一种风电场发电能力评估方法及系统技术方案

本申请公开了一种风电场发电能力评估方法及系统，该方法包括：搭建风电场全环节运行模拟平台；根据设定的分析时段和设定的仿真步长，利用所述风电场全环节运行模拟平台进行风电场运行仿真，生成风电场发电过程中的各时间序列；对所述各时间序列进行统计分析，获取风电场发电能力评估结果。该系统包括：风电场全环节运行模拟平台、仿真模块和统计分析模块。通过本申请，能够有效提高风电场发电能力评估的精度和准确性，提高评估效率。提高评估效率。提高评估效率。

【技术实现步骤摘要】
一种风电场发电能力评估方法及系统


[0001]本申请涉及新能源发电规划和评估
，特别是涉及一种风电场发电能力评估方法及系统。

技术介绍

[0002]近年来，由于气候问题导致能源危机现象，大力发展风、光等可再生能源发电，推动能源体系绿色低碳转型，成为国家能源发展战略。在各种新能源发电方式中，风力发电是个重要的新能源发展方向。风力发电系统，下文简称风机，是将风能转化为电能的能量转换系统，风电场为多套风机并联构成的总体，如何评估其发电能力，是进行风电场选址定容、经济核算和管理优化等方面工作需要解决的重要的技术问题。
[0003]传统风电场发电能力评估方法，主要注重风资源评估。具体地，首先利用气象局或专门的测风设备采集风速、风向、温度等气象数据，然后根据风机特性计算得出风电场发电潜力，进一步考虑风电场叶片污损、极端天气、周围风电场影响、弃电等因素确定折减系数，最后综合发电潜力和折减系数，计算得出风电场发电能力。
[0004]然而传统风电场发电能力评估方法，使用折减系数综合反应风资源和风机转换特性外的其他所有因素，详细考虑的因素过于单一。在风光发电占比较低的发展初期，风机通常运行于MPPT(Maximum Power Point Tracking，最大功率点跟踪)模式，风机控制和场站并网控制对发电能力影响较小，并网要求宽松而不限制风电场发电能力，仅根据风机类型和基本运行参数即可较为准确地确定折减系数。风力发电在整个电力系统中占比提高后，风电电量消纳问题凸显，并网要求趋于严格，并网要求、控制性能等多种因素都会影响风电场发电能力，采用传统风电场发电能力评估方法，难以精确确定折减系数，从而导致对风电场发电能力的评估精度较低。

技术实现思路

[0005]本申请提供了一种风电场发电能力评估方法及系统，以解决现有技术中的评估方法对风电场发电能力的评估精度较低的问题。
[0006]为了解决上述技术问题，本申请实施例公开了如下技术方案：
[0007]一种风电场发电能力评估方法，所述方法包括：
[0008]搭建风电场全环节运行模拟平台，所述风电场全环节运行模拟平台中包括：风资源模型、多风电机组影响模型、多个并联连接的风机模型、并网电气系统模型、储能设备模型、风电场集控系统模型以及并网要求与调节模型，所述风资源模型以地形地貌数据和历史风速数据为输入，以风电场各处风速分布为输出，用于计算风机安装位置处的风能大小，所述多风电机组影响模型用于描述多台风机捕捉风功率后的交互影响，任一所述风机模型用于描述输入风速与发电机输出功率之间的关系，所述并网电气系统模型用于描述电能在风电场内部汇集、变换以及并网的过程，所述储能设备模型用于描述储能设备改变储能充放电功率辅助调整风电场并网总功率的过程，所述风电场集控系统模型用于描述风机出力
和储能充放电功率的协调控制，所述并网要求与调节模型用于风电场并网规范和调节指令的规则化和量化，其中，所述风机包括风力机和发电机；
[0009]根据设定的分析时段和设定的仿真步长，利用所述风电场全环节运行模拟平台进行风电场运行仿真，生成风电场发电过程中的各时间序列，所述各时间序列包括：风电场并网功率序列、损耗序列以及原始风能序列；
[0010]对所述各时间序列进行统计分析，获取风电场发电能力评估结果。
[0011]可选地，所述搭建风电场全环节运行模拟平台包括：
[0012]建立风资源模型；
[0013]根据所述风资源模型输出的风电场各处风速分布和各机组出力，建立多风电机组影响模型；
[0014]根据风机可靠性、风电转换特性和风机控制特性，构建多个并联连接的风机模型；
[0015]利用各风电机组的汇集线路拓扑、风电场主接线拓扑以及各线路电气参数，建立并网电气系统模型；
[0016]利用储能设备剩余电量变化方程式E(k)＝E(k
‑
1)η
E
+ΔTH
in
(k)η
in
‑
ΔTH
out
(k)/η
out
，建立储能设备模型，其中，E(k)和E(k
‑
1)分别为电储能设备k时刻和k
‑
1时刻的剩余能量，H
in
(k)和H
out
(k)分别为k时刻储能设备充电和放电功率，η
E
为储能设备电量耗散率、η
in
和η
out
分别为储能设备充电和放电效率，ΔT为时段长度；
[0017]根据风电场集控系统调节指令分解策略和备用容量分解策略，建立风电场集控系统模型；
[0018]建立并网要求与调节模型，所述并网要求与调节模型用于根据风电场并网规范将所获取的并网要求规则化和量化，其中，风电场功率波动率要求规则化公式为：风电场一次调频要求规则化公式为：P
rev
(k)＝λP(k)，P
max
(k+1)、P
min
(k+1)为第k+1时刻允许的风电场最大和最小出力，为仿真步长下允许的最大增长功率和最大降低功率，P
rev
(k)为第k时刻风电场需提供的有功功率备用容量，λ为用容量比例系数。
[0019]可选地，所述根据风机可靠性、风电转换特性和风机控制特性，构建多个并联连接的风机模型包括：
[0020]采用频率
‑
持续时间法或时序蒙特卡洛法构建可靠性子模型，所述可靠性子模型以风机固有故障率/最大无故障时间和已持续运行时间为输入，以风机可用状态为输出；
[0021]采用带控制变量的转换映射函数法构建风电转换特性子模型所述风电转换特性子模型以控制指令、风速及可控状态为输入，以机组出力为输出，其中，v
cutin
、v
cu
toff、v
r
分别为切入风速、切出风速和额定风速，v为当前风速，P
r
为额定风机出力，η
e
为风机发电效率，ρ为空气密度，R为风轮半径，β为桨
叶节距角，C
P
为风能利用系数，λ为叶尖速比，P
W
为机组出力；
[0022]采用动态方程法构建风机控制子模型，用于对风机控制规律、响应速度以及调节特性进行模拟。
[0023]可选地，所述利用各风电机组的汇集线路拓扑、风电场主接线拓扑以及各线路电气参数，建立并网电气系统模型，包括：
[0024]根据各风电机组汇集线路拓扑及电气参数计算等值电阻，形成汇集线路等值模型；
[0025]根据集电线路拓扑、风电场主接线拓扑和各线路电气参数计算等值电阻，形成集电及并网线路等值模型。
[0026]可选地，根据设定的分析时段和设定的仿真步长，利用所述风电场全环节运行模拟平台进行风电场运行仿真，生成风电场发电过程中的各时间序列的方法，包括：
[0027]根据待仿真对象设置风电场仿真本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风电场发电能力评估方法，其特征在于，所述方法包括：搭建风电场全环节运行模拟平台，所述风电场全环节运行模拟平台中包括：风资源模型、多风电机组影响模型、多个并联连接的风机模型、并网电气系统模型、储能设备模型、风电场集控系统模型以及并网要求与调节模型，所述风资源模型以地形地貌数据和历史风速数据为输入，以风电场各处风速分布为输出，用于计算风机安装位置处的风能大小，所述多风电机组影响模型用于描述多台风机捕捉风功率后的交互影响，任一所述风机模型用于描述输入风速与发电机输出功率之间的关系，所述并网电气系统模型用于描述电能在风电场内部汇集、变换以及并网的过程，所述储能设备模型用于描述储能设备改变储能充放电功率辅助调整风电场并网总功率的过程，所述风电场集控系统模型用于描述风机出力和储能充放电功率的协调控制，所述并网要求与调节模型用于风电场并网规范和调节指令的规则化和量化，其中，所述风机包括风力机和发电机；根据设定的分析时段和设定的仿真步长，利用所述风电场全环节运行模拟平台进行风电场运行仿真，生成风电场发电过程中的各时间序列，所述各时间序列包括：风电场并网功率序列、损耗序列以及原始风能序列；对所述各时间序列进行统计分析，获取风电场发电能力评估结果。2.根据权利要求1所述的一种风电场发电能力评估方法，其特征在于，所述搭建风电场全环节运行模拟平台包括：建立风资源模型；根据所述风资源模型输出的风电场各处风速分布和各机组出力，建立多风电机组影响模型；根据风机可靠性、风电转换特性和风机控制特性，构建多个并联连接的风机模型；利用各风电机组的汇集线路拓扑、风电场主接线拓扑以及各线路电气参数，建立并网电气系统模型；利用储能设备剩余电量变化方程式E(k)＝E(k
‑
1)η
E
+ΔTH
in
(k)η
in
‑
ΔTH
out
(k)/η
out
，建立储能设备模型，其中，E(k)和E(k
‑
1)分别为电储能设备k时刻和k
‑
1时刻的剩余能量，H
in
(k)和H
out
(k)分别为k时刻储能设备充电和放电功率，η
E
为储能设备电量耗散率、η
in
和η
out
分别为储能设备充电和放电效率，ΔT为时段长度；根据风电场集控系统调节指令分解策略和备用容量分解策略，建立风电场集控系统模型；建立并网要求与调节模型，所述并网要求与调节模型用于根据风电场并网规范将所获取的并网要求规则化和量化，其中，风电场功率波动率要求规则化公式为：风电场一次调频要求规则化公式为：P
rev
(k)＝λP(k)，P
max
(k+1)、P
min
(k+1)为第k+1时刻允许的风电场最大和最小出力，为仿真步长下允许的最大增长功率和最大降低功率，P
rev
(k)为第k时刻风电场需提供的有功功率备用容量，λ为用容量比例系数。3.根据权利要求2所述的一种风电场发电能力评估方法，其特征在于，所述根据风机可靠性、风电转换特性和风机控制特性，构建多个并联连接的风机模型包括：
采用频率
‑
持续时间法或时序蒙特卡洛法构建可靠性子模型，所述可靠性子模型以风机固有故障率/最大无故障时间和已持续运行时间为输入，以风机可用状态为输出；采用带控制变量的转换映射函数法构建风电转换特性子模型所述风电转换特性子模型以控制指令、风速及可控状态为输入，以机组出力为输出，其中，v
cutin
、v
cutoff
、v
r
分别为切入风速、切出风速和额定风速，v为当前风速，P
r
为额定风机出力，η
e
为风机发电效率，ρ为空气密度，R为风轮半径，β为桨叶节距角，C
P
为风能利用系数，λ为叶尖速比，P
W
为机组出力；采用动态方程法构建风机控制子模型，用于对风机控制规律、响应速度以及调节特性进行模拟。4.根据权利要求2所述的一种风电场发电能力评估方法，其特征在于，所述利用各风电机组的汇集线路拓扑、风电场主接线拓扑以及各线路电气参数，建立并网电气系统模型，包括：根据各风电机组汇集线路拓扑及电气参数计算等值电阻，形成汇集线路等值模型；根据集电线路拓扑、风电场主接线拓扑和各线路电气参数计算等值电阻，形成集电及并网线路等值模型。5.根据权利要求2所述的一种风电场发电能力评估方法，其特征在于，根据设定的分析时段和设定的仿真步长，利用所述风电场全环节运行模拟平台进行风电场运行仿真，生成风电场发电过程中的各时间序列的方法，包括：根据待仿真对象设置风电场仿真参数，所述仿真参数包括：风资源参数、运行参数、风机可靠性与控制参数、储能容量与最大功率、风电场电气参数、风电场集控系统调节指令分解策略、备用容量分解策略、并网要求规范参数、仿真步长以及仿真步数；利用所述并网要求与调节模型生成仿真过程中的电网调节指令序列及规则化并网要求，并将仿真步数计数器置零；利用风资源模型、多风电机组影响模型和多个风机模型，计算得出风机出力；根据所述风机出力和储能设备出力，利用电气等值网络计算得出电能损耗；根据所述电能损耗，确定风电场总并网功率；根据所生成的电网调节指令序列及规则化并网要求，判...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁杨，唐培全，王晓磊，李小伟，张文奎，王宝文，李永春，王俊杰，于腾云，徐昕光，王志远，徐磊，
申请(专利权)人：华能沾化新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：