[发明专利]一种基于数字孪生的虚实交互风电场风力监测系统及应用

说明书

本发明涉及一种基于数字孪生的虚实交互风电场风力监测系统及应用，该系统包括：实体传感器阵列：用于实时采集风电场中各个风电机组的风力数据；虚拟传感器阵列：与实体传感器阵列中的实体传感器一一匹配对应；交互平台：用于将实体传感器与虚拟传感器进行关联映射，包括对实体传感器的风力数据的异常诊断、对虚拟传感器的虚拟风速的预测和整定。与现有技术相比，本发明基于“测量‑共享‑关联‑诊断‑预测‑校核”的虚拟传感器技术架构可以完成对风速传感器的异常诊断和风速映射，基于群体协同的故障诊断策略能够快速、准确的对异常状态进行定位和感知，确保在风速传感器测风数据缺失或失准状况下，输入机组控制系统的风速变量准确、可靠。

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，尤其是涉及一种基于数字孪生的虚实交互风电场风力监测系统及应用。

背景技术

双碳目标驱动下，以风能为代表的可再生能源因其清洁、无污染、储量丰富，且开发技术成熟、成本较低等优势，已逐渐成为我国发展新型能源产业、降低碳排量的重要手段。海上风电因不占有陆地资源、风资源丰富、湍流强度小等特点在我国发展尤为迅速，在我国实现清洁能源替代进程中扮演重要的角色。

风速对于风机优化控制、并网调度极为重要，测量风速失准不仅影响风电机组的发电效率，严重时还可能造成机组损坏。实际工程应用中，风电机组SCADA系统中有传感器故障诊断模块，诊断的基本逻辑是设置风速上下阈值，当传感器测量值超出阈值范围内时，系统报警，传感器故障，机组处于无输入风速信号运行状态。对于非破坏性故障和演化故障，传感器测量数据可能失准，受故障严重程度的影响，失准风速可能仍在诊断的阈值范围内，SCADA系统无法识别出故障状态，风速传感器继续故障运行，机组输入失准风速数据到控制系统，制定相应的控制策略。

综上，风速传感器运维所面临的挑战总的来说可以概况为以下两个场景：(1)SCADA系统能够识别传感器的故障状态，并发出警报，但运检工作难以及时开展，故障状态难以第一时间消除；(2)传感器失准运行，系统无法及时、有效识别传感器异常状态，风电机组基于失准数据控制运行。此外，风电场的参数感知由大规模的传感器阵列实现，逐一、全面的对传感器阵列进行排查和治理将需要投入大量的人力和财力。

对于海上风电场而言，可进入性受风速、浪高等气候条件的限制，在机组发生故障后需要等待一个适宜的天气方可安排人员携带相应的备件并乘坐合适的船只进入海上执行维护任务，使得海上风电场的运行维护费用昂贵，仅维修费用就占到风电机组总收入的20-35％，约为陆上风电机组维修费用的2倍。此外，海上风电机组单机容量越来越大，面对丰富的海上风能资源，机组长时间的故障停运将会造成严重的经济损失。因此，现有的海上风速传感器运维从经济上和实施上都面临巨大挑战。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于数字孪生的虚实交互风电场风力监测系统及应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于数字孪生的虚实交互风电场风力监测系统，该系统包括：

实体传感器阵列：用于实时采集风电场中各个风电机组的风力数据；

虚拟传感器阵列：与实体传感器阵列中的实体传感器一一匹配对应；

交互平台：用于将实体传感器与虚拟传感器进行关联映射，包括对实体传感器的风力数据的异常诊断、对虚拟传感器的虚拟风速的预测和整定。

优选地，所述的交互平台包括：

故障互诊群落划分模块：用于将实体传感器阵列中的实体传感器划分为多个故障互诊群落；

异常状态诊断模块：设置多个，一个异常状态诊断模块对应一个故障互诊群落，在各个故障互诊群落内基于各个实体传感器的测量数据进行异常状态诊断，确定发生异常的实体传感器；