[发明专利]一种风向预测方法及风力发电机组的偏航控制方法

说明书

一种风向预测方法，其包括：步骤一、获取待分析地区的历史风向数据；步骤二、对所获得历史风向数据进行圆形变量变换，得到历史风向数据的正弦值和余弦值；步骤三、利用ARMA模型分别对历史风向数据的正弦值和余弦值进行提前一步预测，得到下一时刻的风向数据的正弦值和余弦值；步骤四、将下一时刻的风向数据的正弦值和余弦值进行圆形变量反变换，得到下一时刻的风向数据。本方法将风向数据构造为一圆形变量数据，进而基于圆形变量法来实现对风向的准确预测。相较于现有的风速风向预测方法，本方法能够使得风向预测结果更加准确以及稳定。

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，具体地说，涉及一种风向预测方法及风力发电机组的偏航控制方法。

背景技术

当前，随着传统化石燃料的消耗殆尽和对能源需求的日益增大，人们越来越注重可再生的绿色清洁能源的开发和利用。风力发电作为绿色可再生能源的发电方式之一，受到各国工业和学术界的重视，风力发电技术日臻成熟，在可再生能源中成本相对较低，因此有着广阔的发展前景。

偏航调节器是风力发电机组的对风调节装置，它使得风机的风轮轴线始终与风向一致，而调解器的控制精度对风力发电机组的发电性能具有显著的影响。现代大型风力发电机组是在偏航误差存在的前提下运行的。

一方面，偏航误差的存在将导致风能获取量的降低，根据相关资料显示，偏航误差引起的年平均能量损失为2.7％，而当偏航误差为20°时，年损失量可达11％。另一方面，偏航误差的存在还会引起部件载荷的增加，这将导致偏航不稳从而引起发电机组震荡造成停机。

随着现代风机叶片的逐渐增大，偏航调节器所带来的影响也逐渐凸显。相关资料显示偏航系统引起的故障率占12.5％，而由偏航故障所引起的故障停机时间占13.3％。因此，有必要对大型风力发电机组的主动偏航的控制装置和控制策略进行深入研究。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种风向预测方法，所述方法包括：

步骤一、获取待分析地区的历史风向数据；

步骤二、对所获得历史风向数据进行圆形变量变换，得到历史风向数据的正弦值和余弦值；

步骤三、利用ARMA模型分别对历史风向数据的正弦值和余弦值进行提前一步预测，得到下一时刻的风向数据的正弦值和余弦值；

步骤四、将下一时刻的风向数据的正弦值和余弦值进行圆形变量反变换，得到下一时刻的风向数据。

根据本发明的一个实施例，在所述步骤一中，所述方法还获取待分析地区的历史风速数据，并在步骤三中利用ARMA模型根据历史风速数据预测下一时刻的风速数据。

根据本发明的一个实施例，预测下一时刻的风速数据的步骤包括：

步骤a、对所述历史风速数据进行去趋势化处理，得到去趋势化风速数据；

步骤b、根据所述去趋势化风速数据的自相关函数和偏自相关函数，确定拖尾截尾模式；

步骤c、基于所述拖尾截尾模式，利用预设准则对所述ARMA模型进行定阶，确定自动回归阶数、滑动平均数阶数和差分阶数；

步骤d、基于所述ARMA模型，利用所述自动回归阶数、滑动平均数阶数和差分阶数根据所述去趋势化风速数据计算下一时刻的风速数据。

根据本发明的一个实施例，在所述步骤a中，根据如下表达式对所述历史风速数据进行去趋势化处理：

其中，表示t时刻的去趋势化后的风速数据，表示t时刻的风速数据，表示风速数据平均值。