一種基于實(shí)際功率曲線擬合的風(fēng)電場(chǎng)理論功率確定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種確定方法，具體涉及一種基于實(shí)際功率曲線擬合的風(fēng)電場(chǎng)理論功 率確定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 風(fēng)能作為可再生能源的重要組成部分，是目前最具規(guī)模開發(fā)的可再生能源之一。 我國(guó)風(fēng)能資源豐富，2011年，我國(guó)風(fēng)電積累裝機(jī)容量達(dá)62. 36GW。到2020年我國(guó)風(fēng)電商業(yè) 運(yùn)行容量將達(dá)到200GW~250GW。開展風(fēng)力發(fā)電相關(guān)技術(shù)的研究，并取得突破，對(duì)于風(fēng)電產(chǎn) 業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
[0003] 我國(guó)風(fēng)電主要集中于三北地區(qū)和東部沿海。東部沿海地區(qū)處于負(fù)荷中心區(qū)域，電 力需求強(qiáng)勁，網(wǎng)架堅(jiān)強(qiáng)，大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)帶來的影響相對(duì)較小。西北、東北和華北地形多樣， 風(fēng)電大多接入術(shù)端電網(wǎng)，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)薄弱，且遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，受調(diào)峰容量限制，風(fēng)電高出力期 間為保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，存在一定程度的限制風(fēng)電出力情況。風(fēng)電限出力后對(duì)于科 學(xué)評(píng)估風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行狀況帶來一系列問題，如限出力的風(fēng)電場(chǎng)輸出功率數(shù)據(jù)無法準(zhǔn)確反映風(fēng) 電場(chǎng)真實(shí)出力狀況，影響風(fēng)電功率預(yù)測(cè)建模及預(yù)測(cè)精度評(píng)價(jià)、不能科學(xué)評(píng)估風(fēng)電的運(yùn)行狀 況并影響風(fēng)電與電網(wǎng)的發(fā)展規(guī)劃等。
[0004] 針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)理論功率計(jì)算，我國(guó)開展的研究工作還相對(duì)較少，而國(guó)外已開展相關(guān) 研究工作，并取得了一定成果。國(guó)外目前主要根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)附近的測(cè)風(fēng)塔，采用邊界層氣象理 論和大氣邊界層動(dòng)力學(xué)等原理建立反映風(fēng)電場(chǎng)局地效應(yīng)的微觀氣象學(xué)模型，然后將測(cè)風(fēng)塔 風(fēng)速轉(zhuǎn)化至風(fēng)機(jī)輪轂高度處風(fēng)速，經(jīng)風(fēng)機(jī)理論功率曲線轉(zhuǎn)換為風(fēng)機(jī)的理論功率，進(jìn)而得到 風(fēng)電場(chǎng)的理論功率。此方法能夠?qū)崿F(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)理論功率計(jì)算，適用范圍較廣，只要有風(fēng)電場(chǎng)資 料和測(cè)風(fēng)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)便能夠?qū)崿F(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)理論功率計(jì)算，在精度要求較低時(shí)，無測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)直 接采用數(shù)值天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)亦可，但該方法整體精度相對(duì)較低，恢復(fù)精度亦受季節(jié)性變化和 風(fēng)電場(chǎng)附近地形地貌變化的影響，且計(jì)算復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服上述缺陷，本發(fā)明提出一種基于實(shí)際功率曲線擬合的風(fēng)電場(chǎng)理論功率確 定方法，無需考慮風(fēng)電場(chǎng)功率輸出的具體物理過程，理論功率恢復(fù)精度高。
[0006] 本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0007] -種基于實(shí)際功率曲線擬合的風(fēng)電場(chǎng)理論功率確定方法，所述方法包括：
[0008] (1)讀取風(fēng)電場(chǎng)數(shù)據(jù)；
[0009] (2)預(yù)處理所述風(fēng)電場(chǎng)數(shù)據(jù)；
[0010] (3)計(jì)算風(fēng)機(jī)輪轂高度處風(fēng)速；
[0011] (4)對(duì)預(yù)處理后的風(fēng)機(jī)功率數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾，剔除故障數(shù)據(jù)，建立實(shí)際功率曲線擬合 的樣本數(shù)據(jù)集，并對(duì)所述樣本數(shù)據(jù)集進(jìn)行劃分；
[0012] (5)計(jì)算風(fēng)機(jī)理論功率；
[0013] (6)采用相關(guān)性系數(shù)加權(quán)法修正所述風(fēng)機(jī)理論功率；
[0014] (7)獲取風(fēng)電場(chǎng)理論功率；
[0015] (8)通過相關(guān)性系數(shù)和二次中心距對(duì)理論功率恢復(fù)精度進(jìn)行評(píng)價(jià)，生成數(shù)據(jù)恢復(fù) 質(zhì)量因數(shù)。
[0016] 優(yōu)選的，所述步驟（1)讀取風(fēng)電場(chǎng)數(shù)據(jù)包括：風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)數(shù)據(jù)叫、實(shí)時(shí)測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)VT、 風(fēng)機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)N。和調(diào)度控制指令N
[0017] 其中，所述風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)數(shù)據(jù)01包括風(fēng)機(jī)實(shí)發(fā)功率數(shù)據(jù)P JP機(jī)頭風(fēng)速數(shù)據(jù)V 所 述風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)數(shù)據(jù)叫和實(shí)時(shí)測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)V #勺頻率為5min/點(diǎn)，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度多3個(gè)月。
[0018] 優(yōu)選的，所述步驟（2)預(yù)處理風(fēng)電場(chǎng)數(shù)據(jù)包括；
[0019] 2-1刪除風(fēng)機(jī)功率數(shù)據(jù)中小于0或者大于風(fēng)機(jī)容量的數(shù)據(jù)以及測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)中小于0 或者明顯過大的風(fēng)速值；
[0020] 2-2對(duì)齊剩余數(shù)據(jù)時(shí)間刻度，無數(shù)據(jù)時(shí)以空數(shù)據(jù)補(bǔ)齊，生成風(fēng)機(jī)功率數(shù)據(jù)P/和測(cè) 風(fēng)數(shù)據(jù)V/。
[0021] 優(yōu)選的，所述步驟（3)計(jì)算風(fēng)機(jī)輪轂高度風(fēng)速包括：基于氣象學(xué)理論和計(jì)算流體 力學(xué)的方法，建立風(fēng)電場(chǎng)數(shù)值化模型；
[0022] V = f(V，h，k2，…，kn) (I)
[0023] 式⑴中，V為由測(cè)風(fēng)塔外推至風(fēng)機(jī)輪轂高度處的風(fēng)速，f為風(fēng)速轉(zhuǎn)化函數(shù)，h， k2，…，k n為影響因子，包括地形、粗糙度和尾流效應(yīng)；V' τ為測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)。
[0024] 優(yōu)選的，所述步驟（4)建立實(shí)際功率曲線擬合的樣本數(shù)據(jù)集包括，判斷風(fēng)電場(chǎng)是 否包含風(fēng)機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)N ci和調(diào)度控制指令N。，若有，根據(jù)限電記錄和風(fēng)機(jī)運(yùn)行記錄獲得；若 沒有，采用分段線性化法逐級(jí)剔除故障數(shù)據(jù)集C，進(jìn)而得到實(shí)際功率曲線擬合的樣本數(shù)據(jù)集 S 0
[0025] 進(jìn)一步地，所述故障數(shù)據(jù)集C包括，根據(jù)風(fēng)機(jī)功率曲線分布，設(shè)置功率閾值和風(fēng)速 閾值，取兩者交集為故障數(shù)據(jù)集：
[0026] C = {Px< Tp} n {Vx> Tv}, i = I, (2)
[0027] 式⑵中，P1為風(fēng)機(jī)功率數(shù)據(jù)，V i為風(fēng)機(jī)輪轂高度，η為風(fēng)機(jī)輪轂個(gè)數(shù)；T ρ和T j 別為功率閾值和風(fēng)速閾值。
[0028] 進(jìn)一步地，所述采用分段線性化法逐級(jí)剔除故障數(shù)據(jù)集C包括，
[0029]
[0030] 式⑶中，C為故障數(shù)據(jù)集，V ,分別為刪除故障數(shù)據(jù)后的風(fēng)機(jī)功率和風(fēng)機(jī)輪 轂高度處風(fēng)速，η為故障數(shù)據(jù)量；P/為風(fēng)機(jī)功率數(shù)據(jù)；
[0031] 所述實(shí)際功率曲線擬合的樣本數(shù)據(jù)集S為：
[0032]
[0033] 式（4)中，pJP V 別為樣本功率和樣本風(fēng)速，η為樣本個(gè)數(shù)。
[0034] 優(yōu)選的，所述步驟（4)包括，根據(jù)不同風(fēng)向和氣壓對(duì)所述樣本數(shù)據(jù)集進(jìn)行劃分：
[0035] Slj= Sn AD1H APj (5)
[0036] 式（5)中，S為實(shí)際功率曲線擬合的樣本數(shù)據(jù)集，AD1和AP j分別為風(fēng)向區(qū)間和 氣壓區(qū)間，其表達(dá)式為：
[0037] AD1= [360X n (i_l)，360X ni)，i = 1，...，l/n (6)
[0038] APj= [PL+(Pu-PL) · δ · (j-l)，PL+(Pu-PL) · δ · j)，j = 1，...，1/δ (7)
[0039] 式（6)和式（7)中，i為風(fēng)向區(qū)間序號(hào)，ri為風(fēng)向區(qū)間劃分系數(shù)，匕為氣壓下限， P u為氣壓上限，j為氣壓區(qū)間序號(hào)，δ為氣壓區(qū)間劃分系數(shù)。
[0040] 優(yōu)選的，所述步驟（5)的計(jì)算方法包括，設(shè)劃分樣本數(shù)據(jù)集中的故障風(fēng)速為/， 且滿足G c 6且G α\;
[0041] 采用非參數(shù)回歸算法，對(duì)各風(fēng)機(jī)的實(shí)際功率曲線進(jìn)行擬合，獲得t時(shí)刻風(fēng)機(jī)理論 功率；
[0042]
[0043] 式（8)中，V1,為不同風(fēng)向和氣壓下的風(fēng)機(jī)輪轂高度處風(fēng)速；ν' 1]t為V' u中的元 素；和P 為劃分后的樣本數(shù)據(jù)集S 的風(fēng)速和功率，（V ljk，pljk) e Slj;K為核函數(shù)，h ^ 為窗寬。
[0044] 優(yōu)選的，所述步驟（6)修正風(fēng)機(jī)理論功率包括，設(shè)風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)的風(fēng)機(jī)為T，共η臺(tái)；任 意兩臺(tái)風(fēng)機(jī)!\和T j出力的相關(guān)性加權(quán)系數(shù)為r lj;第i臺(tái)風(fēng)機(jī)t時(shí)刻修正后的理論功率ρ lt 的表達(dá)式為：
[0045]
[0046] 式（9)中，plt為第i臺(tái)風(fēng)機(jī)t時(shí)刻修正后的理論功率；p jt為第j臺(tái)風(fēng)機(jī)t時(shí)刻的 功率，η為風(fēng)電場(chǎng)t時(shí)刻正常發(fā)電的風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)。
[0047] 優(yōu)選的，所述步驟（7)風(fēng)電場(chǎng)理論功率為所有風(fēng)機(jī)修正后的理論功率之和，即：
[0048]
(1〇)
[0049] 式（10)中，？1為t時(shí)刻風(fēng)電場(chǎng)理論功率；p lt為t時(shí)刻第i臺(tái)風(fēng)機(jī)的理論功率。
[0050] 優(yōu)選的，所述步驟（8)中相關(guān)性系數(shù)和二次中心距的值越大，則理論功率恢復(fù)精 度越高；其中，
[0051] 所述相關(guān)性系數(shù)的表達(dá)式為：
[0052]
[0053] 二次中心距為：
[0054]
[0055] 所述數(shù)據(jù)恢復(fù)質(zhì)量因數(shù)為修正理論功率中大于實(shí)際功率的個(gè)數(shù)與樣本總數(shù)的比 值，即 CN 105160060 A ~P 4/8 頁
[0056]
(14)
[0057] 上式中，P"為實(shí)際功率，P tl為理論恢復(fù)功率，巧和$分別為風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際功率P1^口 理論功率Pt的期望值，η為樣本個(gè)數(shù)，S為裝機(jī)容量。
[0058] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明達(dá)到的有益效果是：
[0059