預測的風電機組風險度評估方法。

背景技術

隨著近年來風電行業的不斷發展，風電的運行維護已成為風電產業新的增長點，也成為風電行業研究的重點問題。及時準確感知風電機組的運行狀態是優化風電場運行及維修策略的基礎，發展風電機組運行狀態監測和評估，將大大促進風電機組狀態檢修管理的實施，進而降低風電場整體運維成本，對保證風電機組安全經濟運行有著重要的理論意義和應用價值。目前，風電機組狀態評估主要方案之一是通過建立一定的評價指標體系，基于已有的故障數據記錄來對風電機組運行狀態進行評估。

然而上述方案中模型的建立具有不確定性，同時依賴大量高質量的歷史故障數據，這就要求在缺乏故障數據支撐的場景下，也要能夠開展風電機組運行狀態評估。

所以，需要一個新的技術方案來解決這個問題。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術中存在的在缺乏故障數據支撐條件下進行風電機組運行狀態評估的問題，提供一種基于風功率預測的風電機組風險度評估方法，其在風功率預測過程中考慮了多種氣象因素，基于殘差的思想開展風電機組運行狀態評估，給出了以功率預測的絕對誤差描述風險度的模型，給出了風電機組風險度的劃分方法。

技術方案：為實現上述目的，本發明提供一種基于風功率預測的風電機組風險度評估方法，包括如下步驟：

S1：對風電機組歷史數據進行預處理；

S2：計及風速、風向、溫度、濕度四種氣象因素，建立隨機森林預測模型，對風電機組輸出功率進行預測；

S3：計算風電機組輸出功率預測的絕對誤差，用于描述風電機組風險度；

S4：采用無監督的模糊C均值聚類算法構建風電機組輸出功率預測絕對誤差的離群點模型，將相似度較高的風險度進行聚類，實現對風電機組風險度的明確劃分。

進一步地，所述步驟S2中以風速、風向、溫度、濕度作為隨機森林預測模型輸入的選取依據為：

風電機組功率計算公式如下：

式(1)中，v表示風速；ρ表示空氣密度；C_p表示風能利用系數；A表示風輪掃掠面積；C_p和A均由風機自身型號決定。

由式(1)可知，風速和空氣密度是影響風電機組輸出功率的重要因素。此外，風向對風功率影響也較大。對于空氣密度，其計算公式為：

式(2)中，t表示氣溫；P_f表示空氣的全壓力；P_b表示溫度下的飽和水蒸氣壓；表示空氣的相對濕度；空氣密度是由氣溫、濕度以及氣壓決定。因此，氣溫、濕度和氣壓也是風電機組輸出功率的影響因素。

進一步地，所述步驟S2中采用隨機森林預測模型進行風電機組輸出功率預測的過程為：

A1：選取部分風電數據作為訓練數據集，對該訓練集進行隨機有放回采樣，從中得到新的樣本集；