本發(fā)明屬于電場能效分析，涉及到一種新能源電場能效分析方法和系統(tǒng)。

背景技術：

1、在全球能源轉型的背景下，能效分析的必要性尤為突出。隨著可再生能源在全球能源結構中的比重不斷增加，提高風電機組的能效不僅是技術發(fā)展的需求，更是實現(xiàn)能源轉型目標的關鍵。當前都在積極推動風電等可再生能源的發(fā)展，通過能效分析優(yōu)化風電機組的性能，可以更好地滿足日益增長的清潔能源需求，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標。

2、當前技術主要對不同設備或系統(tǒng)進行深入的分析研究,很少有從整機角度研究不同能效損失及其之間的關系，無法完全反映實際運行中的動態(tài)變化，導致結果偏差；可能導致數(shù)據(jù)失真，影響能效分析的精確性。

技術實現(xiàn)思路

1、鑒于以上現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明提供一種新能源電場能效分析方法和系統(tǒng)，用于解決據(jù)上述技術問題。

2、為了實現(xiàn)上述目的及其他目的，本發(fā)明采用的技術方案如下：

3、本發(fā)明一方面提供了一種新能源電場能效分析方法，該方法包括如下步驟：

4、從風電機組能量流角度將風電機組劃分為設備層面、系統(tǒng)層面和機組層面，采集風電機組對應設備層面的各項指標的指標值；

5、對風電機組對應設備層面的各項指標的指標值進行分析，分別分析得到風電機組對應系統(tǒng)層面的風輪損耗系數(shù)、傳動損耗系數(shù)和發(fā)電機損耗系數(shù)；

6、對風電機組對應系統(tǒng)層面的風輪損耗系數(shù)、傳動損耗系數(shù)和發(fā)電機損耗系數(shù)進行權重分析，綜合得到風電機組對應機組層面的能效利用率。

7、示例性的，風電機組對應設備層面的各項指標具體包括風能指標、傳動指標和發(fā)電機指標；

8、風電機組對應設備層面的風能指標的指標值具體分為葉片功率系數(shù)、葉尖損失系數(shù)和輪轂損失系數(shù)；

9、風電機組對應設備層面的傳動指標的指標值具體分為齒輪嚙合損失、齒輪軸承損失和齒輪攪油損失；

10、風電機組對應設備層面的發(fā)電機指標的指標值具體分為銅損耗和鐵損耗。

11、示例性的，分析得到風電機組對應系統(tǒng)層面的風輪損耗系數(shù)，具體分析過程為：

12、獲取風電機組對應設備層面的葉片功率系數(shù)，式中，為空氣密度，a為葉輪掃風面積，為風電機組的風能利用系數(shù)，v為風速，為在役機組葉輪平面與來流風向夾角；

13、獲取風電機組對應設備層面的葉尖損失系數(shù)，b為風電機組的葉片總數(shù)，r為葉輪的半徑，r為葉片的半徑；

14、獲取風電機組對應設備層面的輪轂損失系數(shù)，為輪轂的半徑；

15、基于風電機組對應設備層面的葉片功率系數(shù)p1、葉尖損失系數(shù)p2以及輪轂損失系數(shù)p3，計算風電機組對應系統(tǒng)層面的風輪損耗系數(shù)。

16、示例性的，風電機組對應設備層面的齒輪攪油損失，具體獲取過程為：

17、齒輪攪油損失具體分為三類：第一類為附著在齒輪周面上的潤滑油造成的齒輪功率損失，第二類為附著在齒輪側面的潤滑油造成的齒輪功率損失，第三類為附著在齒輪對齒面間的潤滑油由于渦旋造成的齒輪功率損失；

18、獲取風電機組對應設備層面的附著在齒輪周面上的潤滑油造成的齒輪功率損失，v為齒輪周面上附著的潤滑油的體積，為齒輪平均半徑，d為齒輪分度圓半徑，分別表示齒輪浸入潤滑油角度以及齒輪旋轉角速度；

19、附著在齒輪側面的潤滑油造成的齒輪功率損失需要根據(jù)齒輪側面附近油池潤滑油的流動狀態(tài)分情況計算：

20、（1）在層流狀態(tài)時，，式中為潤滑油的密度，v1為齒輪側面上附著的潤滑油的體積，s為齒輪浸入潤滑油面積；

21、（2）在紊流狀態(tài)時，；

22、綜上所述，得到風電機組對應設備層面的附著在齒輪側面的潤滑油造成的齒輪功率損失q2，其中q2取值為或；

23、獲取風電機組對應設備層面的附著在齒輪對齒面間的潤滑油由于渦旋造成的齒輪功率損失，v2為齒面間上附著的潤滑油的體積，分別為齒頂圓半徑和齒根圓半徑；

24、由此綜合分析得到風電機組對應設備層面的齒輪攪油損失q=q1+q2+q3。

25、示例性的，分析得到風電機組對應系統(tǒng)層面的傳動損耗系數(shù)，具體分析過程為：

26、計算風電機組對應設備層面的軸承總摩擦力矩，c1為軸承彈性滯后和局部差動滾動的摩擦力矩；c2為潤滑油流動造成的摩擦力矩；

27、其中c1的具體計算公式為，f為軸承徑向載荷，d為滾動體中心所在圓圈直徑，為阻力系數(shù)；

28、c2的具體計算公式為，為阻力系數(shù)，為潤滑油運動粘度，單位為，為軸承轉速，單位為；

29、綜上，計算風電機組對應設備層面的齒輪軸承損失，為角速度，單位為弧度每秒；

30、計算風電機組對應設備層面的齒輪嚙合損失，f為摩擦系數(shù)，為齒輪對的輸入功率，為法向載荷；

31、法向載荷的計算公式如下：

32、；

33、；

34、a為齒輪分度圓上壓力角，為齒輪嚙合重合度，g3為齒輪基節(jié)，g1為節(jié)點之前嚙合線的長度，g2為節(jié)點之后嚙合線的長度，z1為主動齒輪齒數(shù)，z2為從動齒輪齒數(shù)，分別表示主動齒輪的節(jié)徑以及從動齒輪的節(jié)徑；

35、齒輪對的輸入功率的計算公式如下：

36、，n1為主動齒輪轉速，m為主動齒輪輸入轉矩；

37、計算風電機組對應系統(tǒng)層面的傳動損耗系數(shù)k=q+e+g。

38、示例性的，分析得到風電機組對應系統(tǒng)層面的發(fā)電機損耗系數(shù)，具體分析公式如下：

39、獲取風電機組對應設備層面的銅損耗以及鐵損耗，i為電流，r為繞組的電阻，分別為磁滯損耗系數(shù)和渦流損耗系數(shù)，為頻率，ct為最大磁通密度；

40、將風電機組對應設備層面的銅損耗以及鐵損耗進行求和，得到風電機組對應設備層面的總損耗；

41、進而分析得到風電機組對應系統(tǒng)層面的發(fā)電機損耗系數(shù)，為風電機組的輸入功率。

42、示例性的，對風電機組對應系統(tǒng)層面的風輪損耗系數(shù)、傳動損耗系數(shù)和發(fā)電機損耗系數(shù)進行權重分析，具體分析過程為：

43、將風電機組對應系統(tǒng)層面的風輪損耗系數(shù)p、傳動損耗系數(shù)k和發(fā)電機損耗系數(shù)y進行相乘，得到風電機組對應系統(tǒng)層面的總損耗系數(shù)u；

44、計算風電機組對應系統(tǒng)層面的風輪損耗系數(shù)對應總損耗系數(shù)的偏導數(shù)，同理分別計算風電機組對應系統(tǒng)層面的傳動損耗系數(shù)和發(fā)電機損耗系數(shù)對應總損耗系數(shù)的偏導數(shù)；

45、由此計算風電機組對應系統(tǒng)層面的風輪損耗系數(shù)的權重；

46、由此計算風電機組對應系統(tǒng)層面的傳動損耗系數(shù)的權重；

47、由此計算風電機組對應系統(tǒng)層面的發(fā)電機損耗系數(shù)的權重。

48、示例性的，綜合得到風電機組對應機組層面的能效利用率，具體分析過程為：

49、計算風電機組對應機組層面的能效利用率。

50、本發(fā)明另一方面提供了一種新能源電場能效分析系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)分析模塊和能效分析模塊，上述各個模塊通過有線和/或無線連接的方式連接，實現(xiàn)各個模塊間的數(shù)據(jù)傳輸；

51、數(shù)據(jù)采集模塊，從風電機組能量流角度將風電機組劃分為設備層面、系統(tǒng)層面和機組層面，采集風電機組對應設備層面的各項指標的指標值；

52、數(shù)據(jù)分析模塊，對風電機組對應設備層面的各項指標的指標值進行分析，分別分析得到風電機組對應系統(tǒng)層面的風輪損耗系數(shù)、傳動損耗系數(shù)和發(fā)電機損耗系數(shù)；

53、能效分析模塊，對風電機組對應系統(tǒng)層面的風輪損耗系數(shù)、傳動損耗系數(shù)和發(fā)電機損耗系數(shù)進行權重分析，綜合得到風電機組對應機組層面的能效利用率。

54、如上所述，本發(fā)明提供的一種新能源電場能效分析方法和系統(tǒng)，至少具有以下有益效果：

55、（1）本發(fā)明提供的一種新能源電場能效分析方法和系統(tǒng)，從風電機組能量流角度將風電機組劃分為設備層面、系統(tǒng)層面和機組層面，采集風電機組對應設備層面的各項指標的指標值；并對其進行分析，分別分析得到風電機組對應系統(tǒng)層面的風輪損耗系數(shù)、傳動損耗系數(shù)和發(fā)電機損耗系數(shù)；對風電機組對應系統(tǒng)層面的風輪損耗系數(shù)、傳動損耗系數(shù)和發(fā)電機損耗系數(shù)進行權重分析，綜合得到風電機組對應機組層面的能效利用率，一方面，這種分層次的分析方法能夠提供更為細致和精確的能量損耗信息。在設備層面，采集各項指標值可以幫助了解每個組件的具體性能和工作狀態(tài)，有助于識別出每個設備的運行效率和潛在問題，從而為后續(xù)的維護和優(yōu)化提供依據(jù)；又一方面，在系統(tǒng)層面上，通過分析得到風輪損耗系數(shù)、傳動損耗系數(shù)和發(fā)電機損耗系數(shù)，可以全面了解整個風電機組的能量損耗情況。風輪損耗系數(shù)反映了風能轉化為機械能的效率，傳動損耗系數(shù)則表示機械能傳遞過程中的損耗，發(fā)電機損耗系數(shù)則顯示了機械能轉化為電能的效率；另一方面，對系統(tǒng)層面的風輪損耗系數(shù)、傳動損耗系數(shù)和發(fā)電機損耗系數(shù)進行權重分析，可以綜合評估風電機組的整體能效利用率。不同的損耗系數(shù)在整體能效中所占的比重不同，通過權重分析可以確定各個部分對總能效的影響程度。

56、（2）本發(fā)明實施例能夠提供全面且細致的能量流分析，從而為風電機組的優(yōu)化和改進提供可靠的數(shù)據(jù)支持。通過識別和量化各個層面的能量損耗，可以有針對性地采取措施，例如優(yōu)化風輪設計、改進傳動系統(tǒng)、提高發(fā)電機效率等，從而顯著提升風電機組的整體能效。

57、（3）風能作為一種重要的可再生能源，其利用效率直接關系到能源的可持續(xù)發(fā)展。通過精細化的能量流分析，可以最大限度地減少能量損耗，提高風電機組的發(fā)電效率，從而減少對化石能源的依賴，降低碳排放，促進環(huán)境保護，這不僅有助于提高風電機組的運行效率和可靠性，還在推動可再生能源的高效利用和環(huán)境保護方面具有重要意義。