本發(fā)明涉及一種風(fēng)速數(shù)據(jù)清洗方法，尤其是涉及一種用于風(fēng)電機(jī)組風(fēng)速相關(guān)性分析的風(fēng)速數(shù)據(jù)清洗方法。

背景技術(shù)：

隨著風(fēng)力發(fā)電的迅猛發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電的研究對于清潔能源建設(shè)和電網(wǎng)架構(gòu)的完善具有重要意義，其中風(fēng)電場運(yùn)行數(shù)據(jù)的信息挖掘逐漸成為業(yè)內(nèi)研究的熱點(diǎn)。風(fēng)電場運(yùn)行過程中產(chǎn)生的風(fēng)電數(shù)據(jù)量呈指數(shù)級增長，在龐大的數(shù)據(jù)庫中蘊(yùn)藏著各風(fēng)電機(jī)組之間的內(nèi)在聯(lián)系。風(fēng)電機(jī)組現(xiàn)場運(yùn)行數(shù)據(jù)包括時(shí)間、風(fēng)速、風(fēng)向角、風(fēng)電功率、槳距角、頻率、發(fā)電機(jī)電壓等機(jī)組主要參數(shù)。

在風(fēng)電場實(shí)際運(yùn)行過程中，由于風(fēng)能的隨機(jī)波動性、傳感器故障、風(fēng)電機(jī)組停機(jī)、風(fēng)電場異常以及人為因素等情況，風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)必定會存在一系列臟數(shù)據(jù)或者數(shù)據(jù)缺失等情況，不能真實(shí)有效地反映風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)和各機(jī)組間的輸入輸出特性。在進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘和分析之前，必須要對原始的粗糙風(fēng)電數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，即需要對風(fēng)電數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種用于風(fēng)電機(jī)組風(fēng)速相關(guān)性分析的風(fēng)速數(shù)據(jù)清洗方法。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種用于風(fēng)電機(jī)組風(fēng)速相關(guān)性分析的風(fēng)速數(shù)據(jù)清洗方法，用于多個(gè)風(fēng)電機(jī)組風(fēng)速相關(guān)性分析時(shí)各風(fēng)電機(jī)組風(fēng)速數(shù)據(jù)的清洗，該方法包括如下步驟：

(1)獲取各風(fēng)電機(jī)組原始風(fēng)速時(shí)序數(shù)據(jù)和對應(yīng)的發(fā)電輸出功率時(shí)序數(shù)據(jù)；

(2)對發(fā)電輸出功率時(shí)序數(shù)據(jù)根據(jù)設(shè)定的檢索標(biāo)記規(guī)則進(jìn)行檢索標(biāo)記獲取各風(fēng)電機(jī)組的檢索矩陣；

(3)對各風(fēng)電機(jī)組檢索矩陣進(jìn)行綜合修正得到修正檢索矩陣；

(4)根據(jù)修正檢索矩陣對各風(fēng)電機(jī)組原始風(fēng)速數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)剔除得到各風(fēng)電機(jī)組清洗后的風(fēng)速時(shí)序數(shù)據(jù)。

步驟(2)中設(shè)定的檢索標(biāo)記規(guī)則為：

當(dāng)發(fā)電輸出功率大于0時(shí)，對應(yīng)的檢索標(biāo)記值為1，當(dāng)發(fā)電功率小于等于0時(shí)，對應(yīng)的檢索標(biāo)記值為0。

步驟(2)具體為：

依次提取第i臺風(fēng)電機(jī)組的輸出功率時(shí)序數(shù)據(jù)p＝[p1ip2i...pji...pmi]^t中的第j個(gè)元素pji，根據(jù)設(shè)定的檢索標(biāo)記規(guī)則確定對應(yīng)的檢索標(biāo)記值bji，進(jìn)而得到第i臺風(fēng)電機(jī)組的檢索矩陣bi＝[b1ib2i...bji...bmi]^t，其中pji表示第i臺風(fēng)電機(jī)組第j采樣時(shí)刻的輸出功率，bji表示第i臺風(fēng)電機(jī)組第j采樣時(shí)刻的檢索標(biāo)記值，i＝1,2……n，j＝1,2……m，n表示待進(jìn)行風(fēng)速相關(guān)性分析的風(fēng)電機(jī)組的總臺數(shù)，m為采樣時(shí)刻總個(gè)數(shù)。

步驟(3)具體為：

對于所有風(fēng)電機(jī)組的檢索矩陣bi，i＝1,2……n，采用如下運(yùn)算得到修正檢索矩陣b：

其中，п表示求積運(yùn)算，bj表示第j采樣時(shí)刻的檢索標(biāo)記修正值，j＝1,2……m。

步驟(4)具體為：

(41)獲取修正檢索矩陣b中檢索標(biāo)記修正值為0的采樣時(shí)刻；

(42)分別將各風(fēng)電機(jī)組原始風(fēng)速時(shí)序數(shù)據(jù)中對應(yīng)于步驟(41)中的采樣時(shí)刻的風(fēng)速數(shù)據(jù)剔除；

(43)將采樣時(shí)刻增大方向定義為采樣時(shí)刻軸負(fù)方向，對于每個(gè)風(fēng)電機(jī)組將步驟(42)進(jìn)行風(fēng)速數(shù)據(jù)剔除后的剩余的風(fēng)速數(shù)據(jù)沿采樣時(shí)刻軸負(fù)方向平移并補(bǔ)齊得到清洗后的風(fēng)速時(shí)序數(shù)據(jù)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)本發(fā)明利用發(fā)電輸出功率作為標(biāo)記異常的依據(jù)，采用0和1標(biāo)記的方式確定各風(fēng)電機(jī)組的檢索矩陣，同時(shí)為了對多個(gè)風(fēng)電機(jī)組風(fēng)速相關(guān)性分析，對檢索矩陣進(jìn)行修正進(jìn)行得到綜合所有風(fēng)電機(jī)組的修正檢索矩陣，利用該修正檢索矩陣進(jìn)行風(fēng)速數(shù)據(jù)的清洗，避免了非公平前提下進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，剔除出錯和異常的風(fēng)速數(shù)據(jù)，選取機(jī)組連續(xù)正常的運(yùn)行數(shù)據(jù)作為研究樣本，保證了后續(xù)風(fēng)電機(jī)組風(fēng)速相關(guān)性分析結(jié)果的正確性和有效性；

(2)本發(fā)明方法簡單易行，便于實(shí)現(xiàn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明用于風(fēng)電機(jī)組風(fēng)速相關(guān)性分析的風(fēng)速數(shù)據(jù)清洗方法的流程框圖；

圖2為本實(shí)施例中2臺風(fēng)電機(jī)組原始風(fēng)速時(shí)序數(shù)據(jù)分布圖；

圖3為本實(shí)施例中2臺風(fēng)電機(jī)組清洗后的風(fēng)速時(shí)序數(shù)據(jù)分布圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

實(shí)施例

如圖1所示，一種用于風(fēng)電機(jī)組風(fēng)速相關(guān)性分析的風(fēng)速數(shù)據(jù)清洗方法，用于多個(gè)風(fēng)電機(jī)組風(fēng)速相關(guān)性分析時(shí)各風(fēng)電機(jī)組風(fēng)速數(shù)據(jù)的清洗，該方法包括如下步驟：

(1)獲取各風(fēng)電機(jī)組原始風(fēng)速時(shí)序數(shù)據(jù)和對應(yīng)的發(fā)電輸出功率時(shí)序數(shù)據(jù)；

(2)對發(fā)電輸出功率時(shí)序數(shù)據(jù)根據(jù)設(shè)定的檢索標(biāo)記規(guī)則進(jìn)行檢索標(biāo)記獲取各風(fēng)電機(jī)組的檢索矩陣；

(3)對各風(fēng)電機(jī)組檢索矩陣進(jìn)行綜合修正得到修正檢索矩陣；

(4)根據(jù)修正檢索矩陣對各風(fēng)電機(jī)組原始風(fēng)速數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)剔除得到各風(fēng)電機(jī)組清洗后的風(fēng)速時(shí)序數(shù)據(jù)。

依據(jù)風(fēng)電機(jī)組工作原理和風(fēng)電場運(yùn)維規(guī)程可知，當(dāng)風(fēng)電機(jī)組的輸入風(fēng)速較小(或較大)時(shí)，風(fēng)電機(jī)組未達(dá)到切入風(fēng)速(或達(dá)到切出風(fēng)速)，風(fēng)電機(jī)組發(fā)電輸出功率為零；風(fēng)電機(jī)組出現(xiàn)故障或者按照檢修計(jì)劃停機(jī)時(shí)，輸出功率也為零；而當(dāng)風(fēng)電機(jī)組處于發(fā)電工作狀態(tài)時(shí)，其輸出電功率大于零。研究者認(rèn)為正常發(fā)電狀態(tài)下的風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)速相關(guān)性統(tǒng)計(jì)分析對于風(fēng)電場集群控制、降低并網(wǎng)風(fēng)電功率對電網(wǎng)安全穩(wěn)定具有實(shí)際的工程價(jià)值。因此，步驟(2)中設(shè)定的檢索標(biāo)記規(guī)則為：

當(dāng)發(fā)電輸出功率大于0時(shí)，對應(yīng)的檢索標(biāo)記值為1，當(dāng)發(fā)電功率小于等于0時(shí)，對應(yīng)的檢索標(biāo)記值為0。

步驟(2)具體為：

依次提取第i臺風(fēng)電機(jī)組的輸出功率時(shí)序數(shù)據(jù)p＝[p1ip2i...pji...pmi]^t中的第j個(gè)元素pji，根據(jù)設(shè)定的檢索標(biāo)記規(guī)則確定對應(yīng)的檢索標(biāo)記值bji，進(jìn)而得到第i臺風(fēng)電機(jī)組的檢索矩陣bi＝[b1ib2i...bji...bmi]^t，其中pji表示第i臺風(fēng)電機(jī)組第j采樣時(shí)刻的輸出功率，bji表示第i臺風(fēng)電機(jī)組第j采樣時(shí)刻的檢索標(biāo)記值，i＝1,2……n，j＝1,2……m，n表示待進(jìn)行風(fēng)速相關(guān)性分析的風(fēng)電機(jī)組的總臺數(shù)，m為采樣時(shí)刻總個(gè)數(shù)。

步驟(3)具體為：

對于所有風(fēng)電機(jī)組的檢索矩陣bi，i＝1,2……n，采用如下運(yùn)算得到修正檢索矩陣b：

其中，п表示求積運(yùn)算，bj表示第j采樣時(shí)刻的檢索標(biāo)記修正值，j＝1,2……m。

步驟(4)具體為：

(41)獲取修正檢索矩陣b中檢索標(biāo)記修正值為0的采樣時(shí)刻；

(42)分別將各風(fēng)電機(jī)組原始風(fēng)速時(shí)序數(shù)據(jù)中對應(yīng)于步驟(41)中的采樣時(shí)刻的風(fēng)速數(shù)據(jù)剔除；

(43)將采樣時(shí)刻增大方向定義為采樣時(shí)刻軸負(fù)方向，對于每個(gè)風(fēng)電機(jī)組將步驟(42)進(jìn)行風(fēng)速數(shù)據(jù)剔除后的剩余的風(fēng)速數(shù)據(jù)沿采樣時(shí)刻軸負(fù)方向平移并補(bǔ)齊得到清洗后的風(fēng)速時(shí)序數(shù)據(jù)。

上述步驟(42)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的清洗，步驟(43)實(shí)現(xiàn)了清洗后的數(shù)據(jù)在時(shí)間軸上的對齊整定，對于上述步驟(43)可以簡單理解為：例如原始風(fēng)速時(shí)序數(shù)據(jù)包括10個(gè)采樣點(diǎn)的風(fēng)速數(shù)據(jù)，修正檢索矩陣b＝[1,1,1,0,0,1,0,1,1,1]^t，則步驟(42)將第4、5和7三個(gè)采樣時(shí)刻的風(fēng)速數(shù)據(jù)剔除后，將原來第6、8、9和10采樣時(shí)刻的風(fēng)速數(shù)據(jù)沿時(shí)間軸向前平移并依次作為第4～7采樣時(shí)刻的風(fēng)速數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)所述的補(bǔ)齊。

本實(shí)施例以張北風(fēng)電基地某風(fēng)電場t32和t33風(fēng)電機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)為樣本進(jìn)行分析。建設(shè)資料表明t32和t33兩臺風(fēng)電機(jī)組均為se8215-l3/1500kw型風(fēng)電機(jī)組，切入/切出風(fēng)速分別為3m/s、25m/s；地理上t32和t33位于相同緯度，t32機(jī)組位于t33機(jī)組上游，兩機(jī)組間直線距離為700m。

圖2為t32和t33風(fēng)電機(jī)組2013年6月份運(yùn)行的1000數(shù)據(jù)樣本點(diǎn)清洗前的原始風(fēng)速時(shí)序數(shù)據(jù)分布圖，圖3為對圖2中數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗后的時(shí)序數(shù)據(jù)分布圖。原始數(shù)據(jù)分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)生清洗整定后的風(fēng)速相關(guān)系數(shù)優(yōu)于清洗前風(fēng)速相關(guān)系數(shù)的主要原因在于低風(fēng)速區(qū)風(fēng)電機(jī)組未投入運(yùn)行，風(fēng)速記錄準(zhǔn)確性不如中高速。

對比圖2和圖3可知，采用本發(fā)明的數(shù)據(jù)清洗方法進(jìn)行清洗后，風(fēng)速低于3m/s的樣本點(diǎn)被清洗剔除了，并且對于粗糙風(fēng)速時(shí)間序列中被置零的采樣點(diǎn)，通過時(shí)間對齊避免了對數(shù)據(jù)相關(guān)性統(tǒng)計(jì)分析的人為因素干擾。可本發(fā)明構(gòu)建的風(fēng)速序列清洗方法和流程是有效性的，可為統(tǒng)計(jì)分析提供客觀、準(zhǔn)確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。