CN113361840A - 一种风电场内和场外弃风电量的评估方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种风电场内和场外弃风电量的评估方法及系统，所述方法包括：获取统计时段内风电场中所有风电机组在各时刻的运行状态；基于统计时段内风电场中所有风电机组在各时刻的运行状态，获得风电场在对应时刻的理论发电功率和可用发电功率；基于统计时段内所有时刻的理论发电功率和可用发电功率，获得统计时段内风电场的场内弃风电量；基于统计时段内所有时刻的可用发电功率和获取的实际有功功率，获得统计时段内风电场的场外弃风电量。本发明提供的技术方案有效的区分场内和场外的弃风电量。

Description

一种风电场内和场外弃风电量的评估方法及系统
技术领域
本发明涉及新能源发电领域，具体涉及一种风电场内和场外弃风电量的评估方法及系统。
背景技术
近年来全球都在积极的开展新能源发电，以中国为例，截至2019年6月底，全国风电累计装机1.93亿千瓦，根据日后的发展规划，风电装机将进一步增加。风电出力具有随机性和波动性，大规模风电并入电网，需要系统中的其他常规电源灵活调节来平抑波动，以保证电力系统安全稳定运行。富含新能源的地区与负荷密集地区不匹配，容易出现弃风问题，依旧以中国为例，由于风电富集地区主要地处中国西北内陆地区，受气象观测条件和复杂地形地貌影响，风电出力的随机波动性更甚，同时受网架结构和调峰约束的影响，弃风问题严重；另一方面，部分地区电源结构以欠灵活调节的燃煤火电机组为主，难以平抑大规模风电波动对系统运行的影响，致使出现风电限弃现象。
中国某风电场限电后的情况如图1所示，当弃风限电后，所获得的功率数据和发电量数据与实际情况存在偏差，无法反映风电场的真实出力水平，不利于风电调度人员掌握风电场的真实运行状态，从而合理制定风电场出力恢复期间的发电计划。开展风电场理论功率计算方法研究，提供科学准确的风电理论功率和弃风电量，可有效解决因限电弃风而带来的数据不真实问题。利用恢复的理论功率，可分析弃风的合理性，从而提高风电接纳能力。同时，通过风电场理论功率计算的相关研究，可提高风电场功率数据质量，为调度相关专业的研究和生产(如功率预测、调度计划制定)提供良好的基础数据源。因而开展风电场理论功率计算方法研究，提供科学、准确的风电场理论电量，具有十分重要意义。
为了科学的评估弃风电量，目前已提出基于实测气象数据的风电理论功率评估统计和物理模型，但模型在区分场内弃风(由风机机组自身设备检修和故障的原因导致的弃风)和场外弃风(由电网调度机构下达调度指令限电的原因导致的弃风)电量的方面未见公开的成果，而风电场的场内和场外弃风电量评估，可以在弃风电量计算结果的基础上，明确导致弃风的责任方，更进一步的分析弃风原因，从而制定相应的策略来减少弃风，促进风电的消纳。
发明内容
为了解决现有技术中所存在的上述不足，本发明提供一种风电场内和场外弃风电量的评估方法及系统。
本发明提供的一种风电场内和场外弃风电量的评估方法，包括：
获取统计时段内风电场中所有风电机组在各时刻的运行状态；
基于统计时段内风电场中所有风电机组在各时刻的运行状态，获得风电场在对应时刻的理论发电功率和可用发电功率；
基于统计时段内所有时刻的理论发电功率和可用发电功率，获得统计时段内风电场的场内弃风电量；
基于统计时段内所有时刻的可用发电功率和获取的实际有功功率，获得统计时段内风电场的场外弃风电量。
优选的，所述风电机组的运行状态包括：发电状态、停机状态和空状态，其中发电状态包括：正常发电状态、待风状态和受控状态；停机状态包括：检修状态、故障状态。
优选的，所述基于统计时段内风电场中所有风电机组在各时刻的运行状态，获得风电场在对应时刻的理论发电功率和可用发电功率，包括：
基于统计时段内风电机组在各时刻的机头风速获得风电场在对应时刻的理论发电功率；
基于统计时段内风电场中所有风电机组在各时刻的运行状态，获得风电场在对应时刻的可用发电功率。
优选的，所述基于统计时段内风电机组在各时刻的机头风速获得风电场在对应时刻的理论发电功率，包括：
基于风电机组在各时刻的机头风速在风电机组的功率曲线上通过线性插值，计算每台风电机组在对应时刻的理论发电功率；
将所有风电机组在对应时刻的理论发电功率相加，得到风电场在对应时刻的理论发电功率。
优选的，所述基于统计时段内风电场中所有风电机组在各时刻的运行状态，获得风电场在对应时刻的可用发电功率，包括：
获取当风电机组的运行状态为发电状态时所述风电机组的理论发电功率；
获取风电场在各时刻的运行状态为发电状态的风电机组数量；
基于统计时段内各时刻中处于发电状态的风电机组的理论发电功率和风电机组数量，获得风电场在对应时刻的可用发电功率。
优选的，所述风电场在对应时刻的可用发电功率，按下式计算：
Figure BDA0002400730810000031
式中，Pi′为i时刻风电场的可用发电功率，M′为风电机组的运行状态为发电状态的风电机组的台数，pn为风电场中第n台风电机组的运行状态处于发电状态时的理论发电功率。
优选的，所述风电场的场内弃风电量，按下式计算：
Figure BDA0002400730810000032
式中，EI为风电场的场内弃风电量，Pi为i时刻风电场的理论发电功率，Pi′为i时刻风电场的可用发电功率，k为将统计时段按设定的时间间隔划分后的样本数量，Δt为时间分辨率。
优选的，所述风电场的场外弃风电量，按下式计算：
Figure BDA0002400730810000033
式中，EO为风电场的场外弃风电量，Pi′为i时刻风电场的可用发电功率，Pri为i时刻风电场的实际有功功率，k为将统计时段按设定的时间间隔划分后的样本数量，Δt为时间分辨率。
基于同一发明构思，本发明提供的一种风电场内和场外弃风电量的评估系统，包括：
获取模块，用于获取统计时段内风电场中所有风电机组在各时刻的运行状态；
计算发电功率模块，用于基于统计时段内风电场中所有风电机组在各时刻的运行状态，获得风电场在对应时刻的理论发电功率和可用发电功率；
计算场内弃风电量模块，用于基于统计时段内所有时刻的理论发电功率和可用发电功率，获得统计时段内风电场的场内弃风电量；
计算场外弃风电量模块，用于基于统计时段内所有时刻的可用发电功率和获取的实际有功功率，获得统计时段内风电场的场外弃风电量。
优选的，所述风电机组的运行状态包括：发电状态、停机状态和空状态，其中发电状态包括：正常发电状态、待风状态和受控状态；停机状态包括：检修状态、故障状态。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：
本发明提供的技术方案，获取统计时段内风电场中所有风电机组在各时刻的运行状态；基于统计时段内风电场中所有风电机组在各时刻的运行状态，获得风电场在对应时刻的理论发电功率和可用发电功率；基于统计时段内所有时刻的理论发电功率和可用发电功率，获得统计时段内风电场的场内弃风电量；基于统计时段内所有时刻的可用发电功率和获取的实际有功功率，获得统计时段内风电场的场外弃风电量，本发明可有效区分风电场的场内和场外弃风电量，现有技术成果尚无法有效区分。
附图说明
图1为中国某风电场限电后的出力情况示意图；
图2为本发明的一种风电场内和场外弃风电量的评估方法流程图；
图3为本发明的风电机组的功率曲线示意图；
图4为本发明实施例中每台风机不同运行状态下的数据分布示意图；
图5为本发明实施例中每台风机不同运行状态下的电量分布示意图；
图6为本发明实施例中每台风机不同运行状态下的电量占比分布示意图；
图7为本发明实施例中不同运行状态下的弃风电量占比分布示意图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图和实例对本发明的内容做进一步的说明。
实施例1
为了区分场内和场外的弃风电量，如图2所示，本发明提供一种风电场内和场外弃风电量的评估方法，包括：
S1获取统计时段内风电场中所有风电机组在各时刻的运行状态；
S2基于统计时段内风电场中所有风电机组在各时刻的运行状态，获得风电场在对应时刻的理论发电功率和可用发电功率；
S3基于统计时段内所有时刻的理论发电功率和可用发电功率，获得统计时段内风电场的场内弃风电量；
S4基于统计时段内所有时刻的可用发电功率和获取的实际有功功率，获得统计时段内风电场的场外弃风电量。
对上述步骤进行具体解释，S1获取统计时段内风电场中所有风电机组在各时刻的运行状态，包括：
(1)风电机组的运行状态包括：发电状态、停机状态和空状态，其中发电状态包括：正常发电状态、待风状态和受控状态；停机状态包括：检修状态、故障状态。将风电机组运行状态S定义为6种，分别为正常发电状态“0”、待风状态“1”、检修状态“2”、故障状态“3”和受控状态“4”，以及空状态，风电场中每台风电机组逐时刻Δt均记录运行状态。
S2基于统计时段内风电场中所有风电机组在各时刻的运行状态，获得风电场在对应时刻的理论发电功率和可用发电功率，包括：
(2)以风电机组的机头风速为输入数据，基于图3所示的风电机组的功率曲线，通过线性插值，计算每台风电机组在特定时刻的理论发电功率；
然后将全部风电机组的理论发电功率相加，得到风电场在特定时刻的理论发电功率Pi，按如下方式计算：
Figure BDA0002400730810000051
式中，Pi为i时刻风电场的理论发电功率，M为全场风机台数，pm为风电场第m台风电机组的理论发电功率。
风电场理论发电功率指在当前风况下场内所有风机均可正常运行时能够发出的功率，其积分电量为理论发电量。
风电场理论发电功率表征了风电场在对应资源量下的最大出力，但实际运行中，由于风电场运行管理水平以及风电场相关设备性能等问题，风电场无法实现该理论发电水平。实际出力水平低于理论发电水平，定义为风电场可用发电功率。风电场可用发电功率指考虑场内设备故障、缺陷或检修等原因引起受阻后能够发出的功率，其积分电量为可用发电量。
(3)风电场在特定时刻的可用发电功率Pi′，按如下方式计算：
Figure BDA0002400730810000061
式中，Pi′为i时刻风电场的可用发电功率，M′为风电机组运行状态S为0、1和4的风电机组的台数，pn为风电场中第n台运行状态是0、1或4的风电机组的理论发电功率。
S3基于统计时段内所有时刻的理论发电功率和可用发电功率，获得统计时段内风电场的场内弃风电量，包括：
按下式计算风电场场内弃风电量：
Figure BDA0002400730810000062
式中，EI为风电场的场内弃风电量，Pi为i时刻风电场的理论发电功率，Pi′为i时刻风电场的可用发电功率，k为统计时段内样本数量，样本数量是指将统计时段按设定的时间间隔进行划分后的点数，Δt为时间分辨率。
S4基于统计时段内所有时刻的可用发电功率和获取的实际有功功率，获得统计时段内风电场的场外弃风电量，包括：
按下式计算风电场场外弃风电量：
Figure BDA0002400730810000063
式中，EO为风电场的场外弃风电量，Pri为获取的i时刻风电场的实际有功功率，k为统计时段内样本数量，Δt为时间分辨率。
基于本发明可计算得到风电场的弃风电量，通过选取不限电时段对计算结果进行分析，本发明的方法计算精度较高，弃风电量的误差小于1％。
本发明实施例以中国新疆某风电场为对象，该风电场共有48台风电机组，选取时长为1个月的历史数据，基于本发明提出的方法计算该风电场的弃风电量。统计每台风机对应的不同运行状态的数量如图4所示，其中横坐标WTG index表示风力发电机的编号，纵坐标表示处于各运行状态的风机数量，其中空状态是指该时段无状态数据的情况。从图4可以看出，风电机组主要处于自然发电状态和受控状态，但停机状态的数量也较多。如图5所示横坐标WTG index表示风力发电机的编号，纵坐标表示各风机在不同状态下的电量分布，单位为MWH，从图5可以看出，每台风机电量分布主要分布在3部分，正常发电、停机状态和受控状态。如图6所示横坐标WTG index表示风力发电机的编号，纵坐标表示各风机在不同运行状态下的电量占比分布，各台风机不同运行状态下的电量具体占比如表1所示：
表1每台风机不同运行状态下的电量占比
Figure BDA0002400730810000071
Figure BDA0002400730810000081
全场不同状态对应的弃风电量相对理论电量的占比如图7所示，横坐标state表示运行状态，纵坐标表示不同运行状态下的弃风电量占比，图7中不同运行状态下的弃风电量占比如表2所示：
表2不同运行状态下的弃风电量占比
实际电量 state＝0 state＝1 state＝2 state＝3 state＝4 state＝NaN
21.1 0.23 0.68 33.05 3.85 31.20 9.89
通过整场不同状态下的弃风电量占比分布可以看出，本项目所提出的理论功率评估方法计算偏差在0.23％，在此方法计算基础上获得的场外弃风占比为31.2％，同时，场内弃风占比达到36.9％。
实施例2
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种风电场内和场外弃风电量的评估系统，包括：
获取模块，用于获取统计时段内风电场中所有风电机组在各时刻的运行状态；
计算发电功率模块，用于基于统计时段内风电场中所有风电机组在各时刻的运行状态，获得风电场在对应时刻的可用发电功率和理论发电功率；
计算场内弃风电量模块，用于基于统计时段内所有时刻的理论发电功率和可用发电功率，获得统计时段内风电场的场内弃风电量；
计算场外弃风电量模块，用于基于统计时段内所有时刻的可用发电功率和获取的实际有功功率，获得统计时段内风电场的场外弃风电量。
实施例中，所述风电机组的运行状态包括：发电状态、停机状态和空状态，其中发电状态包括：正常发电状态、待风状态和受控状态；停机状态包括：检修状态、故障状态。
实施例中，所述计算发电功率模块，包括：
计算可用发电功率单元，用于基于统计时段内风电场中所有风电机组在各时刻的运行状态，获得风电场在对应时刻的可用发电功率；
计算理论发电功率单元，用于基于统计时段内风电机组在各时刻的机头风速获得风电场在对应时刻的理论发电功率。
实施例中，所述计算可用发电功率单元，具体用于：
获取当风电机组的运行状态为发电状态时所述风电机组的理论发电功率；
获取风电场在各时刻的运行状态为发电状态的风电机组数量；
基于统计时段内各时刻中处于发电状态的风电机组的理论发电功率和风电机组数量，获得风电场在对应时刻的可用发电功率。
实施例中，所述计算理论发电功率单元，具体用于：
基于风电机组在各时刻的机头风速在风电机组的功率曲线上通过线性插值，计算每台风电机组在对应时刻的理论发电功率；
将所有风电机组在对应时刻的理论发电功率相加，得到风电场在对应时刻的理论发电功率。
实施例中，所述风电场的场内弃风电量，按下式计算：
Figure BDA0002400730810000091
式中，EI为风电场的场内弃风电量，Pi为i时刻风电场的理论发电功率，Pi′为i时刻风电场的可用发电功率，k为将统计时段按设定的时间间隔划分后的样本数量，Δt为时间分辨率。
实施例中，所述风电场的场外弃风电量，按下式计算：
Figure BDA0002400730810000101
式中，EO为风电场的场外弃风电量，Pi′为i时刻风电场的可用发电功率，Pri为i时刻风电场的实际有功功率，k为将统计时段按设定的时间间隔划分后的样本数量，Δt为时间分辨率。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种风电场内和场外弃风电量的评估方法，特征在于，包括：
获取统计时段内风电场中所有风电机组在各时刻的运行状态；
基于统计时段内风电场中所有风电机组在各时刻的运行状态，获得风电场在对应时刻的理论发电功率和可用发电功率；
基于统计时段内所有时刻的理论发电功率和可用发电功率，获得统计时段内风电场的场内弃风电量；
基于统计时段内所有时刻的可用发电功率和获取的实际有功功率，获得统计时段内风电场的场外弃风电量。
2.如权利要求1所述的评估方法，其特征在于，所述风电机组的运行状态包括：发电状态、停机状态和空状态，其中发电状态包括：正常发电状态、待风状态和受控状态；停机状态包括：检修状态、故障状态。
3.如权利要求2所述的评估方法，其特征在于，所述基于统计时段内风电场中所有风电机组在各时刻的运行状态，获得风电场在对应时刻的可用发电功率和理论发电功率，包括：
基于统计时段内风电机组在各时刻的机头风速和功率曲线获得风电场在对应时刻的理论发电功率；
基于统计时段内风电场中所有风电机组在各时刻的运行状态，获得风电场在对应时刻的可用发电功率。
4.如权利要求3所述的评估方法，其特征在于，所述基于统计时段内风电机组在各时刻的机头风速获得风电场在对应时刻的理论发电功率，包括：
基于风电机组在各时刻的机头风速在风电机组的功率曲线上通过线性插值，计算每台风电机组在对应时刻的理论发电功率；
将所有风电机组在对应时刻的理论发电功率相加，得到风电场在对应时刻的理论发电功率。
5.如权利要求3所述的评估方法，其特征在于，所述基于统计时段内风电场中所有风电机组在各时刻的运行状态，获得风电场在对应时刻的可用发电功率，包括：
获取当风电机组的运行状态为发电状态时所述风电机组的理论发电功率；
获取风电场在各时刻的运行状态为发电状态的风电机组数量；
基于统计时段内各时刻中处于发电状态的风电机组的理论发电功率和风电机组数量，获得风电场在对应时刻的可用发电功率。
6.如权利要求5所述的评估方法，其特征在于，所述风电场在对应时刻的可用发电功率，按下式计算：
Figure FDA0002400730800000021
式中，Pi′为i时刻风电场的可用发电功率，M′为风电机组的运行状态为发电状态的风电机组的台数，pn为风电场中第n台风电机组的运行状态处于发电状态时的理论发电功率。
7.如权利要求1所述的评估方法，其特征在于，所述风电场的场内弃风电量，按下式计算：
Figure FDA0002400730800000022
式中，EI为风电场的场内弃风电量，Pi为i时刻风电场的理论发电功率，Pi′为i时刻风电场的可用发电功率，k为将统计时段按设定的时间间隔划分后的样本数量，Δt为时间分辨率。
8.如权利要求1所述的评估方法，其特征在于，所述风电场的场外弃风电量，按下式计算：
Figure FDA0002400730800000023
式中，EO为风电场的场外弃风电量，Pi′为i时刻风电场的可用发电功率，Pri为i时刻风电场的实际有功功率，k为将统计时段按设定的时间间隔划分后的样本数量，Δt为时间分辨率。
9.一种风电场内和场外弃风电量的评估系统，特征在于，包括：
获取模块，用于获取统计时段内风电场中所有风电机组在各时刻的运行状态；
计算发电功率模块，用于基于统计时段内风电场中所有风电机组在各时刻的运行状态，获得风电场在对应时刻的理论发电功率和可用发电功率；
计算场内弃风电量模块，用于基于统计时段内所有时刻的理论发电功率和可用发电功率，获得统计时段内风电场的场内弃风电量；
计算场外弃风电量模块，用于基于统计时段内所有时刻的可用发电功率和获取的实际有功功率，获得统计时段内风电场的场外弃风电量。
10.如权利要求9所述的评估系统，其特征在于，所述风电机组的运行状态包括：发电状态、停机状态和空状态，其中发电状态包括：正常发电状态、待风状态和受控状态；停机状态包括：检修状态、故障状态。
CN202010145973.XA 2020-03-05 2020-03-05 一种风电场内和场外弃风电量的评估方法及系统 Pending CN113361840A (zh)

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