一种考虑风向影响的风电场理论功率确定方法技术

本发明专利技术提供一种考虑风向影响的风电场理论功率确定方法，包括以下步骤：提取正常运行时段数据，并对提取的数据进行分组；根据每组风向数据，确定风速功率曲线表；合并多组风速功率曲线表，形成风向功率曲线表；计算非正常运行时段内某时刻风电机组的理论功率；计算非正常运行时段内某时刻风电场的理论功率。本方法较为简便，适用于各种地形条件。与不考虑风向的理论功率计算方法相比，本方法在复杂地形条件对功率计算精度有显著提高。此外，本方法基于历史数据，不进行复杂的大气流场计算，可避免流场计算过程中由于距离过长、参数或方法选择不当引入的误差。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及属于风力发电
，具体涉及一种考虑风向影响的风电场理论功率确定方法。
技术介绍
随着风电的快速发展，由于消纳能力有限造成的弃风现象频现，同时也存在由于故障停机等原因造成的电量损失，如何科学评估这些电量损失及其成因已经越来越受到业内的广泛关注。要评估电量损失，首先需要对风电机组/风电场的理论功率进行评估，该能力也称“理论功率”。在实际生产中，风电场向调度上报的电量损失，有的用装机容量作为理论功率，有的采用计算时段起、止时刻功率的平均值作为理论功率，有的用预测功率作为理论功率，这些方法由于缺乏理论基础或误差过大，不宜作为评估风电场发电能力的依据。近几年，出现了一些针对弃风电量评估风电场理论功率的方法，主要包括标杆风机法、历史数据法两类。标杆风机法是在弃风时段保留几台风机正常运行，根据这几台风机的实际功率推算整个风电场的理论功率。由于风机出力受到地表状况、风向、风机尾流等因素的影响，不同风机的出力并非简单的线性关系，且实时发生着变化，因而标杆风机法存在过度简化的问题，容易带来较大的计算误差，特别是在风电场地形等条件较为复杂的情况下。历史数据法有几种变形，基本思想都是根据非弃风时段的历史数据建立风电场输出功率与风速数据之间的映射关系，再根据映射关系推算弃风时段风电场的理论功率。现有的历史数据法只考虑风速与功率的关系，不考虑风向的影响。但是由于风机排布、地形变化、地表粗糙度、周边障碍物等具有方向差异性，不同风向条件下会形成不同的尾流、湍流，从而影响到风电场的发电功率。因而，现有的历史功率法也存在简化过度，精度不足的问题，特别是在地形条件较为复杂的情况下。对于风速与功率的映射关系，一般采用风速与功率形成的功率曲线，不考虑风向的影响。但是由于风机排布、地形变化、地表粗糙度、周边障碍物等具有方向差异性，不同风向条件下会形成不同的尾流、湍流，从而影响到风电场的发电功率。在地形条件较为复杂的情况下，该影响将显著增加。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供一种考虑风向影响的风电场理论功率确定方法，将风向的影响引入用于计算理论功率的映射关系，以增加理论功率计算的精细度与准确性。对正常运行时段的历史数据(风速、风向、功率)进行统计，分风向区间求解功率曲线，形成对应不同风向区段的多条功率曲线表，应用时采用二维数据插值法可得每个测风数据(风速、风向)对应的功率值。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采取如下技术方案：本专利技术提供一种考虑风向影响的风电场理论功率确定方法，所述方法包括以下步骤：步骤1：提取正常运行时段数据，并对提取的数据进行分组；步骤2：根据每组风向数据，确定风速功率曲线表；步骤3：合并多组风速功率曲线表，形成风向功率曲线表；步骤4：计算非正常运行时段内某时刻风电机组的理论功率；步骤5：计算非正常运行时段内某时刻风电场的理论功率。所述步骤1包括以下步骤：步骤1-1：选正常运行时段，提取正常运行时段内的测风数据与功率数据；步骤1-2：对测风数据中的风向数据进行分组，分组方式可根据实际情况灵活选择。所述测风数据来源于测风塔或机舱风速计，测风数据包括风速数据和风向数据。对风向数据进行分组的分组方式包括以下三种：1)15°等分为24组；2)30°等分为12组；3)45°等分为8组。所述步骤2中，每个风向区间内，风速功率曲线表确定过程如下：确定每个风速区间内对应功率值的平均值，作为与风速对应的功率值；不同风向区间中，风速区间以0.5m/s或1m/s分割，风速功率曲线表始于切入风速，止于切出风速，对应每组风向数据，形成的风速功率曲线表。所述步骤3中，对多组风速功率曲线表进行整理，按照相同的风速区间合并单组风速功率曲线表，形成对应不同风向区间的风向功率曲线表；风向功率曲线表中横向首行为风向区间，纵向首列为风速区间，中间为各风速、风向区间对应的功率值；风速区间以区间中值标识，风向区间以区间起止值标识。所述步骤4中，在风电机组的非正常运行时段，根据测风数据与风向功率曲线表，采用双线性插值法得到风电机组的理论功率。所述设风向x、风速y对应的风电机组的理论功率为p，在风向功率曲线表中找到与(x,y)最邻近的格点Q11(x1,y1)、Q12(x1,y2)、Q21(x2,y1)和Q22(x2,y2)，其中x1和x2分别为格点对应的风向中值，y1和y2分别为格点对应的风速中值，设格点Q11(x1,y1)、Q12(x1,y2)、Q21(x2,y1)和Q22(x2,y2)对应的功率值分别为p11、p12、p21和p22；首先在横向进行线性插值，得到中间值功率R1和R2，有R1=x2-xx2-x1p11+x-x1x2-x1p21]]>R2=x2-xx2-x1p12+x-x1x2-x1p22]]>然后在纵向进行线性插值，就得到非正常运行时段内某时刻风电机组的理论功率p，有：p=y2-yy2-y1R1+y-y1y2-y1R2.]]>所述步骤5中，风电场内某时刻存在风电机组非正常运行，累加风电场全部非正常运行的风电机组的理论功率，得到非正常运行时段内某时刻风电场的理论功率P，有：P=Σi=1npi]]>其中，pi为非正常运行时段内某时刻第i台风电机组的理论功率，n为风电场内风电机组的台数。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本方法较为简便，适用于各种地形条件。与不考虑风向的理论功率计算方法相比，本方法在复杂地形条件对功率计算精度有显著提高。此外，本方法基于历史数据，不进行复杂的大气流场计算，可避免流场计算过程中由于距离过长、参数或方法选择不当引入的误差。附图说明图1是本专利技术实施中考虑风向影响的风电场理论功率确定方法流程图；图2是本专利技术实施中风电机组功率曲线图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。如图1，本专利技术提出一种考虑风向影响的风电场理论功率确定方法，该方法基于风电机组正常运行时段的测风数据与风电机组实际输出功率，建立两者的映射关系，在弃风限电、故障停运等风电机组非正常运行时段，再根据机舱风速计测量数据与该映射关系，计算风电机组的应有输出功率，即理论功率。累加风电机组理论功率可得到整个风电场的理论功率。本专利技术提供一种考虑风向影响的风电场理论功率确定方法，所述方法包括以下步骤：步骤1：提取正常运行时段数据，并对提取的数据进行分组；步骤2：根据每组风向数据，确定风速功率曲线表；步骤3：合并多组风速功率曲线表，形成风向功率曲线表；...

【技术保护点】
一种考虑风向影响的风电场理论功率确定方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：步骤1：提取正常运行时段数据，并对提取的数据进行分组；步骤2：根据每组风向数据，确定风速功率曲线表；步骤3：合并多组风速功率曲线表，形成风向功率曲线表；步骤4：计算非正常运行时段内某时刻风电机组的理论功率；步骤5：计算非正常运行时段内某时刻风电场的理论功率。

【技术特征摘要】
1.一种考虑风向影响的风电场理论功率确定方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
步骤1：提取正常运行时段数据，并对提取的数据进行分组；
步骤2：根据每组风向数据，确定风速功率曲线表；
步骤3：合并多组风速功率曲线表，形成风向功率曲线表；
步骤4：计算非正常运行时段内某时刻风电机组的理论功率；
步骤5：计算非正常运行时段内某时刻风电场的理论功率。
2.根据权利要求1所述的考虑风向影响的风电场理论功率确定方法，其特征在于：所述
步骤1包括以下步骤：
步骤1-1：选正常运行时段，提取正常运行时段内的测风数据与功率数据；
步骤1-2：对测风数据中的风向数据进行分组，分组方式可根据实际情况灵活选择。
3.根据权利要求2所述的考虑风向影响的风电场理论功率确定方法，其特征在于：所述
测风数据来源于测风塔或机舱风速计，测风数据包括风速数据和风向数据。
4.根据权利要求2所述的考虑风向影响的风电场理论功率确定方法，其特征在于：对风
向数据进行分组的分组方式包括以下三种：
1)15°等分为24组；
2)30°等分为12组；
3)45°等分为8组。
5.根据权利要求1所述的考虑风向影响的风电场理论功率确定方法，其特征在于：所述
步骤2中，每个风向区间内，风速功率曲线表确定过程如下：
确定每个风速区间内对应功率值的平均值，作为与风速对应的功率值；不同风向区间中，
风速区间以0.5m/s或1m/s分割，风速功率曲线表始于切入风速，止于切出风速，对应每组风
向数据，形成的风速功率曲线表。
6.根据权利要求1所述的考虑风向影响的风电场理论功率确定方法，其特征在于：所述
步骤3中，对多组风速功率曲线表进行整理，按照相同的风速区间合并单组风速功率曲线表，
形成对应不同风向区间的风向功率...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜文玲，冯双磊，王勃，王伟胜，刘纯，白恺，赵艳青，柳玉，王铮，刘辉，杨红英，张菲，车建峰，卢静，胡菊，靳双龙，马振强，宋宗鹏，
申请(专利权)人：国家电网公司，中国电力科学研究院，国网冀北电力有限公司电力科学研究院，中电普瑞张北风电研究检测有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11