基于測風(fēng)塔數(shù)據(jù)外推法的風(fēng)電場理論功率計(jì)算方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于測風(fēng)塔數(shù)據(jù)外推法的風(fēng)電場理論功率計(jì)算方法，包括以下步驟：選擇設(shè)定范圍內(nèi)風(fēng)電場內(nèi)的測風(fēng)塔，并對測風(fēng)塔采集的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理；根據(jù)測風(fēng)塔歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行空氣密度計(jì)算；根據(jù)測風(fēng)塔歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行功率曲線校正；根據(jù)測風(fēng)塔歷史數(shù)據(jù)中特征風(fēng)機(jī)的機(jī)頭風(fēng)速及功率進(jìn)行功率曲線擬合；將測風(fēng)塔風(fēng)速外推至每臺風(fēng)機(jī)輪轂高度處，建立測風(fēng)塔數(shù)據(jù)外推法理論功率計(jì)算模型；輸入測風(fēng)塔實(shí)時(shí)測風(fēng)數(shù)據(jù)及較正空氣密度到理論功率計(jì)算模型進(jìn)行計(jì)算；輸出運(yùn)行結(jié)果。達(dá)到了準(zhǔn)確預(yù)測風(fēng)電場理論功率，從而保證電網(wǎng)線路安全的目的。
【專利說明】基于測風(fēng)塔數(shù)據(jù)外推法的風(fēng)電場理論功率計(jì)算方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)新能源【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地，涉及一種基于測風(fēng)塔數(shù)據(jù)外推法 的風(fēng)電場理論功率計(jì)算方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 2006年1月1日，《可再生能源法》的正式實(shí)施為風(fēng)電的發(fā)展提供了新的推動力和 保障，我國的風(fēng)力發(fā)電進(jìn)入了大規(guī)模發(fā)展階段，"建設(shè)大基地，接入大電網(wǎng)"已成為風(fēng)電開發(fā) 的主要模式。截止2012年底，中國累計(jì)裝機(jī)容量75324. 2MW，占全球的26. 7 %，居世界首位。
[0003] 大規(guī)模風(fēng)電的接入給電網(wǎng)調(diào)峰帶來很大的壓力，受調(diào)峰能力及網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的制約， 多個風(fēng)電基地出現(xiàn)較大規(guī)模棄風(fēng)限電的情況。目前風(fēng)電入網(wǎng)特別是并網(wǎng)風(fēng)電棄風(fēng)限電問題 已成為各方關(guān)注的焦點(diǎn)。對風(fēng)電場理論功率與電量進(jìn)行計(jì)算，并進(jìn)行棄風(fēng)電量評估，對于協(xié) 調(diào)網(wǎng)廠矛盾、促進(jìn)風(fēng)電行業(yè)的良性發(fā)展等方面具有重要意義。
[0004] 風(fēng)電場理論出力是指在實(shí)際風(fēng)速情況下，考慮尾流效應(yīng)、故障停機(jī)、廠內(nèi)用電、輸 電損耗等因素的基礎(chǔ)上所能發(fā)出的最大功率。由于大規(guī)模風(fēng)電的集中并網(wǎng)，遠(yuǎn)距離輸送、高 電壓的輸送要求，呈現(xiàn)出與國外風(fēng)電發(fā)展模式顯著不同的特點(diǎn)，由此帶來的電網(wǎng)技術(shù)和經(jīng) 濟(jì)問題尤為突出，更為復(fù)雜。地處偏遠(yuǎn)的風(fēng)電基地大多遭遇送出瓶頸，限電問題十分嚴(yán)重。 因風(fēng)電場的功率無法準(zhǔn)確的預(yù)測，從而造成風(fēng)能發(fā)電利用效率低，造成電網(wǎng)沖擊等問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于，針對上述問題，提出一種基于測風(fēng)塔數(shù)據(jù)外推法的風(fēng)電場理 論功率計(jì)算方法，以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確預(yù)測風(fēng)電場理論功率，從而保證電網(wǎng)線路安全的優(yōu)點(diǎn)。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0007] -種基于測風(fēng)塔數(shù)據(jù)外推法的風(fēng)電場理論功率計(jì)算方法，包括以下步驟：
[0008] 步驟1 :選擇設(shè)定范圍內(nèi)風(fēng)電場內(nèi)的測風(fēng)塔，并對測風(fēng)塔采集的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分 析處理；
[0009] 步驟2 :根據(jù)測風(fēng)塔歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行空氣密度計(jì)算；
[0010] 步驟3 :根據(jù)測風(fēng)塔歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行功率曲線校正；
[0011] 步驟4 :根據(jù)測風(fēng)塔歷史數(shù)據(jù)中特征風(fēng)機(jī)的機(jī)頭風(fēng)速及功率進(jìn)行功率曲線擬合；
[0012] 步驟5 :將測風(fēng)塔風(fēng)速外推至每臺風(fēng)機(jī)輪轂高度處，建立測風(fēng)塔數(shù)據(jù)外推法理論 功率計(jì)算模型；
[0013] 步驟6 :輸入測風(fēng)塔實(shí)時(shí)測風(fēng)數(shù)據(jù)及較正空氣密度到上述步驟5的理論功率計(jì)算 模型進(jìn)行計(jì)算；
[0014] 步驟 7:
[0015] 將輪轂高度外推測風(fēng)數(shù)據(jù)與機(jī)頭風(fēng)速進(jìn)行對比綜合分析，并輸出運(yùn)行結(jié)果。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，上述步驟2根據(jù)測風(fēng)塔歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行空氣密度計(jì)算 中，空氣密度計(jì)算具體如下：
[0017]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于測風(fēng)塔數(shù)據(jù)外推法的風(fēng)電場理論功率計(jì)算方法，其特征在于，包括以下步 驟： 步驟1 :選擇設(shè)定范圍內(nèi)風(fēng)電場內(nèi)的測風(fēng)塔，并對測風(fēng)塔采集的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處 理； 步驟2 :根據(jù)測風(fēng)塔歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行空氣密度計(jì)算； 步驟3 :根據(jù)測風(fēng)塔歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行功率曲線校正； 步驟4 :根據(jù)測風(fēng)塔歷史數(shù)據(jù)中特征風(fēng)機(jī)的機(jī)頭風(fēng)速及功率進(jìn)行功率曲線擬合； 步驟5 :將測風(fēng)塔風(fēng)速外推至每臺風(fēng)機(jī)輪轂高度處，建立測風(fēng)塔數(shù)據(jù)外推法理論功率 計(jì)算模型； 步驟6 :輸入測風(fēng)塔實(shí)時(shí)測風(fēng)數(shù)據(jù)及校正空氣密度到上述步驟5的理論功率計(jì)算模型 進(jìn)行計(jì)算； 步驟7 :將輪轂高度外推測風(fēng)數(shù)據(jù)與機(jī)頭風(fēng)速進(jìn)行對比綜合分析，并輸出運(yùn)行結(jié)果。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于測風(fēng)塔數(shù)據(jù)外推法的風(fēng)電場理論功率計(jì)算方法，其特征 在于，上述步驟2根據(jù)測風(fēng)塔歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行空氣密度計(jì)算中，空氣密度計(jì)算具體如下：
式中：P i為瞬時(shí)平均空氣密度，Bi瞬時(shí)氣壓，R為氣體常數(shù)287. 05 (J/kg. K)，?\平均氣 溫，N為樣本個數(shù)，盧為平均空氣密度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于測風(fēng)塔數(shù)據(jù)外推法的風(fēng)電場理論功率計(jì)算方法，其 特征在于，上述步驟3根據(jù)測風(fēng)塔歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行功率曲線校正中，功率曲線的校正具體如 下： 如空氣密度在1. 225kg/m3±0. 05kg/m3范圍內(nèi)，功率曲線無需校正；若在此范圍以外， 則功率曲線需進(jìn)行校正具體如下： 對于失速控制、具有恒定槳矩和轉(zhuǎn)速的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，校正功率曲線可利用下式計(jì) 算：
對于功率自動控制的風(fēng)電機(jī)組，校正功率曲線可利用下式計(jì)算：
式中：為折算后的功率，Ρ〇為理論功率曲線對應(yīng)的功率，為標(biāo)準(zhǔn)空氣密度，％折 算前的風(fēng)速，為折算后的風(fēng)速，盧為實(shí)測平均密度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于測風(fēng)塔數(shù)據(jù)外推法的風(fēng)電場理論功率計(jì)算方法，其特征 在于，上述步驟4中根據(jù)測風(fēng)塔歷史數(shù)據(jù)中特征風(fēng)機(jī)的機(jī)頭風(fēng)速及功率進(jìn)行功率曲線擬合 具體如下： 曲線擬合應(yīng)采用bin方法，以0. 5m/s bin寬度為一組，利用每個風(fēng)速bin所對應(yīng)的功 率值根據(jù)下式得到：
式中A為第i個bin的平均功率值，Pu為第i個bin的j數(shù)據(jù)組的功率值，Vi為第 i個bin的平均風(fēng)速值，Vu為第i個bin的j數(shù)據(jù)組的風(fēng)速值，隊(duì)為第i個bin的數(shù)據(jù)數(shù) 量。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于測風(fēng)塔數(shù)據(jù)外推法的風(fēng)電場理論功率計(jì)算方法，其特征 在于，上述步驟5將測風(fēng)塔風(fēng)速外推至每臺風(fēng)機(jī)輪轂高度處，建立測風(fēng)塔數(shù)據(jù)外推法理論 功率計(jì)算模型，建立理論功率計(jì)算模型具體如下： 考慮風(fēng)電場所處區(qū)域的地形、粗糙度變化情況、風(fēng)機(jī)尾流效應(yīng)、風(fēng)機(jī)性能物理因素對大 氣流場的影響，并結(jié)合風(fēng)電場布局建立風(fēng)速、風(fēng)向數(shù)據(jù)與風(fēng)電場輸出功率之間的映射關(guān)系， 即風(fēng)電場數(shù)字化模型；采用微觀氣象學(xué)理論或計(jì)算流體力學(xué)的方法，將測風(fēng)塔風(fēng)速外推至 每臺風(fēng)機(jī)輪轂高度處，建立各風(fēng)向扇區(qū)的風(fēng)速轉(zhuǎn)化函數(shù)： V外推=f (V測風(fēng)塔，k" k2,…，kn) 式中：為由測風(fēng)塔外推至風(fēng)機(jī)輪轂高度處的風(fēng)速，V_iS為測風(fēng)塔實(shí)測風(fēng)速， kp k2,…，kn為影響因子，f為轉(zhuǎn)化函數(shù)； 采用歷史外推風(fēng)速及同期的機(jī)頭風(fēng)速建立回歸方程，并對外推風(fēng)速進(jìn)行修正；以修正 風(fēng)速為基礎(chǔ)，結(jié)合經(jīng)步驟3校正或步驟4擬合的功率曲線，計(jì)算得到單機(jī)的理論功率；所有 風(fēng)機(jī)理論功率累加，得到整場的理論功率。
【文檔編號】G06F19/00GK104156575SQ201410362935
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月28日
【發(fā)明者】汪寧渤, 馬明, 呂清泉, 馬彥宏, 劉光途, 賈懷森, 趙龍, 韓自奮, 周強(qiáng), 王定美, 路亮, 張健美 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)甘肅省電力公司, 甘肅省電力公司風(fēng)電技術(shù)中心