一種考慮風(fēng)向影響的風(fēng)電場(chǎng)理論功率確定方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種考慮風(fēng)向影響的風(fēng)電場(chǎng)理論功率確定方法，包括以下步驟：提取正常運(yùn)行時(shí)段數(shù)據(jù)，并對(duì)提取的數(shù)據(jù)進(jìn)行分組；根據(jù)每組風(fēng)向數(shù)據(jù)，確定風(fēng)速功率曲線表；合并多組風(fēng)速功率曲線表，形成風(fēng)向功率曲線表；計(jì)算非正常運(yùn)行時(shí)段內(nèi)某時(shí)刻風(fēng)電機(jī)組的理論功率；計(jì)算非正常運(yùn)行時(shí)段內(nèi)某時(shí)刻風(fēng)電場(chǎng)的理論功率。本方法較為簡(jiǎn)便，適用于各種地形條件。與不考慮風(fēng)向的理論功率計(jì)算方法相比，本方法在復(fù)雜地形條件對(duì)功率計(jì)算精度有顯著提高。此外，本方法基于歷史數(shù)據(jù)，不進(jìn)行復(fù)雜的大氣流場(chǎng)計(jì)算，可避免流場(chǎng)計(jì)算過程中由于距離過長(zhǎng)、參數(shù)或方法選擇不當(dāng)引入的誤差。
【專利說明】-種考慮風(fēng)向影響的風(fēng)電場(chǎng)理論功率確定方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及屬于風(fēng)力發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種考慮風(fēng)向影響的風(fēng)電場(chǎng)理論功 率確定方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著風(fēng)電的快速發(fā)展，由于消納能力有限造成的棄風(fēng)現(xiàn)象頻現(xiàn)，同時(shí)也存在由于 故障停機(jī)等原因造成的電量損失，如何科學(xué)評(píng)估這些電量損失及其成因已經(jīng)越來越受到業(yè) 內(nèi)的廣泛關(guān)注。要評(píng)估電量損失，首先需要對(duì)風(fēng)電機(jī)組/風(fēng)電場(chǎng)的理論功率進(jìn)行評(píng)估，該能 力也稱"理論功率"。
[0003] 在實(shí)際生產(chǎn)中，風(fēng)電場(chǎng)向調(diào)度上報(bào)的電量損失，有的用裝機(jī)容量作為理論功率，有 的采用計(jì)算時(shí)段起、止時(shí)刻功率的平均值作為理論功率，有的用預(yù)測(cè)功率作為理論功率，這 些方法由于缺乏理論基礎(chǔ)或誤差過大，不宜作為評(píng)估風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電能力的依據(jù)。近幾年，出現(xiàn) 了一些針對(duì)棄風(fēng)電量評(píng)估風(fēng)電場(chǎng)理論功率的方法，主要包括標(biāo)桿風(fēng)機(jī)法、歷史數(shù)據(jù)法兩類。 標(biāo)桿風(fēng)機(jī)法是在棄風(fēng)時(shí)段保留幾臺(tái)風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行，根據(jù)這幾臺(tái)風(fēng)機(jī)的實(shí)際功率推算整個(gè)風(fēng) 電場(chǎng)的理論功率。由于風(fēng)機(jī)出力受到地表狀況、風(fēng)向、風(fēng)機(jī)尾流等因素的影響，不同風(fēng)機(jī)的 出力并非簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，且實(shí)時(shí)發(fā)生著變化，因而標(biāo)桿風(fēng)機(jī)法存在過度簡(jiǎn)化的問題，容易 帶來較大的計(jì)算誤差，特別是在風(fēng)電場(chǎng)地形等條件較為復(fù)雜的情況下。
[0004] 歷史數(shù)據(jù)法有幾種變形，基本思想都是根據(jù)非棄風(fēng)時(shí)段的歷史數(shù)據(jù)建立風(fēng)電場(chǎng)輸 出功率與風(fēng)速數(shù)據(jù)之間的映射關(guān)系，再根據(jù)映射關(guān)系推算棄風(fēng)時(shí)段風(fēng)電場(chǎng)的理論功率?，F(xiàn) 有的歷史數(shù)據(jù)法只考慮風(fēng)速與功率的關(guān)系，不考慮風(fēng)向的影響。但是由于風(fēng)機(jī)排布、地形變 化、地表粗糙度、周邊障礙物等具有方向差異性，不同風(fēng)向條件下會(huì)形成不同的尾流、湍流， 從而影響到風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)電功率。因而，現(xiàn)有的歷史功率法也存在簡(jiǎn)化過度，精度不足的問 題，特別是在地形條件較為復(fù)雜的情況下。
[0005] 對(duì)于風(fēng)速與功率的映射關(guān)系，一般采用風(fēng)速與功率形成的功率曲線，不考慮風(fēng)向 的影響。但是由于風(fēng)機(jī)排布、地形變化、地表粗糙度、周邊障礙物等具有方向差異性，不同風(fēng) 向條件下會(huì)形成不同的尾流、湍流，從而影響到風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)電功率。在地形條件較為復(fù)雜的 情況下，該影響將顯著增加。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種考慮風(fēng)向影響的風(fēng)電場(chǎng)理論功率 確定方法，將風(fēng)向的影響引入用于計(jì)算理論功率的映射關(guān)系，以增加理論功率計(jì)算的精細(xì) 度與準(zhǔn)確性。對(duì)正常運(yùn)行時(shí)段的歷史數(shù)據(jù)（風(fēng)速、風(fēng)向、功率）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分風(fēng)向區(qū)間求解 功率曲線，形成對(duì)應(yīng)不同風(fēng)向區(qū)段的多條功率曲線表，應(yīng)用時(shí)采用二維數(shù)據(jù)插值法可得每 個(gè)測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)（風(fēng)速、風(fēng)向）對(duì)應(yīng)的功率值。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：
[0008] 本發(fā)明提供一種考慮風(fēng)向影響的風(fēng)電場(chǎng)理論功率確定方法，所述方法包括以下步 驟：
[0009] 步驟I:提取正常運(yùn)行時(shí)段數(shù)據(jù)，并對(duì)提取的數(shù)據(jù)進(jìn)行分組；
[0010] 步驟2 :根據(jù)每組風(fēng)向數(shù)據(jù)，確定風(fēng)速功率曲線表；
[0011] 步驟3 :合并多組風(fēng)速功率曲線表，形成風(fēng)向功率曲線表；
[0012] 步驟4 :計(jì)算非正常運(yùn)行時(shí)段內(nèi)某時(shí)刻風(fēng)電機(jī)組的理論功率；
[0013] 步驟5 :計(jì)算非正常運(yùn)行時(shí)段內(nèi)某時(shí)刻風(fēng)電場(chǎng)的理論功率。
[0014] 所述步驟1包括以下步驟：
[0015] 步驟1-1 :選正常運(yùn)行時(shí)段，提取正常運(yùn)行時(shí)段內(nèi)的測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)與功率數(shù)據(jù)；
[0016] 步驟1-2 :對(duì)測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)中的風(fēng)向數(shù)據(jù)進(jìn)行分組，分組方式可根據(jù)實(shí)際情況靈活選 擇。
[0017] 所述測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)來源于測(cè)風(fēng)塔或機(jī)艙風(fēng)速計(jì)，測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)包括風(fēng)速數(shù)據(jù)和風(fēng)向數(shù)據(jù)。
[0018] 對(duì)風(fēng)向數(shù)據(jù)進(jìn)行分組的分組方式包括以下三種：
[0019] 1)15° 等分為 24 組；
[0020] 2)30° 等分為 12 組；
[0021] 3)45。等分為 8 組。
[0022] 所述步驟2中，每個(gè)風(fēng)向區(qū)間內(nèi)，風(fēng)速功率曲線表確定過程如下：
[0023] 確定每個(gè)風(fēng)速區(qū)間內(nèi)對(duì)應(yīng)功率值的平均值，作為與風(fēng)速對(duì)應(yīng)的功率值；不同風(fēng)向 區(qū)間中，風(fēng)速區(qū)間以〇.5m/s或lm/s分割，風(fēng)速功率曲線表始于切入風(fēng)速，止于切出風(fēng)速，對(duì) 應(yīng)每組風(fēng)向數(shù)據(jù)，形成的風(fēng)速功率曲線表。
[0024] 所述步驟3中，對(duì)多組風(fēng)速功率曲線表進(jìn)行整理，按照相同的風(fēng)速區(qū)間合并單組 風(fēng)速功率曲線表，形成對(duì)應(yīng)不同風(fēng)向區(qū)間的風(fēng)向功率曲線表；風(fēng)向功率曲線表中橫向首行 為風(fēng)向區(qū)間，縱向首列為風(fēng)速區(qū)間，中間為各風(fēng)速、風(fēng)向區(qū)間對(duì)應(yīng)的功率值；風(fēng)速區(qū)間以區(qū) 間中值標(biāo)識(shí)，風(fēng)向區(qū)間以區(qū)間起止值標(biāo)識(shí)。
[0025] 所述步驟4中，在風(fēng)電機(jī)組的非正常運(yùn)行時(shí)段，根據(jù)測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)與風(fēng)向功率曲線表， 采用雙線性插值法得到風(fēng)電機(jī)組的理論功率。
[0026] 所述設(shè)風(fēng)向X、風(fēng)速y對(duì)應(yīng)的風(fēng)電機(jī)組的理論功率為p，在風(fēng)向功率曲線表中找到 與（X，y)最鄰近的格點(diǎn)Q11 (X1,y!)、Q12 (X1,y2)、Q21 (x2,y!)和Q22 (x2,y2)，其中X1 和X2 分別為 格點(diǎn)對(duì)應(yīng)的風(fēng)向中值，Y1和y2分別為格點(diǎn)對(duì)應(yīng)的風(fēng)速中值，設(shè)格點(diǎn)Q11U1,Y1)、Q12U1,y2)、 Q21(X2,yi)和Q22(X2,y2)對(duì)應(yīng)的功率值分別為Pll、Pl2、P2l和P22;
[0027] 首先在橫向進(jìn)行線性插值，得到中間值功率R1和R2，有

【權(quán)利要求】
1. 一種考慮風(fēng)向影響的風(fēng)電場(chǎng)理論功率確定方法，其特征在于：所述方法包括以下步 驟： 步驟1 :提取正常運(yùn)行時(shí)段數(shù)據(jù)，并對(duì)提取的數(shù)據(jù)進(jìn)行分組； 步驟2 :根據(jù)每組風(fēng)向數(shù)據(jù)，確定風(fēng)速功率曲線表； 步驟3 :合并多組風(fēng)速功率曲線表，形成風(fēng)向功率曲線表； 步驟4 :計(jì)算非正常運(yùn)行時(shí)段內(nèi)某時(shí)刻風(fēng)電機(jī)組的理論功率； 步驟5 :計(jì)算非正常運(yùn)行時(shí)段內(nèi)某時(shí)刻風(fēng)電場(chǎng)的理論功率。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮風(fēng)向影響的風(fēng)電場(chǎng)理論功率確定方法，其特征在于：所 述步驟1包括以下步驟： 步驟1-1 :選正常運(yùn)行時(shí)段，提取正常運(yùn)行時(shí)段內(nèi)的測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)與功率數(shù)據(jù)； 步驟1-2 :對(duì)測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)中的風(fēng)向數(shù)據(jù)進(jìn)行分組，分組方式可根據(jù)實(shí)際情況靈活選擇。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的考慮風(fēng)向影響的風(fēng)電場(chǎng)理論功率確定方法，其特征在于：所 述測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)來源于測(cè)風(fēng)塔或機(jī)艙風(fēng)速計(jì)，測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)包括風(fēng)速數(shù)據(jù)和風(fēng)向數(shù)據(jù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的考慮風(fēng)向影響的風(fēng)電場(chǎng)理論功率確定方法，其特征在于：對(duì) 風(fēng)向數(shù)據(jù)進(jìn)行分組的分組方式包括以下三種： 1) 15°等分為24組； 2) 30°等分為12組； 3) 45°等分為8組。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮風(fēng)向影響的風(fēng)電場(chǎng)理論功率確定方法，其特征在于：所 述步驟2中，每個(gè)風(fēng)向區(qū)間內(nèi)，風(fēng)速功率曲線表確定過程如下： 確定每個(gè)風(fēng)速區(qū)間內(nèi)對(duì)應(yīng)功率值的平均值，作為與風(fēng)速對(duì)應(yīng)的功率值；不同風(fēng)向區(qū)間 中，風(fēng)速區(qū)間以〇. 5m/s或lm/s分割，風(fēng)速功率曲線表始于切入風(fēng)速，止于切出風(fēng)速，對(duì)應(yīng)每 組風(fēng)向數(shù)據(jù)，形成的風(fēng)速功率曲線表。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮風(fēng)向影響的風(fēng)電場(chǎng)理論功率確定方法，其特征在于：所 述步驟3中，對(duì)多組風(fēng)速功率曲線表進(jìn)行整理，按照相同的風(fēng)速區(qū)間合并單組風(fēng)速功率曲 線表，形成對(duì)應(yīng)不同風(fēng)向區(qū)間的風(fēng)向功率曲線表；風(fēng)向功率曲線表中橫向首行為風(fēng)向區(qū)間， 縱向首列為風(fēng)速區(qū)間，中間為各風(fēng)速、風(fēng)向區(qū)間對(duì)應(yīng)的功率值；風(fēng)速區(qū)間以區(qū)間中值標(biāo)識(shí)， 風(fēng)向區(qū)間以區(qū)間起止值標(biāo)識(shí)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮風(fēng)向影響的風(fēng)電場(chǎng)理論功率確定方法，其特征在于：所 述步驟4中，在風(fēng)電機(jī)組的非正常運(yùn)行時(shí)段，根據(jù)測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)與風(fēng)向功率曲線表，采用雙線性 插值法得到風(fēng)電機(jī)組的理論功率。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的考慮風(fēng)向影響的風(fēng)電場(chǎng)理論功率確定方法，其特征在于：所 述設(shè)風(fēng)向X、風(fēng)速y對(duì)應(yīng)的風(fēng)電機(jī)組的理論功率為P，在風(fēng)向功率曲線表中找到與（X，y)最 鄰近的格點(diǎn)Q 11U1, yj、Q12(Xi，y2)、％1(&，yi)和y2)，其中 χι和&分別為格點(diǎn)對(duì)應(yīng)的 風(fēng)向中值，Y1和y2分別為格點(diǎn)對(duì)應(yīng)的風(fēng)速中值，設(shè)格點(diǎn)Q 11 (X1, Y1)、Q12 (X1, y2)、Q21 (χ2, Y1)和 Q22 (x2, y2)對(duì)應(yīng)的功率值分別為Pn、P12、P21和1? ; 首先在橫向進(jìn)行線性插值，得到中間值功率R1和R2，有

然后在縱向進(jìn)行線性插值，就得到非正常運(yùn)行時(shí)段內(nèi)某時(shí)刻風(fēng)電機(jī)組的理論功率P， 有
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮風(fēng)向影響的風(fēng)電場(chǎng)理論功率確定方法，其特征在于：所 述步驟5中，風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)某時(shí)刻存在風(fēng)電機(jī)組非正常運(yùn)行，累加風(fēng)電場(chǎng)全部非正常運(yùn)行的風(fēng) 電機(jī)組的理論功率，得到非正常運(yùn)行時(shí)段內(nèi)某時(shí)刻風(fēng)電場(chǎng)的理論功率P，有：
其中，Pi為非正常運(yùn)行時(shí)段內(nèi)某時(shí)刻第i臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的理論功率，η為風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)風(fēng)電機(jī) 組的臺(tái)數(shù)。
【文檔編號(hào)】G06Q50/06GK104376509SQ201410705243
【公開日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月26日
【發(fā)明者】姜文玲, 馮雙磊, 王勃, 王偉勝, 劉純, 白愷, 趙艷青, 柳玉, 王錚, 劉輝, 楊紅英, 張菲, 車建峰, 盧靜, 胡菊, 靳雙龍, 馬振強(qiáng), 宋宗鵬 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 中國(guó)電力科學(xué)研究院, 國(guó)網(wǎng)冀北電力有限公司電力科學(xué)研究院, 中電普瑞張北風(fēng)電研究檢測(cè)有限公司