(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211050136.4 (22)申请日 2022.08.31 (71)申请人 河北工业大 学 地址 300130 天津市红桥区丁字沽光 荣道8 号河北工业大 学东院330# (72)发明人 张家安　黄晨旭　王铁成　 (74)专利代理 机构 天津翰林知识产权代理事务 所(普通合伙) 12210 专利代理师 付长杰 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 113/06(2020.01) (54)发明名称 一种风电场风速-功率数据的异常值监测及 修正方法 (57)摘要 本发明为一种风电场风速 ‑功率异常数据监 测及修正方法， 将历史数据划分为若干个区间， 在原本的最大值原理法的运用之前， 基于数据点 密度舍弃较远的离群点， 即将密度较小的点舍 弃， 对保留数据点进行拟合， 得到风速 ‑功率拟合 曲线， 提高了拟合风速 ‑功率曲线的准确性， 有效 避免了由小数据量造成过大误差而引起的问题。 分别在恒转矩运行阶段和恒功率运行阶段均设 置了一定的裕量， 增加了适用性， 避免了因拟合 曲线而丢掉过多的正常数据点， 并对异常数据进 行标记； 实现了对风电场风速 ‑功率数据的异常 值的识别和监测。 权利要求书3页 说明书6页 附图3页 CN 115408860 A 2022.11.29 CN 115408860 A 1.一种风电场 风速‑功率异常数据监测及修正方法， 该方法包括以下内容： 将历史风速 数据和功率数据进行离散化， 划分为m1个风速区间和m2个功率区间， 一个风速区间对应m2 个功率区间， 共形成m1xm2个区域， 分别统计每个区域内的风速 ‑功率数据的数量， 得到风 速‑功率联合频数分布直方图； 根据每个区域内频数的分布得到每个区域的风速 ‑功率数据 的密度， 弃掉风速 ‑功率数据的密度在0.00001以下的区域的风速 ‑功率数据； 对于 保留的风 速‑功率数据在每个区域内求取区域内的功率最大值， 同时在每个风速区间内求取风速区 间内的风速最大值， 一个风速最大值对应m2个区域的功率最大值， 按照风速最大值的大小 顺序对区域内的功率最大值进行排序， 得到风速最大值 ‑功率最大值的数组P_v， 相邻风速 最大值之间为 一个数组区间； 采用分段三次Hermite插值多项式方式对数组P_v的数组区间进行插值， 设置插值数 量， 补充风速 ‑功率数据； 对补充后的风速 ‑功率数据运用生长曲线函数拟合得到风功率曲 线上边界以及其 函数表达式； 初筛： 在补充后的风速 ‑功率数据中对小于切入风速的数据进行初步异常标记， 初步异 常数据标记为1， 并直接剔除； 裕量筛选： 将剔除初筛异常数据的剩余风速 ‑功率数据分为两个阶段进行处理： 恒转矩 运行阶段和恒功率运行阶段， 在每个阶段分别设置相应裕量使其符合相应阶段的标准风 速‑功率曲线的分布特点， 再运用由生长曲线函数确定的风功率 曲线上边界的函数表达式 在每个阶段利用已知风速求得相应的功率数据， 分别获得每个阶段的风速 ‑功率值的上边 界， 将风速 ‑功率值的上边界向右平移确定风速 ‑功率值的下边界； 最后再在每个阶段对上 下边界分别加上相应裕量， 在裕量范围内的数据为正常数据， 裕量范围之外的数据为裕量 异常数据， 将裕量异常数据也标记为 1， 经过裕量初筛后 将所有剔除初筛异常数据的剩余风 速‑功率数据分成风功率 正常数据和裕量异常数据， 风功率 正常数据标记为0； 异常数据修正： 对风电场的全部风机的风功率正常数据运用皮尔逊相关分析法进行相 关性分析， 得到风机之间的相关系 数矩阵； 对于待补充数据的风机筛选出矩阵中相关系 数 最大的风机， 再将所筛选的风机数据与待补充数据的风机的对应的异常数据进行匹配， 若 所筛选的风机数据标记为0， 则根据利用相关系数最大的风机的风速 ‑风功率正常数据对裕 量异常数据进 行修正补充； 若 所筛选的风机数据标记为 1， 则待补 充数据的风机的该对应数 据不进行修 正补充。 2.根据权利要求1所述的风电场风速 ‑功率异常数据监测及修正方法， 其特征在于， 所 述异常数据分为三类， 第一类为由于传感器故障或者停机造成的风速很大、 功率为零的数 据； 第二类为弃风或故障造成的数据； 第三类为传感器故障或通信错误造成的风速很小、 功 率很大的数据。 3.一种风电场风速 ‑功率异常数据监测及修 正方法， 该 方法包括下述 步骤： 步骤一： 生成风速 ‑功率最大值的数组 1‑1将历史风速数据和功率数据从小到大排列， 进行离散化处理， 划分为以1m/s为区间 大小的m1个风速区间和以100kw为区间大小的m2个功率区间； 以风速划分的区间为准， 进 行 每个区间数据点频 数的统计； 分别统计m1xm2个区域 中每个区域内风速 ‑功率数据的数量N＝{N1,N2,N3 ····· } 生成风速 ‑功率联合频 数分布直方图；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115408860 A 21‑2根据公式(1)得到对应区域的风速 ‑功率的密度ρ； 式(1)中， n为历史风速数据的总个数， N为每个区域 内风速‑功率数据的数量， 即区域频 数； 1‑3对每个区域内的风速 ‑功率的密度进行检验， 若风速 ‑功率的密度ρ 小于0.00001， 则 弃掉该区域； 否则保留该区域； 1‑4在检验符合密度要求的数据中分别找到每个区域的功率最大值和风速最大值， 所 有区域的风速最大值和功率最大值组合后得到风速最大值 ‑功率最大值的数组P_v， 相 邻风 速最大值之间为 一个数组区间； 步骤二： 生长曲线函数拟合 风速‑功率曲线 2‑1运用分段三次Hermite插值多项式， 在数组P_v的每个数组区间进行插值， 补充风 速‑功率数据； 式(2)为三次Hermite插值多项式的表达式， 其中， x0， x1为待插值点的相邻的两个点的 位置， 即每个数组区间的端点风速值； y0， y1对应于自变量x0， x1的因变量， 即端点风速对应 的功率最大值； y'0和y'1是对应的导数， x为 风速； 2‑2对补充后的风速 ‑功率数据运用生长曲线函数拟合得到风功率曲线上边界以及其 函数表达式， 风功率曲线上边界以及其 函数表达式如公式(3)所示； 其中， a、 b、 K为皮尔模型的参数； y表示功率， x表示 风速； 步骤三： 异常数据标记 3‑1初筛： 切入风速为3m/s， 在补充后的风速 ‑功率数据中对小于切入风速的数据进行 初步异常标记， 初步异常数据标记为1， 并直接剔除； 3‑2裕量筛选： 将剔除初筛异常数据的剩余风速 ‑功率数据分为两个阶段进行处理： 恒 转矩运行阶段和恒功率运行阶段， 在每个阶段分别设置相应裕量使其符合相应阶段的标准 风速‑功率曲线的分布特点， 再运用由生长曲线函数确定的风功率 曲线上边界的函数表达 式在每个阶段利用已知风速求得相 应的功率数据， 分别获得每个阶段 的风速‑功率值的上 边界， 将风速 ‑功率值的上边界向右平移确定风速 ‑功率值的下边界； 最后再在每个阶段对 上下边界分别加上相应裕量， 在裕量范围内的数据为正常数据， 裕量范围之外的数据为裕 量异常数据， 将裕量异常数据也标记 为1， 经过裕量初筛后将所有剔除初筛异常数据的剩余 风速‑功率数据分成风功率 正常数据和裕量异常数据， 风功率 正常数据标记为0； 步骤四： 异常数据修 正、 补齐风速数据 利用风功率正常数据根据皮尔逊相关分析法建立风电场所有风机的风速相关系数矩 阵， 对于待补充数据的风机筛选出矩阵中相关系 数最大的风机， 再将所筛选的风机数据与权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115408860 A 3