本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種風(fēng)電場整體發(fā)電能力評估方法。

背景技術(shù)：

隨著人類的發(fā)展，能源問題成為影響人類生存質(zhì)量的重要問題。解決能源問題的一個主要方法是大力發(fā)展清潔能源、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)。而在新能源中，風(fēng)能是非常重要的一部分。與其它新能源相比，風(fēng)能資源豐富且在世界范圍內(nèi)分布較廣，具有很大的開發(fā)潛力，并且隨著風(fēng)輪機制造以及風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)的日益成熟，風(fēng)力發(fā)電也漸漸成為人們關(guān)注的焦點。人類可以使用風(fēng)車把風(fēng)的動能轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)的力量去推動發(fā)電機以產(chǎn)生電能，方法是通過傳動軸，將轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)動力傳送至發(fā)電機。全球的風(fēng)能約為2.74×109MW，其中可利用的風(fēng)能為2×107MW，比地球上可開發(fā)利用的水能總量還要大10倍，所以新能源研究中風(fēng)能占據(jù)著十分重要的作用。

隨著風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電場的數(shù)量越來越多，電站建設(shè)和運行工程中也暴露出很多問題，雖然現(xiàn)在對此的研究越來越多，但很多問題因為受影響因素較多還很難進行分析。此外在解決這些問題的時候，很多措施往往在實施前都不能保證可行性，只能通過實際實驗來驗證，成本高周期長，相對盲目。

在實際的風(fēng)電場工作中，風(fēng)電場內(nèi)的風(fēng)機處的入流風(fēng)速不一定是相同的，而且檢測到的機頭風(fēng)速不能直接用于分析風(fēng)機的出力。尾流效應(yīng)是造成風(fēng)電場內(nèi)下風(fēng)向風(fēng)機的風(fēng)速明顯小于上風(fēng)向風(fēng)機風(fēng)速的原因，給風(fēng)電場的整體發(fā)電能力評估帶來了困難。

能否處理尾流效應(yīng)帶來的對風(fēng)機出力的影響，是風(fēng)電場整體發(fā)電能力評估結(jié)果好壞的關(guān)鍵一環(huán)。由于環(huán)境中風(fēng)的隨機性以及風(fēng)向場的不確定性，導(dǎo)致尾流效應(yīng)的分析比較困難，結(jié)果往往不盡如人意。

在以往的風(fēng)電場整體發(fā)電能力評估的方法中，對于風(fēng)向的考慮都是比較簡單的，都是將進入風(fēng)電場的風(fēng)向作為風(fēng)電場內(nèi)部和離開風(fēng)電場時的風(fēng)向。這種方法在風(fēng)電場內(nèi)部風(fēng)向不變或者變化不大時起到了很大簡化分析模型的作用，并且也不會對風(fēng)電場發(fā)電能力評估結(jié)果造成不可忽略的影響。同時，整個風(fēng)電場的風(fēng)速都是經(jīng)過兩三個數(shù)量較少的測風(fēng)塔的數(shù)據(jù)推導(dǎo)出來的，可能的誤差偏大。但是在實際風(fēng)電場的工作過程中，有時因為各種因素的影響會導(dǎo)致風(fēng)電場的內(nèi)部風(fēng)向和離開風(fēng)電場的風(fēng)向較入場風(fēng)向產(chǎn)生比較明顯的變化，風(fēng)速在經(jīng)過 風(fēng)電場各個位置時可能已與測風(fēng)塔數(shù)據(jù)有很大的變化了。這樣如果再使用上述方法則會因為尾流效應(yīng)的錯誤分析而導(dǎo)致風(fēng)電場單個風(fēng)機和整體發(fā)電能力評估的誤差較大。

綜上所述，在風(fēng)電場整體發(fā)電能力評估過程中，尾流效應(yīng)是不能忽視的一個方面，必須將其考慮在分析的系統(tǒng)中。同時，處理尾流效應(yīng)的方法是否適用于當(dāng)前的風(fēng)電場也十分關(guān)鍵，必須保證尾流效應(yīng)分析誤差在可接受范圍內(nèi)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種風(fēng)電場整體發(fā)電能力評估方法，在風(fēng)電場風(fēng)向流場建立的基礎(chǔ)上，在發(fā)電能力的評估過程中加入了尾流效應(yīng)影響的分析，能夠大大提高風(fēng)電場整體發(fā)電能力的評估精度，減小誤差。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種風(fēng)電場整體發(fā)電能力評估方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1，設(shè)置風(fēng)機坐標(biāo)，將風(fēng)機的經(jīng)緯度坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為簡單的二維坐標(biāo)并且使所述二維坐標(biāo)均在所建立的坐標(biāo)系的第一象限中；

步驟2，選取所述風(fēng)電場風(fēng)機的可用機頭風(fēng)速；

步驟3，考慮尾流效應(yīng)的影響范圍，判斷上下風(fēng)向風(fēng)機之間是否存在尾流效應(yīng)，并將所有之間有尾流效應(yīng)影響的風(fēng)機對應(yīng)在風(fēng)電場中的編號記錄在一個關(guān)系表中；

步驟4，分析尾流效應(yīng)，得到整個風(fēng)電場的風(fēng)速情況；

步驟5，根據(jù)得到的整個風(fēng)電場的風(fēng)速情況，通過所述風(fēng)機的功率曲線，得到所述風(fēng)機的發(fā)電能力，從而得到所述風(fēng)電場的整體發(fā)電能力。

較佳地，所述二維坐標(biāo)的x軸的正方向為自西向東風(fēng)向，所述y軸的正方向為自南向北風(fēng)向。

較佳地，所述風(fēng)電場風(fēng)機分布為一個陣列，所述陣列的橫列與所述二維坐標(biāo)的x軸平行，所述陣列的縱列與所述二維坐標(biāo)的y軸平行。

較佳地，所述風(fēng)機分布為6*6陣列。

較佳地，所述風(fēng)機機頭風(fēng)速選取方法如下：

設(shè)所述機頭風(fēng)速為α?xí)r對應(yīng)的理論功率為P0，實際風(fēng)機的功率為P，功率正確范圍參數(shù)為△P，所述△P根據(jù)歷史數(shù)據(jù)分析得到或者人為設(shè)定；

當(dāng)(P0-P)＜ΔP時，可認(rèn)為該處的風(fēng)機機頭風(fēng)速可作為分析風(fēng)電場風(fēng)速的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；不滿足該公式時，則表示該坐標(biāo)處的風(fēng)機數(shù)據(jù)需要根據(jù)尾流效應(yīng)以及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行推導(dǎo)。

較佳地，判斷上下風(fēng)向風(fēng)機之間是否存在尾流效應(yīng)的方法如下：

設(shè)尾流范圍角度為θ，影響范圍距離為H，則可以得到一個風(fēng)機其下風(fēng)向的尾流范圍，上風(fēng)向風(fēng)機處于0(x0，y0)處，一個風(fēng)機的坐標(biāo)為(x，y)，則判定公式如下所示，

x-x0<H

若在所述尾流范圍內(nèi)，則根據(jù)風(fēng)向上的距離得出所述風(fēng)機具體的影響大??；若范圍內(nèi)沒有其它風(fēng)機，則表示所述風(fēng)機的尾流不影響其它的風(fēng)機.

較佳地，所述整個風(fēng)電場的風(fēng)速情況根據(jù)尾流影響系數(shù)η與風(fēng)機類型和風(fēng)機距離的關(guān)系系數(shù)、測風(fēng)塔數(shù)據(jù)和所述有效的機頭風(fēng)速數(shù)據(jù)，通過尾流效應(yīng)分析方法得到。

較佳地，所述尾流效應(yīng)分析方法如下：

在分析過程中需要考慮到風(fēng)機的類型以及它們之間的距離，不同風(fēng)機對于下風(fēng)向相同距離處的風(fēng)機產(chǎn)生的尾流影響系數(shù)η的大小不同；相同風(fēng)機對于下風(fēng)向不同距離處的風(fēng)機的尾流影響系數(shù)η的大小也不同；

若風(fēng)機之間是等間距的，則認(rèn)為相鄰風(fēng)機之間的尾流影響系數(shù)η是一樣的：假設(shè)有4個風(fēng)機在同一風(fēng)流場線上且在風(fēng)向上是等間距的，分別為風(fēng)機1、風(fēng)機2、風(fēng)機3、風(fēng)機4，且均正常工作，風(fēng)機1和風(fēng)機4的機頭風(fēng)速v1、v4是有效的機頭風(fēng)速，則所述則可得到風(fēng)機2和風(fēng)機3處的風(fēng)速分別為：

v2＝v1×η

v3＝v1×η²

按照上述方法通過已知的所述有效機頭風(fēng)速求得整個風(fēng)電場各個風(fēng)機處的入流風(fēng)速；

若所述風(fēng)機之間不是等間距的，所述尾流影響系數(shù)η與風(fēng)機類型以及風(fēng)機之間距離的關(guān)系通過大量歷史數(shù)據(jù)訓(xùn)練得到。

本發(fā)明的一種風(fēng)電場整體發(fā)電能力評估方法，使用全部在工作的風(fēng)機數(shù)據(jù)對風(fēng)電場內(nèi)部風(fēng)向進行確定，不再僅僅是依靠測風(fēng)塔的風(fēng)向數(shù)據(jù)，能夠大大提高對風(fēng)電場中風(fēng)流場分析的準(zhǔn)確性；對風(fēng)電場內(nèi)部的風(fēng)的流動情況進行了較為詳盡的分析，能夠使對尾流效應(yīng)的分析較默認(rèn)風(fēng)電場風(fēng)向為單個方向的方法更加準(zhǔn)確；構(gòu)建了風(fēng)電場中風(fēng)流場流經(jīng)風(fēng)機關(guān)系表，可快速了解不同的風(fēng)電場整體風(fēng)速下風(fēng)機之間的關(guān)系。同時，可為尾流效應(yīng)提供很好的分析基礎(chǔ)；不同風(fēng)向下風(fēng)電場入、出風(fēng)位置的判定可為風(fēng)電場集群相互之間的關(guān)系分析提供基礎(chǔ)。

本發(fā)明為風(fēng)電場的建設(shè)者提供了一個較為精確地分析風(fēng)電場內(nèi)部風(fēng)向場的方法，該方法可以有效解決因為地形、風(fēng)機等因素導(dǎo)致風(fēng)電場內(nèi)部風(fēng)向產(chǎn)生較大變化時產(chǎn)生的風(fēng)速分析誤差，為評估整個風(fēng)電場發(fā)電能力提供保障，可有 效減小分析誤差。

以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進一步說明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一個較佳實施例的一種風(fēng)電場整體發(fā)電能力評估方法流程示意圖。

圖2是本發(fā)明的一個較佳實施例的風(fēng)機分布示意圖。

圖3是本發(fā)明的一個較佳實施例的尾流效應(yīng)范圍示意圖。

具體實施方式

如圖1所示，一種風(fēng)電場整體發(fā)電能力評估方法，考慮尾流效應(yīng)影響，在風(fēng)電場風(fēng)向流場建立的基礎(chǔ)上，根據(jù)測風(fēng)塔數(shù)據(jù)以及部分風(fēng)機的機頭風(fēng)速數(shù)據(jù)推導(dǎo)出風(fēng)電場的各個風(fēng)機位置的入流風(fēng)速，利用這些入流風(fēng)速以及各類型風(fēng)機的功率曲線便能夠評估出風(fēng)電場的整體發(fā)電能力，此時不需要考慮棄風(fēng)限電等導(dǎo)致的棄風(fēng)量模型。具體步驟如下所述。

步驟1，設(shè)置風(fēng)機坐標(biāo)，將風(fēng)機的經(jīng)緯度坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為簡單的二維坐標(biāo)并且使這些二維坐標(biāo)均在所建立的坐標(biāo)系的第一象限中。

假設(shè)自西向東風(fēng)向為x軸的正方向，自南向北為y軸的正方向，角度a為與x軸正方向的夾角(0-360°)。

風(fēng)電場風(fēng)機分布用一個陣列表示，陣列的橫列和縱列分別與x軸與y軸平行。如圖2所示。

步驟2，選取所述風(fēng)電場風(fēng)機的可用機頭風(fēng)速。

風(fēng)電場的每個風(fēng)機處都能測得一個機頭風(fēng)速，但在對風(fēng)電場整體風(fēng)速進行分析時有一些機頭風(fēng)速因為其的不準(zhǔn)確是不能夠使用的，所以在分析風(fēng)速之前需要在風(fēng)電場中選取可用的機頭風(fēng)速。

機頭風(fēng)速與風(fēng)機功率存在著一個對應(yīng)的關(guān)系，設(shè)機頭風(fēng)速為α?xí)r對應(yīng)的理論功率為P0，實際風(fēng)機的功率為P，功率正確范圍參數(shù)為△P，△P根據(jù)歷史數(shù)據(jù)分析得到或者人為設(shè)定。風(fēng)機的這三個參數(shù)用于判定該風(fēng)機的機頭風(fēng)速是否有效。

某處風(fēng)機的機頭風(fēng)速是否可作為分析風(fēng)電場風(fēng)速的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的判定方法如下：

當(dāng)(P0-P)＜ΔP時，可認(rèn)為該處的風(fēng)機機頭風(fēng)速可作為分析風(fēng)電場風(fēng)速的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；不滿足該公式時，則表示該坐標(biāo)處的風(fēng)機數(shù)據(jù)需要根據(jù)尾流效應(yīng)以及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行推導(dǎo)。

步驟3，考慮尾流效應(yīng)的影響范圍，判斷上下風(fēng)向風(fēng)機之間是否存在尾流效應(yīng)，并將所有之間有尾流效應(yīng)影響的風(fēng)機對應(yīng)在風(fēng)電場中的編號記錄在一個關(guān)系表中。

在確定了風(fēng)電場的風(fēng)向流場的基礎(chǔ)上，可對風(fēng)電場中各個風(fēng)機之間的尾流效應(yīng)進行分析，首先需要判定的是下風(fēng)向上的風(fēng)機是否受尾流效應(yīng)的影響。這便需要考慮尾流效應(yīng)的影響范圍，正確判斷上下風(fēng)向風(fēng)機之間是否存在尾流效應(yīng)。

設(shè)尾流范圍角度為θ，影響范圍距離為H，則可以得到一個風(fēng)機其下風(fēng)向的尾流范圍，如圖3所示。

圖3中虛線平行于上風(fēng)向風(fēng)機的風(fēng)向，上風(fēng)向風(fēng)機處于圖3中0處(設(shè)坐標(biāo)為(x0，y0)，判斷下風(fēng)向的風(fēng)機是否在該范圍內(nèi)，若在范圍內(nèi)，則根據(jù)風(fēng)向上的距離得出其具體的影響大??；若范圍內(nèi)沒有其它風(fēng)機，則表示該風(fēng)機的尾流不影響其它的風(fēng)機。判斷的公式如下式1和式2所示，設(shè)一個風(fēng)機的坐標(biāo)為(x，y)：

......式1

x-x0<H ......式2

在尾流效應(yīng)影響范圍的基礎(chǔ)上，可以對風(fēng)電場中風(fēng)機分析得到一個記錄內(nèi)部存在尾流效應(yīng)情況的表，該表記錄了所有之間有尾流效應(yīng)影響的風(fēng)機的對應(yīng)的在風(fēng)電場中的編號。

步驟4，分析尾流效應(yīng)，得到整個風(fēng)電場的風(fēng)速情況。

根據(jù)有效的機頭風(fēng)速可以逐步推導(dǎo)出整體風(fēng)電場各個風(fēng)機位置處的入流風(fēng)速。假設(shè)有4個風(fēng)機在同一風(fēng)流場線上且在風(fēng)向上是等間距的，分別為風(fēng)機1、風(fēng)機2、風(fēng)機3、風(fēng)機4，且均正常工作。風(fēng)機1和風(fēng)機4的機頭風(fēng)速v1、v4是有效的機頭風(fēng)速。因為風(fēng)機之間是等間距的，所以認(rèn)為相鄰風(fēng)機之間的尾流影響系數(shù)η是一樣的，為，

......式3

便可得風(fēng)機2和風(fēng)機3處的風(fēng)速分別為

v2＝v1×η ......式4

v3＝v1×η² ......式5

在風(fēng)電場的出力過程中，不同風(fēng)機對于下風(fēng)向相同距離處的風(fēng)機產(chǎn)生的尾流影響系數(shù)η的大小不同；相同風(fēng)機對于下風(fēng)向不同距離處的風(fēng)機的尾流影響系數(shù)η的大小也不同。所以在分析過程中需要考慮到風(fēng)機的類型以及它們之間的距離，按照上述的方法就能通過已知的有效機頭風(fēng)速求得整個風(fēng)電場各個風(fēng) 機處的入流風(fēng)速。

當(dāng)多個風(fēng)機在風(fēng)向上的距離不是等間距時，因為尾流影響系數(shù)不是線性的，所以不能再按上述的方法進行分析。所以，在分析過程大多數(shù)還是需要面對的是這種情況，這時就需要研究風(fēng)速衰減率與距離的關(guān)系。隨著距離的加大，尾流效應(yīng)對下風(fēng)向風(fēng)機的尾流效應(yīng)逐漸減小。

風(fēng)機之間尾流效應(yīng)對于下風(fēng)向風(fēng)機風(fēng)速的影響系數(shù)η與風(fēng)機類型以及風(fēng)機之間距離的關(guān)系是需要通過大量歷史數(shù)據(jù)的一定的訓(xùn)練量所得到的。有了尾流影響系數(shù)η與風(fēng)機類型和風(fēng)機距離的關(guān)系之后，就能通過這些經(jīng)驗系數(shù)、測風(fēng)塔數(shù)據(jù)以及有效機頭風(fēng)速數(shù)據(jù)并通過上述尾流效應(yīng)分析方法來得到整個風(fēng)電場的風(fēng)速情況。

步驟5，根據(jù)整個風(fēng)電場的風(fēng)速情況，通過風(fēng)機的功率曲線，得到全體風(fēng)機的發(fā)電能力，從而得到風(fēng)電場的整體發(fā)電能力。

本發(fā)明為風(fēng)電場的建設(shè)者提供了一個較為精確地分析風(fēng)電場內(nèi)部風(fēng)向場的方法，該方法可以有效解決因為地形、風(fēng)機等因素導(dǎo)致風(fēng)電場內(nèi)部風(fēng)向產(chǎn)生較大變化時產(chǎn)生的風(fēng)速分析誤差，為評估整個風(fēng)電場發(fā)電能力提供保障，可有效減小分析誤差。

以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳具體實施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)無需創(chuàng)造性勞動就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護范圍內(nèi)。