CN105160603A - 基于网架结构分群的大型风力发电集群弃风电量评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于网架结构分群的大型风力发电集群弃风电量评估方法，包括以下步骤：找到电网送出线路的瓶颈值，并选择电网送出线路对应的标杆风电场；计算对应的标杆风电场中每一个标杆风电场的开机容量及理论出力；计算每个风电集群每t分钟的实时开机容量,计算风电集群每t分钟的理论出力；对每个集群判断理论出力是否大于实际出力；判断是否到达统计结束时间，统计所有时间段内所有集群的弃风电量。达到准确、可靠且快速在线计算分析弃风电量的目的。

Description

基于网架结构分群的大型风力发电集群弃风电量评估方法

技术领域

本发明涉及风力发电弃风电量评估领域，具体地，涉及一种基于网架结构分群的大型风力发电集群弃风电量评估方法。

背景技术

风力发电站弃风电量是指受电网传输通道限制、电网调峰需要、电网安全稳定运行需要以及电网设备检修、故障等因素影响，风电场可发而未能发出的电量。

弃风是风力发电规模化发展过程中的一种普遍现象，跟水力发电过程中的弃水类似。大型风力发电基地覆盖面积广，一般包含多个风电场或风电场群，由于电网输送通道送出极限限制、实时负荷平衡及风电场自身设备故障、检修等因素都会导致一定程度的弃风，从而产生弃风电量。正确科学的认识弃风问题并以合理的方式计算分析弃风电量将有助于规模化风电的健康、平稳发展，有助于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及利用水平。

目前，由于弃风问题出现时间并不长，因此国内风电行业尚未对弃风电量的评估算法形成标准，现有对弃风电量计算的方法一般是计算风电场的出力与装机容量的差额，而后对其进行积分得到弃风电量。但对于千万千瓦级风电基地而言，各风电场实际出力的同时率一般较低，因此用这种方法计算一般会造成对弃风电量计算的不准确。

此前，专利201410360595.1提出一种基于机头风速法的风电场理论功率计算方法，此项技术的问题在于风机机头风速计所监测的风速会受到风机叶片的影响，因此此方法评估的理论出力一般带有较大误差。

专利201410362935.4提出一种基于测风塔数据外推法的风电场理论功率计算方法，该方法的不足在于，其一很多风电场没有测风塔覆盖，导致该方法失效；其二有测风塔覆盖的风电场，测风塔传感器要求每年校验一次、每两年更换一次，很少测风塔上的传感器能按期校验更换，准确性难以保障；其三，测风数据外推的时候由于风速受到涡流、湍流等因素的影响，外推精度难以保障。

专利201410705243.5提出一种考虑风向影响的风电场理论功率确定方法，该方法的不足在于需要大量风速、风向和功率数据的积累，在风电高速发展时期，这一类数据的积累往往严重不足，因此该方法具有较大局限性。

专利(201410360594.7)提出基于样板风机法的风电场理论功率计算方法，其不足主要在于，有些电站没有固定的标杆风电机组，或者标杆风电机组运行管理不够规范，存在故障以及标杆风电机组数据上传中断或出错等问题，本发明提出的方法将作为基于标杆风电机组的弃风电量统计方法的有效补充。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种基于网架结构分群的大型风力发电集群弃风电量评估方法，以实现准确、可靠且快速在线计算分析弃风电量的优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于网架结构分群的大型风力发电集群弃风电量评估方法，包括以下步骤：

步骤一：找到电网送出线路的瓶颈值，并选择电网送出线路对应的标杆风电场；

步骤二：计算上述对应的标杆风电场中每一个标杆风电场的开机容量及理论出力，从开始阶段，通过风电场每t分钟上传一次的风力发电实时信息得到标杆风电场的开机容量，计算每一个标杆风电场t分钟内的平均出力系数：

${\stackrel{\‾}{\mathrm{\α}}}_{i,k}=\frac{P_{i,k}}{{\tilde{C}}_{i,k}},i\∈samp$

其中，P_i,k是第i个标杆风电场，第k个时间段的实际出力，是第i个标杆风电场，第k个时间段的开机容量，samp表示标杆风电场的集合，i，k为自然数；

步骤三：计算以上述电网送出线路的瓶颈值为界限的每个风电集群每t分钟的实时开机容量，

$C_{{\mathrm{cluster}}_i,k}=\underset{j\∈{\mathrm{cluster}}_i}{\Σ}{C}_{j,k},$

其中，cluster_i表示第i个风电场集群,C_j是第i个风电场集群中第j个风电场，第k个时间段的开机容量；

步骤四：计算风电集群每t分钟的理论出力：

$T_{i,k}={\stackrel{\‾}{\mathrm{\α}}}_{i,k}\×C_{{\mathrm{cluster}}_i,k};$

步骤五：通过能量管理系统获得风电集群每t分钟的平均实际出力值R_i,k，当理论出力值T_i,k大于平均实际出力值R_i,k时认为出现弃风，因此第i个风电集群、第k个时间段内的弃风电量可以表示为：

$Q_{i,k}=\left\{\begin{array}{cc}(T_{i,k}-R_{i,k})t& if(T_{i,k}>R_{i,k})\\ 0& else\end{array}\right.$

步骤六：判断是否到达统计结束时间，若没有到达统计结束时间，则返回步骤一，若到达终止时间，则进入步骤七；

步骤七：将所有风电集群一定时间段内的弃风电量表示为：

$Q=\underset{k=1}{\overset{w}{\Σ}}\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{Q}_{i,k}$

其中，k＝1是弃风电量统计的开始时刻，k＝w是弃风电量统计的终止时刻，m是风电集群的个数。

优选的，通过风电场每t分钟上传一次的风力发电实时信息得到标杆风电场的开机容量中t取1、3、5、10或15。

优选的，所述电网送出线路的瓶颈值为750KV。

本发明的技术方案具有以下有益效果：

本发明的技术方案，通过各个标杆风电场发电量评估整个风电集群的理论电量，通过与实际电量的比较得到该风电集群对应的弃风电量，达到了准确、快速且可靠在线计算弃风电量的目的，且无需积累大量的风资源监测数据及运行监测数据。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明实施例所述的基于网架结构分群的大型风力发电集群弃风电量评估方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

以甘肃电网为例，目前风电送出瓶颈是在750kV送出线路层面，因此通一个750kV变电站下面的风电场受送出通道容量限制是相似的，并且根据现行的运行方式，同一750kV送出线路下面的风电场受限电量比例一致，因此可以以750kV变电站为界限进行分群，分别计算各个集群的弃风电量，而后计算整个风电发电基地的弃风电量。

如图1所示，一种基于网架结构分群的大型风力发电集群弃风电量评估方法，包括以下步骤：

步骤一：找到送出线路瓶颈，并选择对应的标杆风电场。以甘肃为例，750kV线路为风电送出瓶颈，则以750kV变电站为界限，每个750kV变电站下面选择一个风电场作为标杆风电场，标杆风电场的发电量不受限制。这样每个电站都可以找到一个与之同一组的标杆风电场，即与它在同一个7500kV变电站下面的标杆风电场，送出线路瓶颈可以根据实际的电网进行选择。

表1、为酒泉新能源基地部分风电场列表：

表1为酒泉新能源基地部分风电场，根据接入的750kV变电站，将表1中风电场分为两个集群，分别标记为集群1和集群2。

步骤二：计算每一个标杆风电场的开机容量及理论出力。从开始阶段，通过风电场每t分钟(本例中t＝5)上传一次的风力发电实时信息得到标杆风电场的开机容量。计算每一个标杆风电场t分钟内的平均出力系数：

${\stackrel{\‾}{\mathrm{\α}}}_{i,k}=\frac{P_{i,k}}{{\tilde{C}}_{i,k}},i\∈samp$

其中，P_i,k是第i个标杆风电场，第k个时间段的实际出力，是第i个标杆风电场，第k个时间段的开机容量，samp表示标杆风电场的集合，i，k为自然数；

表2、选定的标杆风电场参数列表：

步骤三：计算以750kV变电站为界限的每个风电集群每t分钟的实时开机容量

$C_{{\mathrm{cluster}}_i,k}=\underset{j\∈{\mathrm{cluster}}_i}{\Σ}{C}_{j,k},$

其中，cluster_i表示第i个风电场集群,C_j是第i个风电场集群中第j个风电场，第k个时间段的开机容量；

当风电场开机容量上传出现故障或者中断时，采用前一时刻的风电场开机容量进行代替。

表3、两个标杆风电场的装机容量和开机容量列表：

集群	装机容量(MW)	开机容量(MW)
			集群1	1098	860
集群2	1820.5	1590

步骤四：计算该风电集群每t分钟的理论出力：

$T_{i,k}={\stackrel{\‾}{\mathrm{\α}}}_{i,k}\×C_{{\mathrm{cluster}}_i,k};$

表4、两个标杆风电场的理论出力表：

集群	开机容量(MW)	理论出力(MW)
			集群1	860	636.4
集群2	1590	1272

步骤五：通过能量管理系统获得风电集群每t分钟的平均实际出力值R_i,k，当理论出力值T_i,k大于平均实际出力值R_i,k时认为出现弃风，因此第i个风电集群、第k个时间段内的弃风电量可以表示为：

$Q_{i,k}=\left\{\begin{array}{cc}(T_{i,k}-R_{i,k})t& if(T_{i,k}>R_{i,k})\\ 0& e1se\end{array}\right.$

表5、两个标杆风电场的平均出力和弃风电量表：

集群	理论出力(MW)	平均实际出力(MW)	弃风电量(MWh)
				集群1	636.4	540.4	8
集群2	1272	869	33.58

步骤六：判断是否到达统计结束时间，若没有到达统计结束时间，则返回步骤一，若到达终止时间，则进入步骤七。

步骤七：因此整个风电集群一定时间段内的弃风电量表示为：

$Q=\underset{k=1}{\overset{w}{\Σ}}\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{Q}_{i,k}$

其中，k＝1是弃风电量统计的开始时刻，k＝1440是弃风电量统计的终止时刻，m是风电集群的个数。

风电场单场容量以MW为单位，弃风电量的单位为MWh。

根据计算，两个风电集群一天的弃风电量为1641MWh。

当风电集群出力受限时，标杆电站不参与负荷受限调整，始终保持正常发电状态；当标杆风电场需要停机时，则将该电站从标杆风电场集合中剔除，通过其余标杆风电场的弃风电量，计算整个集群的弃风电量。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于网架结构分群的大型风力发电集群弃风电量评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：找到电网送出线路的瓶颈值，并选择电网送出线路对应的标杆风电场；

步骤二：计算上述对应的标杆风电场中每一个标杆风电场的开机容量及理论出力，从开始阶段，通过风电场每t分钟上传一次的风力发电实时信息得到标杆风电场的开机容量，计算每一个标杆风电场t分钟内的平均出力系数：

${\stackrel{\‾}{\mathrm{\α}}}_{i,k}=\frac{P_{i,k}}{{\tilde{C}}_{i,k}},i\∈samp$

其中，P_i,k是第i个标杆风电场，第k个时间段的实际出力，是第i个标杆风电场，第k个时间段的开机容量，samp表示标杆风电场的集合，i，k为自然数；

步骤三：计算以上述电网送出线路的瓶颈值为界限的每个风电集群每t分钟的实时开机容量，

$C_{{\mathrm{cluster}}_i,k}=\underset{j\∈{\mathrm{cluster}}_i}{\Σ}{C}_{j,k},$

其中，cluster_i表示第i个风电场集群,C_j是第i个风电场集群中第j个风电场，第k个时间段的开机容量；

步骤四：计算风电集群每t分钟的理论出力：

$T_{i,k}={\stackrel{\‾}{\mathrm{\α}}}_{i,k}\×C_{{\mathrm{cluster}}_i,k};$

步骤五：通过能量管理系统获得风电集群每t分钟的平均实际出力值R_i,k，当理论出力值T_i,k大于平均实际出力值R_i,k时认为出现弃风，因此第i个风电集群、第k个时间段内的弃风电量可以表示为：

$Q_{i,k}=\left\{\begin{array}{cc}(T_{i,k}-R_{i,k})t& if(T_{i,k}>R_{i,k})\\ 0& else\end{array}\right.$

步骤六：判断是否到达统计结束时间，若没有到达统计结束时间，则返回步骤一，若到达终止时间，则进入步骤七；

步骤七：将所有风电集群一定时间段内的弃风电量表示为：

$Q=\underset{k=1}{\overset{w}{\Σ}}\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{Q}_{i,k}$

其中，k＝1是弃风电量统计的开始时刻，k＝w是弃风电量统计的终止时刻，m是风电集群的个数。

2.根据权利要求1所述的基于网架结构分群的大型风力发电集群弃风电量评估方法，其特征在于，通过风电场每t分钟上传一次的风力发电实时信息得到标杆风电场的开机容量中t取1、3、5、10或15。

3.根据权利要求1所述的基于网架结构分群的大型风力发电集群弃风电量评估方法，其特征在于，所述电网送出线路的瓶颈值为750KV。