本发明专利技术涉及一种基于测风塔测风数据的风电场弃风电量确定方法，该方法以测风塔测风数据为基础，考虑地形、地貌及风电机组尾流等影响，计算风电机组轮毂高度处的风速，再根据功率曲线获得风电机组理论功率，对风电场所有风电机组的理论功率求和得到风电场理论功率，最后将风电场理论功率和实际功率分别对时间积分，得到理论电量和实际电量，两者相减得到风电场弃风电量，实现对风电场弃风电量的精确计算。该方法普遍适用于各种风电场，成功解决了样板机法计算弃风电量精确度不高的问题。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种风力发配电技术，具体讲涉及一种基于测风塔测风数据的风电场 弃风电量确定方法。
技术介绍
大型风电基地覆盖面积广，一般包含多个风电场或风电场群，由于电网输送通道 受限、调峰能力不足等因素会导致一定程度的弃风。正确科学的认识弃风、以合理的方式计 算弃风电量将不仅有助于风电产业的健康、平稳发展，还能提升电网调度运行水平、推动风 电规划与电网规划的协调发展、提高清洁能源利用率。 目前，风电行业对弃风电量的评估主要采用的是样板机方法，即在弃风时段保留 不超过风机总台数10%的样板机正常运行，根据样板机的实际功率计算风电场的理论功 率。然而，受地形、地貌等因素的影响，风电场每台风机的出力并非简单的线性关系，样板风 机方法计算精度受到一定程度的制约。因此，需要提供一种以测风塔测风数据为基础，综合 考虑地形、地貌、尾流等影响，计算风电场的理论电量，并与实际电量相比的方法，以实现对 弃风电量的精确计算。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种基于测风塔测风数据的风电场弃 风电量确定方法，该方法以测风塔测风数据为基础，考虑地形、地貌及风电机组尾流等影 响，计算风电机组轮毂高度处的风速，再根据功率曲线获得风电机组理论功率，对风电场所 有风电机组的理论功率求和得到风电场理论功率，最后将风电场理论功率和实际功率分别 对时间积分，得到理论电量和实际电量，两者相减得到风电场弃风电量，实现对风电场弃风 电量的精确计算。 本专利技术的目的是采用下述技术方案实现的： 本专利技术提供，其改进之处在 于，所述方法包括下述步骤： (1)确定测风数据在地形、地貌和风机尾流影响下的变化； (2)确定风电机组的理论功率； (3)确定风电场理论功率； (4)从能量管理系统中获得风电场实际功率； (5)确定风电场弃风电量。 进一步地，所述步骤（1)包括： ①确定地形对风速的影响：地形扰动下的受扰边界层包括内层、外层和中间层； ②确定地貌对风速的影响； ③确定风电机组尾流对风速的影响。 进一步地，所述①中，风电机组边界层外层风速的扰动的求解包括： 边界层外层在地形扰动下的流场变化按照势流理论求解，将地形变化看作对未受 扰流场的小扰动，由势流理论得： u，=▽ X 1)； 其中：u'为变化地形对未受扰流场的扰动；X (r，Φ，z)为柱坐标下的势函数，▽ 为哈密顿算子；r、Φ、z分别表示柱坐标系中的三个坐标变量； 以风电机组所在位置为坐标原点，则边界层外层在地形扰动下的流场变化转换为 求解以下定解问题： 其中：u。为上风向未受扰水平风速矢量；h(r，Φ)为地形高度函数；R为研究区域 半径，R = IOkm为IOkm外的地形变化将不再影响风电机组位置处的流场；L为地形扰动在 垂直方向上的长度； X (r, Φ，z)的通解： 式中，Jn ( a jr)为η阶贝塞尔函数； 由边界条件和贝塞尔函数的正交性以及表达式1)得： 其中：Swt为地形变化对风电机组位置处边界层外层流场的扰动，^为一阶贝塞尔函数的第j个零点；^分别为径向与方位角方向的单位向量；系数Aip Bu由下式5) 确定： 其中：▽ h (r，Φ )包含地形变化信息； 根据表达式4)和5)，在给定风电机组地理位置以及地形变化信息后，获得地形变 化对风电机组位置边界层外层流场的扰动。 进一步地，所述①中，对风电机组边界层内层风速的扰动求解，包括： 边界层内层流场扰动随高度按对数风廓线变化，在边界层内层层顶扰动达到最大 并大于势流解，内层流场对于同一高度势流解的修正值为：6)； 式中，UQ(z)为上风向未受扰风矢量在高度z的风速，Lj为地形扰动在垂直方向 上的长度尺度，z'，= max(z, ，其中为边界层内层高度，<< Lj, 由下式确定：Zcu为对应I j的相对粗糙度，上风向为均一地形时，zw = z。，上风向为非X·\ Vti, 均一地形时：；中 D = 5/^., Xn为第η个粗糙度变化 与风电机组的距离；▽为哈密顿算子。 进一步地，所述①包括： 边界层中间层的范围为Ij彡ζ彡41j，边界层中间层流场扰动为：7)； 其中：kwf为加权因子，iV= )，Au j(Ij)为边界层内层顶势流解修正值； vJ/,、vJ4/,分别为z = 与z = 41_j的势流解山为边界层内层高度，<< Lj, 由下式 确定Zcij为对应I j的相对粗糙度，上风向为均一地形时，= z。，上风 向为非均一地形时：，Xn为第η个粗糙 度变化与风电机组的距离。 进一步地，所述②包括： 流经变化粗糙度的下风向风廓线描述为： Λ. 叫.， 其中：Z132为风电机组位置的粗糙度，Zm为距离风电机组位置最近的上风向粗糙 度，U2、W1分别为对应 Ζ(]1、Ζ(]2的摩擦速度，K =0. 4为卡曼常数，Uw为对应的摩擦速度，h为边界层内层高度，由下式确定：9); 其中：z'。= max (zQ1，zQ2)，x为粗糙度变化位置与风电机组位置的距离；^表示研 究区域内粗糖度的最大值； 粗糙度变化扰动下，摩擦速度之间的关系，如下式： 式中，Z(：n、Z(：n+1分别为上风向粗糙度与距离最近的下风向粗糙度，I、IW为对应 的摩擦速度； 粗糙度变化位置距离风电机组位置越远其影响亦越弱，加入距离权重因子表示距 离的作用·? · 11)； 式中：zQeffe为等效粗糙度，K 邛(_-t)为第η个粗糙度的距离权重因子，D = 10km，即认为IOkm外的粗糙度变化将不再对风电机组位置的风廓线产生影响。 进一步地，所述③中，确定风电机组尾流对风速的影响包括：确定风电机组尾流模 型； 尾流模型被称为Larsen尾流模型，假定下风向不同位置的风速衰减具有相似性， 并且风速只发生中等程度的衰减，则通过下式计算下风向L = X处的尾流影响区域半径：12); 其中：Cl为无量纲混合长；1为普朗特混合长，A为风力机扫风面积，Ct为风电机组 推力系数； Larsen尾流模型最终的风速衰减表达式为：13); 式中：Uwt为风电机组轮毂高度的平均风速；RW由式12)确定； 进一步地，所述步骤（2)中，根据功率曲线，得到风电机组理论功率；功率曲线由 风机制造商提供； 所述步骤（3)中，对风电场所有风电机组理论功率求和得到风电场理论功率。 进一步地，所述步骤（5)中，将风电场理论功率和风电场实际功率分别对时间积 分，得到风电场理论电量和风电场实际电量，两者相减得到风电场弃风电量； 进一步地，利用分段二次插值法求出设定时段内各风电机组理论功率，对时间积 h. 分得到风电场理论电量：乓=? ，其中Pt为风电场理论功率，t。、^分别为起始时间和 结束时间； 风电场理论电量和风电场实际电量相减得到风电场弃风电量，表达式如下：E。= Et-Em ;其中：E。为风电场弃风电量；ET为风电场理论电量；Em为风电场实际电量。 与现有技术比，本专利技术达到的有益效果是： 本专利技术提供的风电场弃风电量确定方法基于测风塔测风数据，采用了基于势流理 论的粗糙度变化模型与地形变化模型，可以有效反映风电场局地效应对大气边界层风的扰 动作用。解析求解大气运动方程有利于缩短计算时间，满足弃风电量计算的时效要求，且降 低了对计算机计算能力的要本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于测风塔测风数据的风电场弃风电量确定方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤： (1)确定测风数据在地形、地貌和风机尾流影响下的变化； (2)确定风电机组的理论功率； (3)确定风电场理论功率； (4)从能量管理系统中获得风电场实际功率； (5)确定风电场弃风电量。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：冯双磊，王勃，赵艳青，姜文玲，车建峰，卢静，张菲，靳双龙，胡菊，王铮，杨红英，马振强，马锁明，王若阳，孙荣富，崔正湃，
申请(专利权)人：国家电网公司，中国电力科学研究院，中电普瑞张北风电研究检测有限公司，国网冀北电力有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11
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