CN104701889A - 风电场群风能时空分布差异性定量评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种风电场群风能时空分布差异性定量评价方法，其特点是，它通过计算风能时空分布差异性所对应的风电场群总发电差异量占总发电量的份额，定量刻画风能时空分布差异所对应的风力发电量在总发电量中的占比情况，从能量的角度宏观反映风电场群风能时空分布的差异性，风电场群风能时空分布差异性越大，风电功率汇聚效应显著。具有科学合理，能够定量分析，实用价值高等优点。

Description

风电场群风能时空分布差异性定量评价方法

技术领域

本发明涉及风电场技术领域,是一种风电场群风能时空分布差异性定量评价方法。

背景技术

由于风能的间歇性及其空间分布的差异性，导致各风电机的输出功率不尽相同，同理，对于风电机组、风电场甚至风电场群的输出功率也不相同，对于已建成的风电场，地形地貌及机组布置方式都已确定，其空间分布的差异性影响通过风电功率的大小体现，即风电机组、风电场输出功率本身蕴含了上述因素信息。通过风电功率波动特性分析来探究由于风能空间分布差异性而造成的风电场、风电场群发电出力差异性，是风电领域亟待解决的问题。

风电场群输出功率汇聚后总输出功率波动相对平缓，风电功率汇聚特性定量描述关键点是风能时空分布差异性所对应的风电功率占比定量描述，如果能够定量评价风能时空分布差异性所对应的风电功率占比情况，则将推动对风电功率波动特性的深入认识。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是,提供一种科学合理，能够定量分析，具有实用价值的风电场群风能时空分布差异性定量评价方法。

解决其技术问题采取的技术方案是：一种风电场群风能时空分布差异性定量评价方法，其特征是，通过计算风能时空分布差异性所对应的风电场群总发电差异量占总发电量的份额，定量刻画风能时空分布差异所对应的风力发电量在总发电量中的占比情况，从能量的角度宏观反映风电场群风能时空分布的差异性，它包括的内容是:

在一个风电场群内，若风况全部相同，那么各风电场输出功率应该相同，即参考输出功率P_ref.n为：

$P_{\mathrm{ref}.n}=P_{\mathrm{wind}.\mathrm{\Σ}}*\frac{P_{R.n}}{P_{R.\mathrm{\Σ}}}---\left(1\right)$

其中，风电场群总发电功率为P_wind.∑，P_R.n为第n个风电场的额定功率，P_R.∑为n个风电场总额定功率，n＝1,2,…,N，

实际上，各风电场的输出功率不尽相同，其实际输出功率与参考输出功率的差值为各风电场的偏差功率ΔP_n为:

ΔP_n＝P_wind.n-P_ref.n    (2)

其中，P_wind.n为第n个风电场实际输出功率，n＝1,2,…,N，偏差功率反映了风电场输出功率的差异性；

偏差功率所对应的发电量为：

E_n＝∫|ΔP_n|dt    (3)

即为因风能时空分布差异性所对应的风电场发电差异量；

由此可知，风电场群总发电差异量为：

${\mathrm{\ΔE}}_{\mathrm{\Σ}}=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{E}_n=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\∫\left|{\mathrm{\ΔP}}_n\right|\mathrm{dt}=\∫\left(\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\right|{\mathrm{\ΔP}}_n\left|\right)\mathrm{dt}---\left(4\right)$

风电场群总发电量为:

E_Σ＝∫|P_wind.Σ|dt    (5)

故风能时空分布差异性所对应的风电场群总发电差异量占总发电量的份额为：

${\mathrm{\η}}_E=\frac{\mathrm{\Δ}{E}_{\mathrm{\Σ}}}{E_{\mathrm{\Σ}}}=\frac{\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left|{\mathrm{\ΔP}}_n\right|}{\left|P_{\mathrm{wind}.\mathrm{\Σ}}\right|}=\frac{\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left|{\mathrm{\ΔP}}_n\right|}{P_{\mathrm{wind}.\mathrm{\Σ}}}---\left(6\right)$

η_E越大，表明风电场群风能时空分布差异性越大，风电功率汇聚效应显著。

附图说明

图1为1号风电机组实际输出功率曲线与平均输出功率曲线；

图2为2号风电机组实际输出功率曲线与平均输出功率曲线；

图3为1号风机实际出力与参考值的偏差功率；

图4为1号风机实际出力与参考值的偏差功率；

图5为2台风电机组输出功率差异分量绝对值与总输出功率对比曲线；

图6为2台风电机组输出功率差异分量占总输出功率比例曲线；

图7为30台风电机组输出功率差异分量绝对值与总输出功率对比曲线；

图8为30台风电机组输出功率差异分量占总输出功率比例曲线；

图9为57台风电机组输出功率差异分量绝对值与总输出功率对比曲线；

图10为57台风电机组输出功率差异分量占总输出功率比例曲线；

图11为风电场群输出功率差异分量绝对值与场群(495MW)总输出功率对比曲线；

图12为6个风电场输出功率差异分量所占总输出功率比例曲线；

图13为风电场群输出功率差异分量绝对值与场群(1194MW)总输出功率对比曲线；

图14为8个风电场输出功率差异分量所占总输出功率比例曲线。

具体实施方式

下面利用附图和实施例对本发明作进一步说明。

本发明的一种风电场群风能时空分布差异性定量评价方法，通过计算风能时空分布差异性所对应的风电场群总发电差异量占总发电量的份额，定量刻画风能时空分布差异所对应的风力发电量在总发电量中的占比情况，从能量的角度宏观反映风电场群风能时空分布的差异性，它包括的内容是:

在一个风电场群内，若风况全部相同，那么各风电场输出功率应该相同，即参考输出功率P_ref.n为：

$P_{\mathrm{ref}.n}=P_{\mathrm{wind}.\mathrm{\Σ}}*\frac{P_{R.n}}{P_{R.\mathrm{\Σ}}}---\left(1\right)$

其中，风电场群总发电功率为P_wind.∑，P_R.n为第n个风电场的额定功率，P_R.∑为n个风电场总额定功率，n＝1,2,…,N，

实际上，各风电场的输出功率不尽相同，其实际输出功率与参考输出功率的差值为各风电场的偏差功率ΔP_n为:

ΔP_n＝P_wind.n-P_ref.n    (2)

其中，P_wind.n为第n个风电场实际输出功率，n＝1,2,…,N，偏差功率反映了风电场输出功率的差异性；

偏差功率所对应的发电量为：

E_n＝∫|ΔP_n|dt    (3)

即为因风能时空分布差异性所对应的风电场发电差异量；

由此可知，风电场群总发电差异量为：

${\mathrm{\ΔE}}_{\mathrm{\Σ}}=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{E}_n=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\∫\left|{\mathrm{\ΔP}}_n\right|\mathrm{dt}=\∫\left(\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\right|{\mathrm{\ΔP}}_n\left|\right)\mathrm{dt}---\left(4\right)$

风电场群总发电量为:

E_Σ＝∫|P_wind.Σ|dt    (5)

故风能时空分布差异性所对应的风电场群总发电差异量占总发电量的份额为：

${\mathrm{\η}}_E=\frac{\mathrm{\Δ}{E}_{\mathrm{\Σ}}}{E_{\mathrm{\Σ}}}=\frac{\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left|{\mathrm{\ΔP}}_n\right|}{\left|P_{\mathrm{wind}.\mathrm{\Σ}}\right|}=\frac{\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left|{\mathrm{\ΔP}}_n\right|}{P_{\mathrm{wind}.\mathrm{\Σ}}}---\left(6\right)$

η_E越大，表明风电场群风能时空分布差异性越大，风电功率汇聚效应显著。

下面结合大规模风电场聚合接入实际工程背景构建了一算例系统，分析风电机组、风电场输出功率差异性，以揭示风电机场输出功率的差异程度。各风电机组、各风电场装机额定容量分别如表1、表2所示。

表1各风电机组额定容量

表2各风电场额定容量

算例1：风电机群输出功率差异性分析。

首先以两台机组差异性为例，某日1号风电机组实际输出功率曲线与参考输出功率曲线如图1所示，某日2号风电机组实际输出功率曲线与参考输出功率曲线如图2所示，将各风电机组的出力P_wind.i与其参考输出功率P_ref.i作差，得到各风电机组的偏差功率ΔP_n如图3、图4所示，对|ΔP_n|进行累加得到风电机组输出功率差异分量绝对值，与总输出功率对比如图5所示，风电机组输出功率差异分量占总输出功率比例如图6所示；

由图6可知，两台风电机组输出功率差异分量占总输出功率平均值为0.177，最大值为1，最小值为0。

30台机组间差异性分析，风电机组输出功率差异分量绝对值与总输出功率对比如图7所示，差异风量占总输出功率比例如图8所示；

由图8可知，30台风电机组输出功率差异分量占总输出功率平均值为0.439，最大值为0.755，最小值为0.103。

57台机组间差异性分析，风电机组输出功率差异分量绝对值与总输出功率对比如图9所示，差异风量占总输出功率比例如图10所示；

由图10可知，57台风电机组输出功率差异分量占总输出功率平均值为0.465，最大值为0.770，最小值为0.152。

当风电机组从2台逐渐汇聚到57台，机群的输出功率差异在总发电量中的占比逐渐增大，即风能时空分布的差异性逐渐增大。

算例2：风电场群输出功率差异性分析。

6个风电场(装机容量495MW)间差异性分析，风电场输出功率差异分量绝对值与总输出功率对比如图11所示，差异风量占总输出功率比例如图12所示；

由图12可知，6个风电场输出功率差异分量占总输出功率平均值为0.450，最大值为0.724，最小值为0.238。

8个风电场(装机容量1194MW)间差异性分析，风电场输出功率差异分量绝对值与总输出功率对比如图13所示，差异风量占总输出功率比例如图14所示；

由图14可知，8个风电场输出功率差异分量占总输出功率平均值为0.478，最大值为0.715，最小值为0.280。

当风电场从495MW逐渐汇聚到1194MW，场群的输出功率差异在总发电量中的占比逐渐增大，即风能时空分布的差异性逐渐增大。

本发明的实施算例仅是对本发明有效性的说明，其所选风电场装机及储能系统容量规模并不构成对专利要求保护范围的限制，本领域内的技术人员可以不经过创造性劳动就能够想到的其它实质上等同的替代，均在本发明保护范围内。

Claims (1)

1.一种风电场群风能时空分布差异性定量评价方法，其特征是，通过计算风能时空分布差异性所对应的风电场群总发电差异量占总发电量的份额，定量刻画风能时空分布差异所对应的风力发电量在总发电量中的占比情况，从能量的角度宏观反映风电场群风能时空分布的差异性，它包括的内容是:

在一个风电场群内，若风况全部相同，那么各风电场输出功率应该相同，即参考输出功率P_ref.n为：

$P_{\mathrm{ref}.n}=P_{\mathrm{wind}.\mathrm{\Σ}}*\frac{P_{R.n}}{P_{R.\mathrm{\Σ}}}---\left(1\right)$

其中，风电场群总发电功率为P_wind.∑，P_R.n为第n个风电场的额定功率，P_R.∑为n个风电场总额定功率，n＝1,2,…,N，

实际上，各风电场的输出功率不尽相同，其实际输出功率与参考输出功率的差值为各风电场的偏差功率ΔP_n为:

ΔP_n＝P_wind.n-P_ref.n    (2)

其中，P_wind.n为第n个风电场实际输出功率，n＝1,2,…,N，偏差功率反映了风电场输出功率的差异性；

偏差功率所对应的发电量为：

E_n＝∫|ΔP_n|dt    (3)

即为因风能时空分布差异性所对应的风电场发电差异量；

由此可知，风电场群总发电差异量为：

$\mathrm{\Δ}{E}_{\mathrm{\Σ}}=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{E}_n=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\∫\left|\mathrm{\Δ}{P}_n\right|\mathrm{dt}=\∫\left(\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\right|\mathrm{\Δ}{P}_n\left|\right)\mathrm{dt}---\left(4\right)$

风电场群总发电量为:

E_∑＝∫|P_wind.∑|dt    (5)

故风能时空分布差异性所对应的风电场群总发电差异量占总发电量的份额为：

${\mathrm{\η}}_E=\frac{{\mathrm{\ΔE}}_{\mathrm{\Σ}}}{E_{\mathrm{\Σ}}}=\frac{\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left|\mathrm{\Δ}{P}_n\right|}{\left|P_{\mathrm{wind}.\mathrm{\Σ}}\right|}=\frac{\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left|{\mathrm{\ΔP}}_n\right|}{P_{\mathrm{wind}.\mathrm{\Σ}}}---\left(6\right)$

η_E越大，表明风电场群风能时空分布差异性越大，风电功率汇聚效应显著。