一种考虑风向影响的风电场理论功率确定方法
【专利摘要】本发明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。
【专利说明】-种考虑风向影响的风电场理论功率确定方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及属于风力发电【技术领域】，具体涉及一种考虑风向影响的风电场理论功 率确定方法。
【背景技术】
[0002] 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"。
[0003] 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。
[0004] 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。
[0005] 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。
【发明内容】
[0006] 为了克服上述现有技术的不足，本发明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。
[0007] 为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
[0008] 本发明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：
[0009] 步骤I:提取正常运行时段数据，并对提取的数据进行分组；
[0010] 步骤2 :根据每组风向数据，确定风速功率曲线表；
[0011] 步骤3 :合并多组风速功率曲线表，形成风向功率曲线表；
[0012] 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；
[0013] 步骤5 :计算非正常运行时段内某时刻风电场的理论功率。
[0014] 所述步骤1包括以下步骤：
[0015] 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；
[0016] 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。
[0017] 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。
[0018] 对风向数据进行分组的分组方式包括以下三种：
[0019] 1)15° 等分为 24 组；
[0020] 2)30° 等分为 12 组；
[0021] 3)45。等分为 8 组。
[0022] 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：
[0023] 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，风速区间以〇.5m/s或lm/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。
[0024] 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。
[0025] 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。
[0026] 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,y!)、Q12 (X1,y2)、Q21 (x2,y!)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Q11U1,Y1)、Q12U1,y2)、 Q21(X2,yi)和Q22(X2,y2)对应的功率值分别为Pll、Pl2、P2l和P22;
[0027] 首先在横向进行线性插值，得到中间值功率R1和R2，有
【权利要求】
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，风速区间以〇. 5m/s或lm/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。
7. 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。
8. 根据权利要求7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Q 11U1, yj、Q12(Xi，y2)、％1(&，yi)和y2)，其中 χι和&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Q 11 (X1, Y1)、Q12 (X1, y2)、Q21 (χ2, Y1)和 Q22 (x2, y2)对应的功率值分别为Pn、P12、P21和1? ; 首先在横向进行线性插值，得到中间值功率R1和R2，有
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
9.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：
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，η为风电场内风电机 组的台数。
【文档编号】G06Q50/06GK104376509SQ201410705243
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年11月26日 优先权日:2014年11月26日
【发明者】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