[0001] 本发明涉及风力发电领域和计算机技术领域，尤其涉及一种基于复杂环境的风功率预测方法。

[0002] 风力发电是指把风的动能转为电能。风能是一种清洁无公害的可再生能源，很早就被人们利用，主要是通过风车来抽水、磨面等，人们感兴趣的是如何利用风来发电。利用风力发电非常环保，且风能蕴量巨大，因此日益受到世界各国的重视。

[0003] 风功率预测系统技术，是根据风电场气象信息有关数据，利用物理模拟计算和科学统计方法，对风电场的风力风速进行短期预报，而预测出风电场的功率，从而也可实现电力调度部门对风电调度的要求。

[0004] 但是在实际工作中，影响风功率的因素是多方面的，除必要的风能资源之外，首先就是负责接收风能的桨叶会影响风能的输入，虽然风力资源来源广泛，但是风向不固定，桨叶的安装角度不同，接收的风力转动的能量转化成的机械能就不同，而叶尖的扰流器也会对桨叶产生阻力，因此风功率的预测不能单单考虑风速，还需要多方面考虑，在复杂的环境中具体分析环境影响因素与风功率的关系，通过对风场复杂环境的模拟，结合自然环境和安装环境做到具体环境具体分析，实现对风功率预测准确性的提升。

[0023] 下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0024] 实施例一

[0025] 如图1所示，本发明实施例一提供一种基于复杂环境的风功率预测方法。

[0026] 步骤S110：分析影响风功率的环境因素。

[0027] 影响风功率的环境因素有两类，一类是自然环境因素，一类是安装环境因素，自然环境因素包括风力资源的影响和温度的影响；安装环境因素包括桨叶对风电功率的影响，叶尖扰流器的影响。其中风力资源的主要参数有风速、高度和风功率密度，在以往的数据中可以看到，高度、风速对于风功率来说是成正比的，风速越快，动力转换越多，输出功率也就越大；高度越高，大气密度越大，转化的功率也就越多；风功率密度是指气流在单位时间内垂直通过单位截面积的风能；温度对风功率的影响取决于风电机组的元件对低温的耐受度，在常温或夏季高温条件下，风力发电机组会比冬季的低温条件下的工作能力更好一些，那是因为能量的转化中离不开热量传递，热力元件在低温情况下会发生硬化，导致不能很好的承受机械能的冲击；桨叶对风功率的影响主要体现在其安装角度的不同，桨叶受风力吹动时的升力也会不同；叶尖扰流器是风电机组的制动装置，当桨叶工作时，叶尖扰流器借助压力辅助系统与桨叶相互影响形成阻尼旋涡，使动能转化成别的形式的能量，因此叶尖扰流器也会对风功率产生影响。

[0028] 步骤S120：采集影响风功率环境因素的数据。

[0029] 自然环境影响因素的数据需要借助测量仪来采集，通过风速测量仪采集风速测量值，单位为m/s，风速测量仪提供了平均风速，最大风速和最小风速，这里我们取平均风速值作为测量值；高度也就是风机安装的高度，在安装之初一般就留有数据；风功率密度需要通过计算得出，目前的计算公式只是估算，起到一个参考作用，需要用到的参数有测量的风速值和空气密度，空气密度由空气密度的测量仪采集；温度由温度测量仪采集。安装环境一般在设备说明书上可以找到相关参数，安装参数在安装之初就留有数据。桨叶对风功率的影响是根据安装角和风速增加攻角来决定的，对于安装角和攻角的测算方式相关文献已提供，此处不再赘述；叶尖扰流器的相关参数在设备说明书上可以找到。

[0030] 步骤S130：分析数据并建立环境因素和风功率关联关系。

[0031] 风速和安装高度与风功率是成正比的，通过分析历史数据我们对风速和安装高度与风功率的关系表示为公式 其中p为测量时间段输出的风功率，FX为测量风速，e为风速对风功率影响权重，h为安装高度，ε为安装高度对风功率影响权重，z为阻力因子，d为动能转换率，i为第i次测量，n为测量总次数。

[0032] 风功率密度与风功率的关系同样是成正比的，风功率密度越大，风功率就越大。

[0033] 温度对风功率的影响取决于低温元件的耐寒程度，温度与风功率的关系表示为公式 其中，WD为测量的温度值，δ为温度对风功率影响权重，c为低温元件的耐寒系数，LP为理论输出功率，i为测量的第i次，n为测量次数总数。

[0034] 桨叶对风功率的影响是取决于升力系数，升力系数达到最高点时，功率输出最高，超过或低于这个值时输出功率降低，而升力系数是由桨叶安装角和风速增加攻角决定的，因此我们用安装角β和攻角α来表示对于风功率的影响，其对应关系为其中，β为安装角，α为攻角，θ为升力系数影响权重值，FX为测量风
速值，P为理论输出功率，i为第i次测量，n为测量次数总数。

[0035] 叶尖扰流器对于风功率的影响取决于其在桨叶工作中带来的阻力有多少，去掉其阻力再测算功率即可。

[0036] 步骤S140：模拟在复杂环境中的风电场并根据实际测量结果调整模拟参数。

[0037] 模拟风电场是指在计算机中结合环境因素和安装因素对风电场进行模拟，根据环境因素与风功率对应的关联关系实时计算出风功率，以达到风功率预测的目的，在模拟环境中，包括上述提到的风速、安装高度、桨叶、温度、叶尖扰流器这些影响因素，还有风电机组、电场规模、空气密度、各种风机零件和所在地势等风场基础环境的模拟，通过3D图展示，在模拟环境中，可以调整模拟参数，以达到精确模拟，如A风电机组的安装位置、风机型号、风机风能转换率、低温元件材质、部件型号等设备参数，也可以调整其所在电场大小、所处环境的温度、湿度、风速、天气等自然环境参数。

[0038] 根据测量仪和设备说明书采集到当天的数据和相关计算公式的计算结果做参考，一点一点的调整模拟环境，最终调试结果要达到模拟当时环境计算出的风功率，与实际的风功率偏差在百分之十以内即可使用此模拟环境对风功率进行预测。

[0039] 步骤S150：根据模拟环境实现对复杂环境下风功率的预测。

[0040] 模拟环境调试好之后，就可以用来预测未来的风功率了，获取未来12小时的天气信息，在模拟环境中调整参数，其中风速、温度这两项影响因素是必须调整的。而步骤S110中所提到的其他环境影响因素：安装高度、桨叶安装角和叶尖扰流器的阻力在同一风场内无变更则无需调整。调整完参数之后，模拟环境会根据影响因素与风功率的关联公式计算出在该环境下风电机组的风功率，从而实现对未来12小时风功率的预测，同理预测未来预定时间段的风功率，只需调整其影响参数即可，调整方式分为手动调整和自动调整，自动调整是通过对接天气数据接口来自动为参数赋值实现的。

[0041] 实施例二

[0042] 本发明实施例二提供一种基于复杂环境的风功率预测系统，包括：数据采集模块，数据分析模块，环境模拟模块和预测模块。

[0043] 数据采集模块是对风场设备设施、地势、设备参数和天气数据采集的模块。自然环境影响因素的数据需要借助测量仪来采集，通过风速测量仪采集风速测量值，单位为m/s，风速测量仪提供了平均风速，最大风速和最小风速，这里我们取平均风速值作为测量值；高度也就是风机安装的高度，在安装之初一般就留有数据；风功率密度需要通过计算得出，目前的计算公式只是估算，起到一个参考作用，需要用到的参数有测量的风速值和空气密度，空气密度由空气密度的测量仪采集；温度由温度测量仪采集。安装环境一般在设备说明书上可以找到相关参数，安装参数在安装之初留有数据。桨叶对风功率的影响是根据安装角和风速增加攻角来决定的，对于安装角和攻角的测算方式相关文献已提供，此处不再赘述；叶尖扰流器的相关参数在设备说明书上可以找到。获取到的参数经过整理和初始化存储于数据库中。

[0044] 数据分析模块是分析环境影响因素与风功率关联关系的模块。自然环境影响因素的数据需要借助测量仪来采集，通过风速测量仪采集风速测量值，单位为m/s，风速测量仪提供了平均风速，最大风速和最小风速，这里我们取平均风速值作为测量值；高度也就是风机安装的高度，在安装之初一般就留有数据；风功率密度需要通过计算得出，目前的计算公式只是估算，起到一个参考作用，需要用到的参数有测量的风速值和空气密度，空气密度由空气密度的测量仪采集；温度由温度测量仪采集。安装环境一般在设备说明书上可以找到相关参数，安装参数在安装之初留有数据。桨叶对风功率的影响是根据安装角和风速增加攻角来决定的，对于安装角和攻角的测算方式相关文献已提供，此处不再赘述；叶尖扰流器的相关参数在设备说明书上可以找到。

[0045] 环境模拟模块是对自然环境和安装环境进行模拟的模块。模拟风电场是指在计算机中结合环境因素和安装因素对风电场进行模拟，根据环境因素与风功率对应的关联关系实时计算出风功率，以达到风功率预测的目的，在模拟环境中，包括上述提到的风速、安装高度、桨叶、温度、叶尖扰流器这些影响因素，还有风点机组、电场规模、空气密度、各种风机零件和所在地势等风场基础环境的模拟，通过3D图展示，在模拟环境中，可以调整模拟参数，已达到精确模拟，如A风电机组的安装位置、风机型号、风机风能转换率、低温元件材质、部件型号等设备参数，也可以调整其所在电场大小、所处环境的温度、湿度、风速、天气等自然环境参数。根据测量仪和设备说明书采集到当天的数据和相关计算公式的计算结果做参考，一点一点的调整模拟环境，最终调试结果要达到模拟当时环境计算出的风功率，与实际的风功率偏差在百分之十以内即可通过此模拟环境对风功率进行预测。

[0046] 预测模块是用模拟环境通过模拟风电机组所在环境对风功率进行预测的模块，模拟环境调试好之后，就可以用来预测未来的风功率了，获取未来12小时的天气信息，在模拟环境中调整参数，其中风速、温度这两项影响因素是必须调整的。而步骤S110中所提到的其他环境影响因素：安装高度、桨叶安装角和叶尖扰流器的阻力一般在同一风场内若无变更则无需调整。调整完参数之后，模拟环境会根据影响因素与风功率的关联公式计算出在该环境下风电机组的风功率，从而实现对未来12小时风功率的预测，同理预测未来预定时间段的风功率，只需调整其影响参数即可，调整方式分为手动调整和自动调整，自动调整是通过对接天气数据接口来自动为参数赋值实现的。

[0047] 以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的技术方案的基础之上，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。