專利名稱：預(yù)測(cè)風(fēng)資源的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及 一 種預(yù)測(cè)風(fēng)資源并且預(yù)測(cè)可商業(yè)操作的風(fēng)電場(chǎng)的輸出的 方法和裝置。
背景技術(shù)：
對(duì)風(fēng)資源的預(yù)測(cè)且由此對(duì)風(fēng)電場(chǎng)輸出功率的預(yù)測(cè)將會(huì)改善保證風(fēng)電 場(chǎng)的單位電力生產(chǎn)的能力。
因此，需要準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)來改善風(fēng)力發(fā)電值。這可使風(fēng)電場(chǎng)相比于現(xiàn) 在容易實(shí)現(xiàn)更大的改進(jìn)。
預(yù)測(cè)風(fēng)資源和風(fēng)電場(chǎng)輸出功率的構(gòu)思有很多種。這些構(gòu)思基于中尺
度水平的設(shè)備的傳統(tǒng)數(shù)字天氣預(yù)測(cè)，"中尺度氣象學(xué)(Mesoscale Meteorology )，，是對(duì)小于天氣尺度系統(tǒng)但大于微尺度和風(fēng)暴尺度積云系統(tǒng) 的氣象系統(tǒng)的研究。
然而經(jīng)驗(yàn)表明，這種模型的準(zhǔn)確性對(duì)于可能與高保額(high penalty) 相關(guān)聯(lián)的功率輸出保證是不足的。
US72 28 235公開了一種改進(jìn)的預(yù)測(cè)方法，其中，考慮了可共用位置 的長(zhǎng)期數(shù)據(jù)集，所述位置靠近計(jì)劃風(fēng)電場(chǎng)位置。測(cè)試塔設(shè)置在用于收集 較短期數(shù)據(jù)集的潛在新位置處。長(zhǎng)期數(shù)據(jù)集和短期數(shù)據(jù)集被組合以供計(jì) 算器學(xué)習(xí)系統(tǒng)使用。因此能夠預(yù)測(cè)潛在風(fēng)電場(chǎng)位置的長(zhǎng)期數(shù)據(jù)集。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)的預(yù)測(cè)風(fēng)資源并且預(yù)測(cè)風(fēng)電場(chǎng)的輸出 功率的方法和裝置。
該問題由權(quán)利要求1和權(quán)利要求8的特征解決。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例 是從屬權(quán)利要求中的主題。
為了預(yù)測(cè)，必須在與風(fēng)力渦輪機(jī)的運(yùn)行有關(guān)的水平上進(jìn)行高分辨率 數(shù)字天氣預(yù)測(cè)。該水平是大氣邊界層，因此需要對(duì)該水平的大氣湍流參 數(shù)化。
這種參數(shù)化是高分辨率數(shù)字天氣預(yù)測(cè)的最大誤差來源之一 ，因此正確的參數(shù)化將是對(duì)有待用于預(yù)測(cè)的任何設(shè)備的關(guān)鍵要求。
根據(jù)本發(fā)明，通過利用現(xiàn)代風(fēng)電場(chǎng)的特點(diǎn)得到對(duì)湍流的必要參數(shù)化 該參數(shù)化由風(fēng)速測(cè)量得出，優(yōu)選在風(fēng)電場(chǎng)的每個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)處完成所述 風(fēng)速測(cè)量。
在風(fēng)力渦輪機(jī)的特定高度處，優(yōu)選在風(fēng)力渦輪機(jī)輪轂的高度處，連
續(xù)且"實(shí)時(shí)"地完成該風(fēng)速測(cè)量。
這會(huì)獲得實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流，該實(shí)時(shí)數(shù)椐流包括在輪轂所在高度處完成的
來自風(fēng)電場(chǎng)的相當(dāng)多個(gè)或全部風(fēng)力渦輪機(jī)的風(fēng)速測(cè)量。
這些測(cè)量與在風(fēng)力渦輪機(jī)處測(cè)量的其它氣象數(shù)據(jù)相組合。 尤其是風(fēng)電場(chǎng)中的全部風(fēng)力渦輪機(jī)的相關(guān)數(shù)據(jù)的組合都用于預(yù)測(cè)。 該數(shù)據(jù)傳送到數(shù)字天氣預(yù)測(cè)模型，從而顯著地改進(jìn)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的預(yù)測(cè)。 在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，附加地使用在其它特定高度處的風(fēng)速測(cè)量。
這些測(cè)量可以由位于風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)的 一 個(gè)或多個(gè)氣象桅桿提供。因此能夠描
述局部風(fēng)切變。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，對(duì)至少兩個(gè)不同高度測(cè)量空氣溫度，從而為 大氣穩(wěn)定性的評(píng)估提供信息。
如果風(fēng)電場(chǎng)位于海上，甚至測(cè)量海水溫度，這是優(yōu)選的實(shí)施例。
如果空間分布的風(fēng)力渦輪機(jī)用于進(jìn)行如上所述的速度測(cè)量，那么本 發(fā)明的方法提供了明顯更好的預(yù)測(cè)質(zhì)量。這使風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)速測(cè)量又增加 了一個(gè)或多個(gè)附加維度。
如果風(fēng)電場(chǎng)由單排風(fēng)力渦輪機(jī)組成，那么就由多個(gè)或者基本上全部 風(fēng)力渦輪機(jī)完成在輪轂所在高度處的風(fēng)速測(cè)量。這導(dǎo)致對(duì)湍流更精確的 描述，因?yàn)閷?duì)通常的單點(diǎn)風(fēng)速測(cè)量又增加了一個(gè)維度。
如果風(fēng)電場(chǎng)由位于某一 區(qū)域的風(fēng)力渦輪機(jī)組成，那么就由多個(gè)或者 基本上全部風(fēng)力渦輪機(jī)完成在輪轂所在高度處的風(fēng)速測(cè)量。這導(dǎo)致對(duì)湍 流更精確的描述，因?yàn)閷?duì)通常的單點(diǎn)風(fēng)速測(cè)量又增加了兩個(gè)維度。
必要時(shí)，在不同高度處的測(cè)量增加了附加維度。
所測(cè)量的風(fēng)速數(shù)據(jù)和其它氣象數(shù)據(jù)被傳送至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，以用于數(shù) 字天氣預(yù)測(cè)模型。
所述數(shù)據(jù)用于修正數(shù)字天氣預(yù)測(cè)模型。因此，用于參數(shù)化湍流的實(shí) 時(shí)數(shù)據(jù)是可用的，并且可以與預(yù)報(bào)模型的穩(wěn)定性因素一起使用。 因此能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)模型的連續(xù)調(diào)整和修正。也能夠使用所提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行與歷史預(yù)報(bào)相關(guān)聯(lián)，有利地是用于傳 送到學(xué)習(xí)型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中。
如果預(yù)測(cè)的風(fēng)速與風(fēng)電場(chǎng)的額定功率根據(jù)函數(shù)相結(jié)合，那么風(fēng)電場(chǎng) 的總功率輸出可以被準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，通過將第一風(fēng)電場(chǎng)的數(shù)據(jù)與位于另一位置的 第二風(fēng)電場(chǎng)的數(shù)據(jù)相結(jié)合來改善預(yù)測(cè)質(zhì)量。
第 一和第二風(fēng)電場(chǎng)應(yīng)當(dāng)位于可以使用同 一數(shù)字天氣預(yù)測(cè)模型的區(qū)域內(nèi)。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，通過將不是與風(fēng)電場(chǎng)相關(guān)的氣象測(cè)量添加到 數(shù)據(jù)流中來改善預(yù)測(cè)質(zhì)量，例如通過添加附近天氣站的數(shù)據(jù)。
通過增加來自基于衛(wèi)星的風(fēng)速測(cè)量的信息可以進(jìn)一步改善預(yù)測(cè)質(zhì)量。
通過結(jié)合與所用風(fēng)力渦輪機(jī)的停機(jī)期相關(guān)的信息，和/或通過結(jié)合與
以所謂的"部分削減模式(partly curtailed mode)"等運(yùn)行的風(fēng)力渦輪機(jī)相 關(guān)的信息，可以調(diào)整輸出預(yù)測(cè)。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明的方法被實(shí)現(xiàn)作為新的風(fēng)電場(chǎng)或現(xiàn)有 風(fēng)電場(chǎng)的控制軟件和/或監(jiān)控軟件的所謂的"附加特征"。
因此為業(yè)主提供了有用的附加資源，以改善其預(yù)測(cè)而不需要大量的 附加成本。


借助于附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明。
圖1示出 一個(gè)風(fēng)電場(chǎng)WF,其具有用于本發(fā)明的成列的風(fēng)力渦輪機(jī) WT1 l-WT15和WT21-WT25。
具體實(shí)施例方式
對(duì)風(fēng)電場(chǎng)WF的風(fēng)資源的預(yù)測(cè)由天氣預(yù)報(bào)設(shè)備WPT完成，其中，天氣 預(yù)報(bào)設(shè)備WPT使用氣象數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期數(shù)據(jù)集。氣象數(shù)據(jù)與風(fēng)電場(chǎng)WF的位置相關(guān)。
風(fēng)速測(cè)量由風(fēng)電場(chǎng)WF的風(fēng)力渦輪機(jī)中的至少一個(gè)完成。在這個(gè)示例 中，風(fēng)速測(cè)量由六個(gè)風(fēng)力渦輪4幾WT11、 WT13、 WT15、 WT21、 WT23 和WT25完成。風(fēng)速測(cè)量被傳輸至天氣預(yù)報(bào)設(shè)備WPT，其中，所述風(fēng)速測(cè)量用于實(shí) 現(xiàn)大氣湍流的參數(shù)化。所述風(fēng)速測(cè)量用作待與氣象數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)集相組合 的附加數(shù)據(jù)?；谠摂?shù)據(jù)組合以精確的方式完成預(yù)測(cè)。
權(quán)利要求
1.一種預(yù)測(cè)風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)資源的方法，-其中，由數(shù)字天氣預(yù)測(cè)設(shè)備完成預(yù)測(cè)，-其中所述天氣預(yù)報(bào)設(shè)備使用與風(fēng)電場(chǎng)的位置相關(guān)的氣象數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期數(shù)據(jù)集，其特征在于，-由風(fēng)電場(chǎng)的至少一個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)完成風(fēng)速測(cè)量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)大氣湍流的參數(shù)化，-所述風(fēng)速測(cè)量用于產(chǎn)生數(shù)據(jù)流，該數(shù)據(jù)流與所述氣象數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)集相結(jié)合以進(jìn)行預(yù)測(cè)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，在風(fēng)力渦輪機(jī)的特定高 度處連續(xù)且實(shí)時(shí)地完成所述風(fēng)速測(cè)量。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，風(fēng)力渦輪機(jī)的輪轂 所在高度用作所述特定高度。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，風(fēng)電場(chǎng)的 多個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)執(zhí)行風(fēng)速測(cè)量，該風(fēng)速測(cè)量被添加到實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)流中。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在其它特 定高度處執(zhí)行的風(fēng)速測(cè)量附加地用于形成所述數(shù)據(jù)流。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述附加的風(fēng)速測(cè)量由 位于風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)氣象桅桿完成。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，對(duì)至少兩個(gè)不同高度測(cè)量空氣溫度，從而為大氣穩(wěn)定性的評(píng)估提供附加的氣象信 自
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，對(duì)于海上風(fēng)電場(chǎng)而言， 測(cè)量海水溫度作為附加的氣象數(shù)據(jù)。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，將空間分 布的風(fēng)力渦輪機(jī)用于進(jìn)行風(fēng)速測(cè)量。
10. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，風(fēng)速測(cè)量 和氣象數(shù)據(jù)被傳送至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，從而用于模擬數(shù)字天氣預(yù)測(cè)。
11. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，歷史預(yù)報(bào) 附加地用于進(jìn)行數(shù)字天氣預(yù)測(cè)。
12. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，預(yù)測(cè)的風(fēng)速與風(fēng)電場(chǎng)的額定功率根據(jù)函數(shù)相結(jié)合，從而預(yù)測(cè)風(fēng)電場(chǎng)的總功率輸出。
13. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，多個(gè)風(fēng)電 場(chǎng)的氣象數(shù)據(jù)和風(fēng)速測(cè)量被用于進(jìn)行預(yù)測(cè)，而所述風(fēng)電場(chǎng)位于使用同一 數(shù)字天氣預(yù)測(cè)模型的區(qū)域內(nèi)。
14. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，將不是與 風(fēng)電場(chǎng)相關(guān)的氣象測(cè)量附加于所述氣象數(shù)據(jù)和風(fēng)速測(cè)量用于進(jìn)行預(yù)測(cè)。
15. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，來自基于 衛(wèi)星的風(fēng)速測(cè)量的信息被附加地用于進(jìn)行預(yù)測(cè)。
16. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法， 其特征在于，-與所用風(fēng)力渦輪機(jī)的停機(jī)期相關(guān)的信息被附加地用于進(jìn)行預(yù)測(cè)， 和/或_與以部分削減模式運(yùn)行的風(fēng)力渦輪機(jī)相關(guān)的信息被附加地用于進(jìn)行預(yù)測(cè)。
17. —種預(yù)測(cè)風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)資源的裝置，其具有用于執(zhí)行根據(jù)前述權(quán)利 要求中任一項(xiàng)所述的方法步驟的機(jī)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種預(yù)測(cè)風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)資源的方法和裝置。所述預(yù)測(cè)由數(shù)字天氣預(yù)測(cè)設(shè)備完成，其中，天氣預(yù)報(bào)設(shè)備使用氣象數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期數(shù)據(jù)集。該數(shù)據(jù)與風(fēng)電場(chǎng)的位置相關(guān)。風(fēng)速測(cè)量由風(fēng)電場(chǎng)的至少一個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)完成，從而進(jìn)行大氣湍流的參數(shù)化。風(fēng)速測(cè)量用于產(chǎn)生數(shù)據(jù)流，該數(shù)據(jù)流與所述氣象數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)集相結(jié)合以進(jìn)行預(yù)測(cè)。
文檔編號(hào)G01W1/10GK101634722SQ20091015219
公開日2010年1月27日 申請(qǐng)日期2009年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月22日
發(fā)明者H·施蒂斯達(dá)爾 申請(qǐng)人:西門子公司