CN108197843B - 一种平坦地形风电出力特性评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种平坦地形风电出力特性评估方法,包括以下步骤:步骤1)选择测风数据;步骤2)对测风数据进行检验及修正;步骤3)对测风数据进行订正;步骤4)计算每个时段的出力;步骤5)计算出力保证率;步骤6)计算累计电量比例;步骤7)得到风电场累计电量特性曲线,对出力特性进行评估。本发明利用平坦地形风电集群测风数据和风电机组功率曲线,利用线性内插算法、专家经验法和试算法计算获得风电场出力过程,再通过矩形法完成累计电量特性曲线的近似积分计算。其关键是选择合理的测风塔数据并在出力过程计算中利用专家经验法和试算法确定功率折减系数。
Description
技术领域
本发明属于风力发电工程设计技术领域,具体涉及一种平坦地形风电出力特性评估方法。
背景技术
风电场出力特性是支持平坦地形风电集中式开发的关键设计参数,直接关系到风电开发容量的确定和多种能源结构配比的确定,是平坦地形风电集中式开发设计阶段的必要内容。但由于平坦地形风电集群占地面积多在百公里量级,且在方案比选阶段还要开展多种测算,采用计算流体力学方法开展计算将耗费海量计算资源和时间,找到一种既能捕捉到风电集群内部大气流动特性又相对简便的风电场出力特性评估方法具有重要工程价值。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的上述技术问题,提供一种平坦地形风电出力特性评估方法。
本发明提供的技术方案如下:
一种平坦地形风电出力特性评估方法,包括以下步骤:
步骤1)选择测风数据:选择测风塔的测量时长大于1年,且具有90%以上的有效数据完整率;
步骤2)对测风数据进行检验及修正;
步骤3)对测风数据进行订正;
步骤4)计算每个时段的出力;
步骤5)计算出力保证率;
步骤6)计算累计电量比例;
步骤7)得到风电场累计电量特性曲线,对出力特性进行评估。
还包括对出力特性进行评估后,确定风电开发容量和多种能源结构配比。
步骤2)对测风数据进行检验及修正,包括对不合理数据进行修正和对1年内的不完整数据进行插补延长。
步骤3)对测风数据进行订正过程为,对测风塔的长系列代表性进行判断,当测风年风速与基准时段平均风速水平偏差超过2%时,将测风数据订正至平均风速水平。
利用步骤3)中得到的测风塔完整一年数据,用下式计算每个时段对应的出力:
步骤5)计算出力保证率的过程为,对步骤4)中得到的每个时段的出力由小到大进行排序,排序后的出力记为Psi,计算各出力值对应的保证率,计算公式为:
步骤6)计算累计电量比例的公式为:
风速为4-10m/s时,功率折减系数为50%,风速不小于15m/s时,功率折减系数为100%,功率折减系数随风速增大而增大。
本发明的有益效果是:
本发明利用平坦地形风电集群测风数据和风电机组功率曲线,利用线性内插算法、专家经验法和试算法计算获得风电场出力过程,再通过矩形法完成累计电量特性曲线的近似积分计算。其关键是选择合理的测风塔数据并在出力过程计算中利用专家经验法和试算法确定出力系数。
下面将做进一步详细说明。
附图说明
图1是风电场出力保证率曲线;
图2是风电场累计电量特性曲线。
具体实施方式
实施例1:
本实施例提供了一种平坦地形风电出力特性评估方法,包括以下步骤:
步骤1)选择测风数据:选择测风塔的测量时长大于1年,且具有90%以上的有效数据完整率;
步骤2)对测风数据进行检验及修正;
步骤3)对测风数据进行订正;
步骤4)计算每个时段的出力;
步骤5)计算出力保证率;
步骤6)计算累计电量比例;
步骤7)得到风电场累计电量特性曲线,对出力特性进行评估。
本实施例提供的平坦地形风电出力特性评估方法,既保证了计算结果能够捕捉到风电场(集群)出力特性的主要特征,又能节约大量的计算资源和时间。
实施例2:
在实施例1的基础上,本实施例提供了一种平坦地形风电出力特性评估方法,还包括对出力特性进行评估后,确定风电开发容量和多种能源结构配比。
在本实施例中,步骤2)对测风数据进行检验及修正,包括对不合理数据进行修正和对1年内的不完整数据进行插补延长。根据现行国家标准《风电场风能资源评估方法》GB/T 18710对测风塔的测风数据进行检验,对不合理数据进行修正,对缺测数据或时长不足1年的数据进行插补延长,得到测风塔完整一年的风速数据系列。
步骤3)对测风数据进行订正过程为,对测风塔的长系列代表性进行判断,当测风年风速与基准时段平均风速水平偏差超过2%时,将测风数据订正至平均风速水平。根据现行国家标准《风电场风能资源评估方法》GB/T18710对所有测风塔的长系列代表性进行判定,判定依据数据可选择参证气象站数据或气象模式再分析资料。
利用步骤3)中得到的测风塔完整一年数据,用下式计算每个时段对应的出力:
根据选定的风电机组功率曲线和平风年风速数据序列,采用专家经验法给定不同风速段功率折减系数初值,并对照设计年上网电量,采用试算法对各风速段功率折减系数进行调整,功率折减系数的取值范围为50-100%,切入风速对应的功率折减系数最小,随风速增大功率折减系数逐渐增大。
若选择多座测风塔时总出力过程为各测风塔出力之和,其中每座测风塔均采用上述方法计算各自的出力。
步骤5)计算出力保证率的过程为,对步骤4)中得到的每个时段的出力由小到大进行排序,排序后的出力记为Psi,计算各出力值对应的保证率,计算公式为:
步骤6)计算累计电量比例的公式为:
其中,风速为4-10m/s时,功率折减系数为50%,风速不小于15m/s时,功率折减系数为100%,功率折减系数随风速增大而增大。
实施例3:
在前述实施例的基础上,本实施例以某风电场为例对本评估方法进行说明。
步骤1,选择测风塔;
该风电场总装机容量为200MW,区域内共有1座70m高测风塔(记为1#测风塔),1#测风塔位于风电场中部,对风电场代表性好,测风塔有效数据完整率大于90%,满足出力评估要求。本次选择1#测风塔2009年实测风速为依据评估风电场出力特性。
步骤2,测风数据的检验及修正;
按照《风电场风能资源评价办法》GB/T 18710-2002的规定对测风塔的实测数据分别进行完整性检验、范围检验、相关性检验和风速变化趋势检验。经检验,1#测风塔2009年应有数据52560条,实有数据52397条,缺测数据163条,不合理数据2027条,有效数据50370条,有效数据完整率为95.83%,需进行插补和修正。
采用临近风电场2#测风塔通过检验的实测数据对1#测风塔缺测数据及不合理数据进行插补修正。经计算,1#测风塔与2#测风塔同期实测数据总体相关方程为Y=0.918X+0.682,相关系数为0.932,相关性较好,采用总体相关进行插补修正后得到1#测风塔2009年52560条逐10min风速数据序列。
步骤3,测风数据的订正
根据参证气象站近30年实测风速资料分析,2009年为大风年,比多年平均风速偏大7.45%,需进行订正。按照现行国家标准《风电场风能资源评价办法》GB/T 18710-2002对1#测风塔2009年实测风速数据进行订正,得到1#测风塔代表年8760条逐小时风速数据序列。
步骤4,出力过程计算
以某厂家3.0MW单机容量的风电机组为例计算出力过程,该机型功率曲线见表1。
表1试算风电机组功率曲线
利用步骤3)中得到的测风塔完整一年数据,用下式计算每个时段对应的出力:
根据该公式带入逐小时风速序列和试算风电机组功率曲线,得到风电场逐小时出力过程序列,累加得到风电场理论发电量为83081.2万kW·h。根据可研阶段评估结论,设计年上网电量为56843.3万kW·h,根据专家经验法给定不同风速段功率折减系数初值,初值及折减后的初算等效功率曲线见表2。
表2不同风速段功率曲线折减系数及初算等效功率曲线表
根据上述公式带入逐小时风速序列和初算等效功率曲线,得到风电场逐小时出力过程序列,累加得到风电场初算等效年上网电量为55590.5万kW·h,比设计年上网电量偏小约2.2%,通过试算进一步调整不同风速段功率折减系数,最终得到风电场等效年上网电量为56932.0万kW·h,与设计年上网电量相比仅偏大0.2%,可代表风电场设计出力过程。
步骤5,计算出力保证率
按照步骤5要求对步骤4计算得到的出力过程序列由小到大进行排序,分别计算各出力对应的保证率。
步骤6,计算累计电量曲线
按照步骤6要求计算风电场不同出力对应的累计电量值。
步骤7,评估获得风电出力特性。
根据步骤4至步骤6计算结论,统计得到风电场出力保证率曲线和风电场累计电量特性曲线,分别见图1和图2。
本发明将利用平坦地形风电集群测风数据和风电机组功率曲线,利用线性内插算法、专家经验法和试算法计算获得风电场出力过程,再通过矩形法完成累计电量特性曲线的近似积分计算。其关键是选择合理的测风塔数据并在出力过程计算中利用专家经验法和试算法确定出力系数(功率折减系数)。
不完整数据进行插补延长以及测风塔的长系列代表性判断均属于现有技术,本实施例没有详细叙述的部分属本行业的公知技术和常用方法,这里不一一叙述。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明,并不构成对本发明的保护范围的限制,凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种平坦地形风电出力特性评估方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1)选择测风数据:选择测风塔的测量时长大于1年,且具有90%以上的有效数据完整率;
步骤2)对测风数据进行检验及修正;
步骤3)对测风数据进行订正;
步骤4)计算每个时段的出力;
步骤5)计算出力保证率:
对步骤4)中得到的每个时段的出力由小到大进行排序,排序后的出力记为Psi,计算各出力值对应的保证率,计算公式为:
步骤6)计算累计电量比例:
步骤7)得到风电场累计电量特性曲线,对出力特性进行评估。
2.根据权利要求1所述的一种平坦地形风电出力特性评估方法,其特征在于:还包括对出力特性进行评估后,确定风电开发容量和多种能源结构配比。
3.根据权利要求1所述的一种平坦地形风电出力特性评估方法,其特征在于:步骤2)对测风数据进行检验及修正,包括对不合理数据进行修正和对1年内的不完整数据进行插补延长。
4.根据权利要求1所述的一种平坦地形风电出力特性评估方法,其特征在于:步骤3)对测风数据进行订正过程为,对测风塔的长系列代表性进行判断,当测风年风速与基准时段平均风速水平偏差超过2%时,将测风数据订正至平均风速水平。
5.根据权利要求1所述的一种平坦地形风电出力特性评估方法,其特征在于:风速为4-10m/s时,功率折减系数为50%,风速不小于15m/s时,功率折减系数为100%,功率折减系数随风速增大而增大。
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