基于测风塔数据外推法的风电场理论功率计算方法技术

本发明专利技术公开了一种基于测风塔数据外推法的风电场理论功率计算方法，包括以下步骤：选择设定范围内风电场内的测风塔，并对测风塔采集的历史数据进行分析处理；根据测风塔历史数据进行空气密度计算；根据测风塔历史数据进行功率曲线校正；根据测风塔历史数据中特征风机的机头风速及功率进行功率曲线拟合；将测风塔风速外推至每台风机轮毂高度处，建立测风塔数据外推法理论功率计算模型；输入测风塔实时测风数据及较正空气密度到理论功率计算模型进行计算；输出运行结果。达到了准确预测风电场理论功率，从而保证电网线路安全的目的。

【技术实现步骤摘要】
基于测风塔数据外推法的风电场理论功率计算方法
本专利技术涉及电力系统新能源
，具体地，涉及一种基于测风塔数据外推法的风电场理论功率计算方法。
技术介绍
2006年1月1日，《可再生能源法》的正式实施为风电的发展提供了新的推动力和保障，我国的风力发电进入了大规模发展阶段，“建设大基地，接入大电网”已成为风电开发的主要模式。截止2012年底，中国累计装机容量75324.2MW，占全球的26.7％，居世界首位。大规模风电的接入给电网调峰带来很大的压力，受调峰能力及网架结构的制约，多个风电基地出现较大规模弃风限电的情况。目前风电入网特别是并网风电弃风限电问题已成为各方关注的焦点。对风电场理论功率与电量进行计算，并进行弃风电量评估，对于协调网厂矛盾、促进风电行业的良性发展等方面具有重要意义。风电场理论出力是指在实际风速情况下，考虑尾流效应、故障停机、厂内用电、输电损耗等因素的基础上所能发出的最大功率。由于大规模风电的集中并网，远距离输送、高电压的输送要求，呈现出与国外风电发展模式显著不同的特点，由此带来的电网技术和经济问题尤为突出，更为复杂。地处偏远的风电基地大多遭遇送出瓶颈，限电问题十分严重。因风电场的功率无法准确的预测，从而造成风能发电利用效率低，造成电网冲击等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对上述问题，提出一种基于测风塔数据外推法的风电场理论功率计算方法，以实现准确预测风电场理论功率，从而保证电网线路安全的优点。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于测风塔数据外推法的风电场理论功率计算方法，包括以下步骤：步骤1：选择设定范围内风电场内的测风塔，并对测风塔采集的历史数据进行分析处理；步骤2：根据测风塔历史数据进行空气密度计算；步骤3：根据测风塔历史数据进行功率曲线校正；步骤4：根据测风塔历史数据中特征风机的机头风速及功率进行功率曲线拟合；步骤5：将测风塔风速外推至每台风机轮毂高度处，建立测风塔数据外推法理论功率计算模型；步骤6：输入测风塔实时测风数据及较正空气密度到上述步骤5的理论功率计算模型进行计算；步骤7：将轮毂高度外推测风数据与机头风速进行对比综合分析，并输出运行结果。根据本专利技术的优选实施例，上述步骤2根据测风塔历史数据进行空气密度计算中，空气密度计算具体如下：式中：ρi为瞬时平均空气密度，Bi瞬时气压，R为气体常数287.05(J/kg.K)，Ti平均气温，N为样本个数，为平均空气密度。根据本专利技术的优选实施例，上述步骤3根据测风塔历史数据进行功率曲线校正中，功率曲线的校正具体如下：如空气密度在1.225kg/m3±0.05kg/m3范围内，功率曲线无需校正；若在此范围以外，则功率曲线需进行校正具体如下：对于失速控制、具有恒定桨矩和转速的风力发电机组，校正功率曲线可利用下式计算：对于功率自动控制的风电机组，校正功率曲线可利用下式计算：式中：P校正为折算后的功率，P0为理论功率曲线对应的功率，ρ0为标准空气密度，V0折算前的风速，V校正为折算后的风速，为实测平均密度。根据本专利技术的优选实施例，上述步骤4中根据测风塔历史数据中特征风机的机头风速及功率进行功率曲线拟合具体如下：曲线拟合应采用bin方法，以0.5m/sbin宽度为一组，利用每个风速bin所对应的功率值根据下式得到：式中：Pi为第i个bin的平均功率值，Pi,j为第i个bin的j数据组的功率值，Vi为第i个bin的平均风速值，Vi,j为第i个bin的j数据组的风速值，Ni为第i个bin的数据数量。根据本专利技术的优选实施例，上述步骤5将测风塔风速外推至每台风机轮毂高度处，建立测风塔数据外推法理论功率计算模型，建立理论功率计算模型具体如下：考虑风电场所处区域的地形、粗糙度变化情况、风机尾流效应、风机性能物理因素对大气流场的影响，并结合风电场布局建立风速、风向数据与风电场输出功率之间的映射关系，即风电场数字化模型；采用微观气象学理论或计算流体力学的方法，将测风塔风速外推至每台风机轮毂高度处，建立各风向扇区的风速转化函数：V外推＝f(V测风塔,k1,k2,…,kn)式中：V外推为由测风塔外推至风机轮毂高度处的风速，V测风塔为测风塔实测风速，k1,k2,…,kn为影响因子，f为转化函数；采用历史外推风速及同期的机头风速建立回归方程，并对外推风速进行修正；以修正风速为基础，结合经步骤3校正或步骤4拟合的功率曲线，计算得到单机的理论功率；所有风机理论功率累加，得到整场的理论功率。本专利技术的技术方案具有以下有益效果：本专利技术的技术方案，根据测风塔历史数据，综合考虑风电场所处区域的地形、粗糙度变化情况、风机尾流效应、风机性能等物理因素对大气流场的影响，并结合风电场布局建立风速、风向数据与风电场输出功率之间的映射关系，即风电场数字化理论功率计算模型，达到了准确预测风电场理论功率，从而保证电网线路安全的目的，从而具有重要的实用价值。下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明图1为本专利技术实施例所述的基于测风塔数据外推法的风电场理论功率计算方法的流程图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1所示，一种基于测风塔数据外推法的风电场理论功率计算方法，包括以下步骤：步骤1：选择设定范围内风电场内的测风塔，并对测风塔采集的历史数据进行分析处理；步骤2：根据测风塔历史数据进行空气密度计算；步骤3：根据测风塔历史数据进行功率曲线校正；步骤4：根据测风塔历史数据中特征风机的机头风速及功率进行功率曲线拟合；步骤5：将测风塔风速外推至每台风机轮毂高度处，建立测风塔数据外推法理论功率计算模型；步骤6：输入测风塔实时测风数据及较正空气密度到上述步骤5的理论功率计算模型进行计算；步骤7：将轮毂高度外推测风数据与机头风速进行对比综合分析，并输出运行结果。其中，步骤2根据测风塔历史数据进行空气密度计算中，空气密度计算具体如下：式中：ρi为瞬时平均空气密度，Bi瞬时气压，R为气体常数287.05(J/kg.K)，Ti平均气温，N为样本个数，为平均空气密度。步骤3根据测风塔历史数据进行功率曲线校正中，功率曲线的校正具体如下：如空气密度在1.225kg/m3±0.05kg/m3范围内，功率曲线无需校正；若在此范围以外，则功率曲线需进行校正具体如下：对于失速控制、具有恒定桨矩和转速的风力发电机组，校正功率曲线可利用下式计算：对于功率自动控制的风电机组，校正功率曲线可利用下式计算：式中：P校正为折算后的功率，P0为理论功率曲线对应的功率，ρ0为标准空气密度，V0折算前的风速，V校正为折算后的风速，为实测平均密度。步骤4中根据测风塔历史数据中特征风机的机头风速及功率进行功率曲线拟合具体如下：曲线拟合应采用bin方法，以0.5m/sbin宽度为一组，利用每个风速bin所对应的功率值根据下式得到：式中：Pi为第i个bin的平均功率值，Pi,j为第i个bin的j数据组的功率值，Vi为第i个bin的平均风速值，Vi,j为第i个bin的j数据组的风速值，Ni为第i个bin的数据数量。步骤5将测风塔风速外推至每台风机轮毂高度处，建立测风塔数据外推法理论功率计算模型，建立理论功本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于测风塔数据外推法的风电场理论功率计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：选择设定范围内风电场内的测风塔，并对测风塔采集的历史数据进行分析处理；步骤2：根据测风塔历史数据进行空气密度计算；步骤3：根据测风塔历史数据进行功率曲线校正；步骤4：根据测风塔历史数据中特征风机的机头风速及功率进行功率曲线拟合；步骤5：将测风塔风速外推至每台风机轮毂高度处，建立测风塔数据外推法理论功率计算模型；步骤6：输入测风塔实时测风数据及校正空气密度到上述步骤5的理论功率计算模型进行计算；步骤7：将轮毂高度外推测风数据与机头风速进行对比综合分析，并输出运行结果。

【技术特征摘要】
1.一种基于测风塔数据外推法的风电场理论功率计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：选择设定范围内风电场内的测风塔，并对测风塔采集的历史数据进行分析处理；步骤2：根据测风塔历史数据进行空气密度计算；步骤3：根据测风塔历史数据进行功率曲线校正；步骤4：根据测风塔历史数据中特征风机的机头风速及功率进行功率曲线拟合；具体如下：曲线拟合应采用bin方法，以bin宽度为0.5m/s一组，利用每个风速bin所对应的功率值根据下式得到：式中：Pi为第i个bin的平均功率值，Pi,j为第i个bin的j数据组的功率值，Vi为第i个bin的平均风速值，Vi,j为第i个bin的j数据组的风速值，Ni为第i个bin的数据数量；步骤5：将测风塔风速外推至每台风机轮毂高度处，建立测风塔数据外推法理论功率计算模型；具体如下：考虑风电场所处区域的地形、粗糙度变化情况、风机尾流效应、风机性能物理因素对大气流场的影响，并结合风电场布局建立风速、风向数据与风电场输出功率之间的映射关系，即风电场数字化模型；采用微观气象学理论或计算流体力学的方法，将测风塔风速外推至每台风机轮毂高度处，建立各风向扇区的风速转化函数：V外推＝f(V测风塔,k1,k2,…,kn)式中：V外推为由测风塔外推至风机轮毂高度处的风速，V测风塔为测风塔实测风速，k1,k2...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪宁渤，马明，吕清泉，马彦宏，刘光途，贾怀森，赵龙，韩自奋，周强，王定美，路亮，张健美，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网甘肃省电力公司，甘肃省电力公司风电技术中心，
类型：发明
国别省市：北京;11