CN104794259A - 基于测风塔相互验证的风电场上网电量偏差计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于测风塔相互验证的风电场上网电量偏差计算方法，其中步骤一：勘测风电场场区地形资料；步骤二：勘测风电场场区粗糙度；步骤三：测风塔完整有效性分析；步骤四：获取各点实测数据；步骤五：利用步骤一、步骤二得到的风电场场区地形资料数据CON、风电场场区粗糙度数据ROU及其它辅助资料(如机组参数等)，采用Meteodyn WT进行风资源模拟分析；分别采用其中一个测风塔模拟推算其它测风塔风速；步骤六：通过实测数据与推测数据计算偏差值；步骤七：计算测风塔相互验证加权平均误差值，其中权值为各塔的有效完整率，得到整个场区的综合误差，再通过总误差ER计算上网电量误差。

Description

基于测风塔相互验证的风电场上网电量偏差计算方法

技术领域

本发明涉及风电场上网电量折减分析，更具体地说它是一种基于测风塔相互验证的风电场上网电量偏差计算方法。

背景技术

风电场年上网电量的准确估算多少直接关系到风电场的效益水平和风险程度，决定着企业投资方向和投资决策。

风电场年上网电量通常依照《国家发展和改革委员会关于对中国风电发电量折减问题的说明》的方法来计算分析：风电场发电量折减指对影响风电场实际出力的因素进行逐个分析，得出各因素所引起的发电量减少的数值。折减因素包括但不限于风电机组尾流的影响、空气密度、低温等气候条件、控制和湍流、风电机组可利用率、风电场功率曲线保证值、场用电、线损等。

(1)尾流折减

尾流折减是指风电机组间由于相互影响而降低的发电量，反映了风电场风电机组的排列效率，通常采用相关的尾流模型进行分析计算。

(2)空气密度折减 

空气密度折减指用于发电量计算的风电机组功率曲线(平均风速/功率曲线)对应的空气密度与场区实际空气密度不一致时，风电机组受此影响而降低的发电量，视具体情况计算而定。

(3)控制和湍流折减

控制和湍流折减指由于风电机组受风电场内湍流等风况影响而 降低的发电量。其典型折减数值可在5％左右。

(4)叶片污染折减 

叶片污染折减是指由于叶片表面污染，影响了其对风能的捕获能力而降低的发电量，其典型折减数值可在6％以内。

(5)风电机组可利用率折减

风电机组可利用率折减是指由于风电机组本身质量的问题，降低了正常工作时间而减少的发电量。由于国内风电机组整机制造厂商设计运行经验不足，机组技术成熟度较低，制造工艺相对落后，售后服务跟不上等原因，风电机组可利用率常达不到设计值，其典型的折减数值为5％～10％。

(6)风电机组功率曲线保证率折减

风电机组功率曲线保证率折减是指风电机组实际功率曲线达不到设计值，从而降低的发电量。风电机组厂商提供的功率曲线保证率一般为95％，此项折减的典型值为5％。

(7)场用电、线损等折减

场用电、线损等折减指风电机组发出的电力，在集电线路中的损耗和场内自用的损耗，其数值可以根据风电场设计方案估算得出，典型值一般在3％～10％之间，根据风电场实际情况而定。

(8)软件计算误差折减

软件计算误差折减是指由于发电量计算软件对风电场适应性差异，可能造成理论发电量估算的不确定性，需要进行折减，其典型折减数值一般在5％～10％之间。

(9)电网频率波动与限电等折减

电网频率波动与限电等折减指由于电网的频率波动、为保障电网安全而暂时限电等影响，风电场会由于暂时脱网而影响风电场发电量上网，其典型数值一般在3％～5％之间。

(10)大规模风电场尾流折减

大规模风电场尾流折减指由于大规模开发风电场，影响了小区域 内的风况特征，使得风能无法及时得到恢复，从而降低了风电场的整体出力，对于此种影响的分析方法和折减的具体数值，现阶段国内外仍处于探索中。

由于中国地域辽阔，各地区自然条件差异较大，以上折减系数需要根据风电场实际情况进行适当调整。

目前国内风电场的年上网电量采用的综合折减法计算公式如下所示：

AEP_net＝AEP_gross×N_t

N_t＝∑N_i

式中：AEP_net为年上网电量，AEP_gross为年理论发电量，N_t为综合折减系数，N_i为第i个折减因素的折减系数。

利用风资源评估软件计算风电场扣除尾流后的年理论发电，再考虑风电场各种折减因素的影响程度最终确定。风电场年上网电量计算折减因素众多，如尾流、空气密度、叶片污染等。这些影响因素大部分可以依照经验值进行计算分析，而风资源评估软件的计算误差无法通过经验值来合理估算，若风资源评估软件分析误差仅采用常规经验值来分析，带来的误差将影响风电场年上网电量估算的准确度，直接影响着企业对本风电开发项目的投资决策。

复杂地形条件下的风电场，由于风资源评估软件无法准确模拟出场区风能资源分布，由此引起的评估误差更大，造成项目投资的不确定性更大。如何合理确定风资源评估软件引起的误差，准确计算风电场的年上网电量成为风电场投资开发的关键。目前关于风资源评估软件带来的年上网电量偏差没有实际有效的解决办法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种克服现有的风电场的年上网电量综合折减系数中的软件分析误差无法合理确定的基于测风塔相互验证的风电场上网电量偏差计算方法。

本发明是按如下的技术方案实现的：

步骤一：勘测风电场场区地形资料

依据风电场区域地形资料，结合现场各机位实际踏勘，确定各机位地形的情况，再对场区局部复杂地形进行核实，最终调整地形资料的偏差，得到整个风电场场区地形资料数据CON；

步骤二：勘测风电场场区粗糙度

依据风电场场区地理影像资料，分析各机位和场区周边植被、建筑等情况，调整风电场场区地表粗糙因子情况，得到整个风电场场区粗糙度数据ROU；

步骤三：测风塔完整有效性分析

根据测风塔实测数据，结合现场踏勘，分析判断各测风塔的完整有效率；测风塔T_i(其中i＝1:n)的有效完整率为V_i(其中i＝1:n)；测风塔有效完整率的计算方式为：

V_i＝(YCN_i-QCN_i-UVN_i)/YCN_i   (1) 

其中YCN_i(其中i＝1:n)为T_i数据的应测数量；QCN_i(其中i＝1:n)为T_i数据的为缺测数量；UCN_i(其中i＝1:n)为T_i数据的为无效数据数量；

步骤四：获取各点实测数据，测风塔T_i的实测风速为M_i(其中i＝1:n)；

步骤五：利用步骤一、步骤二得到的风电场场区地形资料数据CON、风电场场区粗糙度数据ROU及其它辅助数据(如机组参数等)，采用Meteodyn WT进行风资源模拟分析；分别采用其中一个测风塔模拟推算其它测风塔风速，其中用T_i的风速M_i推测测风塔T_j的推测风速S(i,j)(其中i,j＝n)的计算方式为：

S(i,j)＝Meteodyn WT[M_i,j,CON,ROU，辅助数据]   (2)

步骤六：通过实测数据与推测数据计算计算偏差值，用T_i的风速M_i推测测风塔T_j风速的偏差Ems(i,j)(其中i,j＝n)的计算方式为：

Ems(i,j)＝|(M_j-S(i,j))|/M_i*100％   (3)

步骤七：计算测风塔相互验证加权平均误差值：

计算得到各测风塔间的相互模拟误差后，取各测风塔推算偏差的加权平均误差值，其中权值为各塔的有效完整率V作为对整个场区模拟误差，用以调整风电场年上网电量的计算值；

测风塔相互验证加权平均误差值的详细计算过程如下所示，其中用T_i的实测风速M_i推测数据的误差Er_i(i＝1:n)为各分项误差；ER为测风塔相互验证加权平均得到的综合误差；

其中Er_i的计算方式如下：

Er_i＝(Ems_(i,1)+Ems_(i,2)+…Ems_(i,i-1)+Ems_(i,i+1)…Ems_(i,n))/n-1，i＝1:n   (4)

整个场区的综合误差的计算方式如下：

ER＝(V₁*Er₁+V₂*Er₂+…+V_n*Er_n)/n，i＝1:n   (5)

再通过总误差ER计算上网电量误差。

附图说明

图1为T₁测风塔推算的场区风速分布情况。

图2为T₂测风塔推算的场区风速分布情况。

图3为T₃测风塔推算的场区风速分布情况。

图4为运用软件推测其他测风塔风速流程图。

图5为T₁测风塔模拟其它测风塔的结果。

图6为T₂测风塔模拟其它测风塔的结果。

图7为T₃测风塔模拟其它测风塔的结果。

图8为各测风塔模拟的分项误差值

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步地详细描述，但该实施例不应该理解为对本发明的限制，仅作举例而已，同时通过说明本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。

基于测风塔相互验证的风电场上网电量偏差计算方法，以某风电场为例，该风电场设计安装24台2.0MW风力发电机组，总装机容量48MW，机组轮毂高度80m。风电场的设计年上网电量为8891万kWh，风电场年等效负荷小时数为1852h，容量系数为0.211。

步骤一：风电场场区地形资料(CON)

采用风电场场址内1：10000地形图，现场实测1：2000地形图。各机位详细踏勘，对地形图未能准确表达场区实际地形的区域进行纠偏处理，以保证地形图能基本反映风电场实际情况。

步骤二：风电场场区粗糙度(ROU)

采用风电场场址卫星影像图制作场区的粗糙度文件，由于影像图无法准确表达场区内植被和建筑物的高度，现场实际踏勘确定植被和建筑物高度，修正场区粗糙度文件。

步骤三：测风塔完整有效性分析

整个风电场场区内设立有三个测风塔，分别位于风电场的北部、中部和南部区域，塔编号分别为T₁、T₂和T₃，测风塔风向和风能分布存在一定差异。根据测风塔数据进行分析，判断各测风塔的完整有效性V_i(其中i＝1，2，3)。

V_i＝(YCN_i-QCN_i-UVN_i)/YCN_i   (1) 

其中YCN_i(其中i＝1，2，3)为T_i数据的应测数量；QCN_i(其中i＝1，2，3)为T_i数据的为缺测数量；UCN_i(其中i＝1，2，3)为T_i数据的为无效数据数量；

测风塔有效完整率表

测风塔	有效完整率
		T1	0.971
T2	1.000
		T3	0.908

步骤四：获取各点实测数据，测风塔T_i的实测风速为M_i(其中i＝1，2，3)；

实测测得M₁＝6.48，M₂＝6.52，M₃＝6.29；

步骤五：利用步骤一、步骤二得到的风电场场区地形资料数据CON、风电场场区粗糙度数据ROU及其它辅助数据(如机组参数等)，采用Meteodyn WT进行风资源模拟分析；分别采用其中一个测风塔模拟推算其它测风塔风速，其中用T_i的风速M_i推测测风塔T_j的推测风速S(i,j)(其中i,j＝n)的计算方式为：

S(i,j)＝Meteodyn WT[M_i,j,CON,ROU，辅助数据]   (2)

测风塔相互模拟计算结果如下表：

各测风塔相互模拟的平均风速表

步骤六：通过实测数据与推测数据计算计算偏差值，用T_i的风速M_i推测测风塔T_j风速的偏差Ems(i,j)(其中i,j＝n)的计算方式为：

Ems(i,j)＝|(M_j-S(i,j))|/M_i*100％   (3)

各测风塔间相互模拟计算结果偏差值分别为：

Ems(1,2)＝|6.52-6.840|/6.52＝4.908％

Ems(1,3)＝|6.29-6.510|/6.29＝3.497％

Ems(2,1)＝|6.48-6.579|/6.48＝1.533％

Ems(2,3)＝|6.29-6.348|/6.29＝0.926％

Ems(3,1)＝|6.48-6.630|/6.48＝2.314％

Ems(3,2)＝|6.52-6.590|/6.52＝1.073％

表4 各测风塔相互模拟的误差表

步骤七：计算测风塔相互验证加权平均误差值：

计算得到各测风塔间的相互模拟误差后，取各测风塔推算偏差的加权平均误差值，其中权值为各塔的有效完整率V作为对整个场区模拟误差，用以调整风电场年上网电量的计算值；

测风塔相互验证加权平均误差值的详细计算过程如下所示，其中用T_i的实测风速M_i推测数据的误差Er_i(i＝1:n)为各分项误差；ER为测风塔相互验证加权平均得到的综合误差；

其中Er_i的计算方式如下：

Er_i＝(Ems_(i,1)+Ems_(i,2)+…Ems_(i,i-1)+Ems_(i,i+1)…Ems_(i,n))/n-1，i＝1:n   (4)

整个场区的综合误差的计算方式如下：

ER＝(V₁*Er₁+V₂*Er₂+…+V_n*Er_n)/n，i＝1:n   (5)

再通过总误差ER计算上网电量误差。

现将该风电场数据带入计算结果如下：

Er₁＝Ems_(1,2)+Ems_(1,3)＝(4.908％+3.497％)/2＝4.203％

Er₂＝Ems_(2,1)+Ems_(2,3)＝(1.533％+0.926％)/2＝1.230％

Er₃＝Ems_(3,1)+Ems_(3,2)＝(2.314％+1.073％)/2＝1.230％

表5 测风塔相互验证加权平均误差计算结果表

依照前述步骤(1-4)，计算测风塔相互验证加权平均误差值：

ER＝(V₁*Er₁+V₂*Er₂+…+V_n*Er_n)/n＝(V₁*Er₁+V₂*Er₂+V₃*Er₃)/3 

＝(0.971*4.203％+1.000*1.230％+0.908*1.694％)/3＝2.283％

采用基于测风塔相互验证降低复杂风电场年发电量计算偏差综合计算方法计算的测风塔相互验证加权平均误差值作为整个场区模拟误差，用以调整风电场年上网电量的设计值。通过各测风塔相互推算分析，软件误差为2.283％，用以作为年上网电量软件误差偏差值，其它因素偏差纠正值采用经验值的取值。风电场实际运行满一年后，对比设计计算结果，风电场年上网量偏差仅为1.68％(该风电场实际发电量未考虑第一年机组故障，当年电网接入问题等因素，若考虑影响发电量的情况，实际发电量值与设计值将更加一致)，说明该风电场计算效果非常理想。

需要说明的是：对于所属领域的技术人员来说，在不改变本发明原理的前提下还可以对本发明作出若干的改变或变形，这同样属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.基于测风塔相互验证的风电场上网电量偏差计算方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：勘测风电场场区地形资料

依据风电场区域地形资料，结合现场各机位实际踏勘，确定各机位地形的情况，再对场区局部复杂地形进行核实，最终调整地形资料的偏差，得到整个风电场场区地形资料数据CON；

步骤二：勘测风电场场区粗糙度

依据风电场场区地理影像资料，分析各机位和场区周边植被、建筑等情况，调整风电场场区地表粗糙因子情况，得到整个风电场场区粗糙度数据ROU；

步骤三：测风塔完整有效性分析

根据测风塔实测数据，结合现场踏勘，分析判断各测风塔的完整有效率；测风塔T_i(其中i＝1:n)的有效完整率为V_i(其中i＝1:n)；测风塔有效完整率的计算方式为：

V_i＝(YCN_i-QCN_i-UVN_i)/YCN_i   (1)

其中YCN_i(其中i＝1:n)为T_i数据的应测数量；QCN_i(其中i＝1:n)为T_i数据的为缺测数量；UCN_i(其中i＝1:n)为T_i数据的为无效数据数量；

步骤四：获取各点实测数据，测风塔T_i的实测风速为M_i(其中i＝1:n)；

步骤五：利用步骤一、步骤二得到的风电场场区地形资料数据CON、风电场场区粗糙度数据ROU及辅助数据，采用Meteodyn WT进行风资源模拟分析；分别采用其中一个测风塔模拟推算其它测风塔风速，其中用T_i的风速M_i推测测风塔T_j的推测风速S(i,j)(其中i,j＝n)的计算方式为：

S(i,j)＝Meteodyn WT[M_i,j,CON,ROU，辅助数据]   (2)

步骤六：通过实测数据与推测数据计算计算偏差值，用T_i的风速M_i推测测风塔T_j风速的偏差Ems(i,j)(其中i,j＝n)的计算方式为：

Ems(i,j)＝|(M_j-S(i,j))|/M_i*100％   (3)

步骤七：计算测风塔相互验证加权平均误差值：

计算得到各测风塔间的相互模拟误差后，取各测风塔推算偏差的加权平均误差值，其中权值为各塔的有效完整率V作为对整个场区模拟误差，用以调整风电场年上网电量的计算值；

测风塔相互验证加权平均误差值的详细计算过程如下所示，其中用T_i的实测风速M_i推测数据的误差Er_i(i＝1:n)为各分项误差；ER为测风塔相互验证加权平均得到的综合误差；

其中Er_i的计算方式如下：

Er_i＝(Ems_(i,1)+Ems_(i,2)+…Ems_(i,i-1)+Ems_(i,i+1)…Ems_(i,n))/n-1，i＝1:n   (4)

整个场区的综合误差的计算方式如下：

ER＝(V₁*Er₁+V₂*Er₂+…+V_n*Er_n)/n，i＝1:n   (5)

再通过总误差ER计算上网电量误差。