CN114781143A - 一种风电场发电量监测预警评估方法与系统 - Google Patents

一种风电场发电量监测预警评估方法与系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种风电场发电量监测预警评估方法，包括以下步骤：S1:收集数据；S2:计算风电场发电量预警比例系数、风功率密度比例系数、风电场的实际发电量、损失电量、预估年发电量、预估年平均风速、预估年发电量考核值和年发电量完成系数；S3:比较年发电量完成系数和预警等级关系。本发明的有益效果是：能考核风电场的年发电量并进行预警。

Description

一种风电场发电量监测预警评估方法与系统
技术领域
本发明属于风力预警评估领域，涉及一种风电场发电量监测预警评估方法与系统。
背景技术
风电场的发电量是风电场运营的重要指标之一，而风电场的实际发电量受风电场实际风资源的影响密切，风能是随机变化的，无法预估，使得发电量指标的评估存在难度。风资源存在年季变化，及时发现发电量不及预期并提前介入在风电场运营中显得尤其重要。
目前，行业内现行的发电量相关问题一般都关注在单台机组上，很少以风电场整场发电量为研究对象。尤其随着平价上网政策的推行，如何在平价的大环境下，实时监测发电量，诊断电量损失，及时优化，提高风电场运营效率，实现风电场全生命周期产能最大化。
例如，一种在中国专利文献上公开的“风力发电机组联轴器打滑预警装置、风力发电机及预警方法”，其公告号：CN110174264A，其申请日：2019年06月14日，该发明通过计算标准时间段内打滑角度变化率，判断风机是否真实打滑，用以防止信号干扰及脉冲丢失引起的误报，但是不能考核风电场的年发电量、不能触发发电量预警。
发明内容
针对现有技术不能考核风电场的年发电量、不能触发发电量预警的不足，本发明提出了一种风电场发电量监测预警评估方法与系统，能考核风电场的年发电量并进行预警。
以下是本发明的技术方案，一种风电场发电量监测预警评估方法，包括以下步骤：
S1:收集数据；
S2:计算风电场发电量预警比例系数、风功率密度比例系数、风电场的实际发电量、损失电量、预估年发电量、预估年平均风速、预估年发电量考核值和年发电量完成系数；
S3:比较所述年发电量完成系数和预警等级关系。
本方案中，根据收集的数据，计算风电场发电量预警比例系数、风功率密度比例系数、风电场的实际发电量、损失电量、预估年发电量、预估年平均风速、预估年发电量考核值和年发电量完成系数，与年发电量完成系数和预警等级进行对比，从而考核年风电场的年发电量并进行预警。
作为优选，步骤S2中，所述发电量预警比例系数和风功率密度比例系数的计算方法，包括以下步骤：
S21:统计各月的平均空气密度、平均湍流强度和平均风速；
S22:获取风电场的实际机型配置及机组曲线，计算发电量；
S23:计算发电量预警比例系数和风功率密度比例系数。
本方案中，统计各月的平均空气密度、平均湍流强度和平均风速，获取风电场的实际机型配置及机组曲线，计算发电量，从而计算发电量预警比例系数和风功率密度比例系数。
作为优选，步骤S21中，所述平均空气密度、平均湍流强度和平均风速的计算公式如下：
Figure BDA0003590046360000021
Figure BDA0003590046360000022
Figure BDA0003590046360000023
上式中，mm为月份，mm的取值范围为1～12，tii,vi,ρi分别为湍流强度、平均风速、空气密度的10min测量数据；n为数据点数，TIavg,mm，Vavg,mm，ρavg,mm分别为风电场湍流强度、平均风速和空气密度的月度平均值；
根据计算得到的Vavg,mm，构造威布尔风频分布：
Figure BDA0003590046360000024
上式中，f(v)是风速的瑞利累积概率分布函数，v为风速，Vavg,mm为月平均风速。
本方案中，构建威布尔风频分布，计算平均空气密度、平均湍流强度和平均风速，提高计算结果准确性。
作为优选，步骤S22中，所述发电量的计算公式如下：
Figure BDA0003590046360000025
上式中，AEPth,mm为理论发电量，Nh为mm月份总计小时数，N为区间数，vi为第i个风速区间，Pi为第i个风速区间对应的功率。
作为优选，步骤S23中，所述发电量预警比例系数和风功率密度比例系数的计算公式如下：
Figure BDA0003590046360000031
Figure BDA0003590046360000032
上式中，i为考核年中的月份，取值为1-12，f(λmm)为mm月的发电量预警比例系数，f(δmm)为mm月风功率密度比例系数。
作为优选，步骤S2中，所述实际发电量的计算方法为：计算风电场实际上网电量与非机组原因损失电量的和；
所述损失电量的计算方法为：计算风电场各机组在的实际出力性能与理论出力性能差值；
所述年发电量完成系数的计算方法为：计算当前考核年风电场的年发电量考核值与预估年发电量的比值。
本方案中，明确实际发电量、损失电量和年发电量完成系数的计算方法，提高方法适用性。
作为优选，步骤S3中，比较所述年发电量完成系数和预警等级关系的步骤如下：
S31:设置预警等级；
S32:比较所述年发电量完成系数和预警等级关系，若所述年发电量完成系数达到预警等级，输出电量监测预警单；否则，不输出电量监测预警单。
本方案中，通过比较年发电量完成系数和预警等级关系，判断是否达到预警等级，若年发电量完成系数达到预警等级，输出电量监测预警单；否则，不输出电量监测预警单，通过严谨的数字对比进行直观预警，提高适用性。
作为优选，风电场发电量监测预警评估是以年为评估周期，以月为预警周期。
作为优选，一种风电场发电量监测预警评估系统，包括：
采集模块：用于采集实际风速、功率和机组状态等实际运行数据，采集风电场的前期风资源设计参数，采集风电场的实际机型配置和机组曲线；
计算模块：用于根据所述采集模块采集的数据，计算发电量预警比例系数、风功率密度比例系数、实际发电量、损失电量、预估年发电量、预估年平均风速、预估年发电量考核值和年发电量完成系数，与所述采集模块连接；
判断模块：用于预设预警等级，比较所述年发电量完成系数和预警等级关系，与所述计算模块连接；
输出模块：用于输出预警单，与所述判断模块连接。
本发明的有益效果是：能考核风电场的年发电量并进行预警。
附图说明
图1本发明提供的一种风电场发电量监测预警评估方法的流程图。
图2本发明提供的一种风电场发电量监测预警评估系统的示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：如图1所示，一种风电场发电量监测预警评估方法，包括以下步骤：
步骤1：获取风电场前期设计数据及实际机型配置；
步骤2：计算风电场发电量的预警比例系数和风功率密度比例系数，以单台机组为评估对象，实时在线计算风电场的实际发电量、损失电量、预估年发电量、预估年平均风速、预估年发电量考核值和年发电量完成系数；
步骤3：根据年发电量完成系数判断风电场当前考核年发电量是否触发电量预警；
步骤4：基于风电场的实际运行数据对风电场发电量的预警比例系数进行优化，实现风电场发电量监测预警评估定制化。
发电量预警比例系数和风功率密度比例系数的计算，包括以下步骤：
步骤21：获取风电场的前期风资源设计参数数据，按月统计各月的平均空气密度、平均湍流强度和平均风速，如下式：
Figure BDA0003590046360000041
Figure BDA0003590046360000042
Figure BDA0003590046360000043
上式中，mm为月份，mm的取值范围为1～12，tii,vi,ρi分别为湍流强度、平均风速、空气密度的10min测量数据；n为数据点数，TIavg,mm，Vavg,mm，ρavg,mm分别为风电场湍流强度、平均风速和空气密度的月度平均值。
步骤22：根据计算得到的Vavg,mm，构造威布尔风频分布：
Figure BDA0003590046360000051
上式中，f(v)是风速的瑞利累积概率分布函数，v为风速，Vavg,mm为月平均风速。
步骤23：获取风电场的实际机型配置及机组曲线，包括不同空气密度和湍流强度下的风电机组的理论曲线，参考TIavg,mm，ρavg,mm，选择风电场机型理论风速-功率曲线，并计算理论电量AEPth,mm，如下式，
Figure BDA0003590046360000052
上式中，AEPth,mm为理论发电量，Nh为mm月份总计小时数，N为区间数，vi为第i个风速区间，Pi为第i个风速区间对应的功率。
步骤24：计算发电量预警比例系数，如下：
Figure BDA0003590046360000053
上式中，i为考核年中的月份，取值为1-12，f(λmm)为mm月的发电量预警比例系数；
计算风功率密度比例系数，如下：
Figure BDA0003590046360000054
上式中，i为考核年中的月份，取值为1-12，f(δmm)为mm月风功率密度比例系数。
实际发电量的计算方法为：计算风电场实际上网电量与非机组原因损失电量的和。
损失电量的计算方法为：计算风电场各机组在的实际出力性能与理论出力性能差值。也可采用选取可代表风电场平均水平的某几台机组或者风电场全场平均水平作为当前机组的理论出力，从而计算当前风况条件下机组的理论出力与实际出力的差值。
损失电量的分类划分为受累损失、天气原因、技术待命、指令停机、限电损失、故障损失共计6大类。
根据评估周期内风电场的实际发电量，估算风电场当前考核年预估年发电量。
根据评估周期内风电场的实际风况和风电场的风功率密度比例系数，估算风电场当前考核年风电场场区内的预估年平均风速，并结合风电场机型配置，计算风电场当前考核年的预估发电量考核值。
年发电量完成系数的计算方法为：计算当前考核年风电场的年发电量考核值与预估年发电量的比值。
风电场发电量监测预警等级是基于年发电量完成系数进行划分的，预警等级划分是预先设置的，自动判断是否触发电量监测预警单。
风电场发电量监测预警评估是以年为评估周期，对运行不满年的风电场的预估年发电量、预估年考核电量进行估算。发电量监测预警以月为预警周期。
如图2所示，一种风电场发电量监测预警评估系统，包括采集模块，计算模块，判断模块和输出模块。
采集模块：采集实际风速、功率及机组状态等实际运行数据；采集风电场的前期风资源设计参数(空气密度、湍流强度、平均风速和场区内代表性测风塔的测风数据)；采集风电场的实际机型配置和机组曲线，包括不同空气密度及湍流强度下的风电机组的理论曲线。
计算模块：计算发电量预警比例系数、风功率密度比例系数、实际发电量、损失电量、预估年发电量、预估年平均风速、预估年发电量考核值和年发电量完成系数。
判断模块：设置预警等级，比较年发电量完成系数和预警等级关系，若年发电量完成系数达到预警等级，则输出模块输出电量监测预警单；否则，输出模块不输出电量监测预警单。
输出模块：将结果以预警单的形式输出。
实际运行数据的风电场发电量预警比例的优化，不仅反映了风电场的实际风资源情况及机型排布所产生的尾流影响，在一定程度上也涵盖了机组自身发电能力。完成优化后，该系数将更符合风电场的实际情况，且该算法在一定程度上考虑了风电场风资源的年季变化影响，从而使得算法准确性更高。
基于风电场实际运行情况提前预估每个考核年风电场的年发电量及发电量考核值，并根据发电量完成比例触发发电量预警。基于预警结果，提前发现风电场发电量的潜在空间和可提升空间，进而指导风电场运营者提前介入和针对性优化，进而实现风电场产能最大化。

Claims (9)

1.一种风电场发电量监测预警评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1:收集数据；
S2:计算风电场发电量预警比例系数、风功率密度比例系数、风电场的实际发电量、损失电量、预估年发电量、预估年平均风速、预估年发电量考核值和年发电量完成系数；
S3:比较所述年发电量完成系数和预警等级关系。
2.根据权利要求1所述的一种风电场发电量监测预警评估方法，其特征在于，
步骤S2中，所述发电量预警比例系数和风功率密度比例系数的计算方法，包括以下步骤：
S21:统计各月的平均空气密度、平均湍流强度和平均风速；
S22:获取风电场的实际机型配置及机组曲线，计算发电量；
S23:计算发电量预警比例系数和风功率密度比例系数。
3.根据权利要求2所述的一种风电场发电量监测预警评估方法，其特征在于，
步骤S21中，所述平均空气密度、平均湍流强度和平均风速的计算公式如下：
Figure FDA0003590046350000011
Figure FDA0003590046350000012
Figure FDA0003590046350000013
上式中，mm为月份，mm的取值范围为1～12，tii,vi,ρi分别为湍流强度、平均风速、空气密度的10min测量数据；n为数据点数，TIavg,mm，Vavg,mm，ρavg,mm分别为风电场湍流强度、平均风速和空气密度的月度平均值；
根据计算得到的Vavg,mm，构造威布尔风频分布：
Figure FDA0003590046350000014
上式中，f(v)是风速的瑞利累积概率分布函数，v为风速，Vavg,mm为月平均风速。
4.根据权利要求2所述的一种风电场发电量监测预警评估方法，其特征在于，
步骤S22中，所述发电量的计算公式如下：
Figure FDA0003590046350000021
上式中，AEPth,mm为理论发电量，Nh为mm月份总计小时数，N为区间数，vi为第i个风速区间，Pi为第i个风速区间对应的功率。
5.根据权利要求2所述的一种风电场发电量监测预警评估方法，其特征在于，
步骤S23中，所述发电量预警比例系数和风功率密度比例系数的计算公式如下：
Figure FDA0003590046350000022
Figure FDA0003590046350000023
上式中，i为考核年中的月份，取值为1-12，f(λmm)为mm月的发电量预警比例系数，f(δmm)为mm月风功率密度比例系数。
6.根据权利要求1所述的一种风电场发电量监测预警评估方法，其特征在于，
步骤S2中，所述实际发电量的计算方法为：计算风电场实际上网电量与非机组原因损失电量的和；
所述损失电量的计算方法为：计算风电场各机组在的实际出力性能与理论出力性能差值；
所述年发电量完成系数的计算方法为：计算当前考核年风电场的年发电量考核值与预估年发电量的比值。
7.根据权利要求6所述的一种风电场发电量监测预警评估方法，其特征在于，
步骤S3中，比较所述年发电量完成系数和预警等级关系的步骤如下：
S31:设置预警等级；
S32:比较所述年发电量完成系数和预警等级关系，若所述年发电量完成系数达到预警等级，输出电量监测预警单；否则，不输出电量监测预警单。
8.根据权利要求1所述的一种风电场发电量监测预警评估方法，其特征在于，风电场发电量监测预警评估是以年为评估周期，以月为预警周期。
9.一种风电场发电量监测预警评估系统，适用于权利要求1-8中任一项所述的一种风电场发电量监测预警评估方法，其特征在于，包括：
采集模块：用于采集实际风速、功率和机组状态等实际运行数据，采集风电场的前期风资源设计参数，采集风电场的实际机型配置和机组曲线；
计算模块：用于根据所述采集模块采集的数据，计算发电量预警比例系数、风功率密度比例系数、实际发电量、损失电量、预估年发电量、预估年平均风速、预估年发电量考核值和年发电量完成系数，与所述采集模块连接；
判断模块：用于预设预警等级，比较所述年发电量完成系数和预警等级关系，与所述计算模块连接；
输出模块：用于输出预警单，与所述判断模块连接。
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