CN115935114B - 一种风电场内电网故障损失电量计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风电场内电网故障损失电量计算方法，通过构建风电场内各升压站设备的分闸/合闸事件表，以及对发生分闸/合闸事件的升压站id、升压站设备id、事件类型、事件开始时间、事件结束时间、是否事故、分闸事件类型的逐步判断，可准确地计算出由风电场内电网电气设备故障引起的发电量损失，并可进一步精确计算得到不同电网故障类型的损失电量明细，保障了风电场运维过程中的准确定责和考核，大大提升了风电企业精细化管理能力。

Description

一种风电场内电网故障损失电量计算方法

技术领域

本发明涉及风电能源管理领域，具体涉及一种风电场内电网故障损失电量计算方法。

背景技术

风电能源企业在日常运维和管理过程中，需要及时的统计风电场整体及各台风机的停机损失电量，以针对性的对问题设备进行检修和维护，精确提升风电场发电效能。其中，对于由于电网故障引起的损失电量，目前市面上主要风电企业只能实现粗略的统计计算，即风机由于外接线路电气参数不满足运行条件导致的非计划停机而得到的发电损失，但是无法对电气故障发生的位置进行定位和判定，最基本的无法定位出是外接电网故障还是风场内电网(主要为升压站区域)故障导致的损失，从而会影响风电场的运维管理和考核的准确性。

当前，各风电场一般根据风机提供的状态码来判定风机的状态，并利用该状态结合风机的总损失电量计算得到风机和风场的各种不同状态下的损失电量。目前市面上大多数风机PLC可以给出的风机状态码包括：正常运行、限功率运行、维护停机、手动停机、故障停机、电网故障、通讯无连接等多种类型。其中，可根据电网故障状态码来判定风机由于电网故障导致停机，继而可计算得到电网故障损失电量数据。

但该方案仅能判定风机是否为电网故障停机，不能进一步判定是否由于风电场内电网电气设备故障引发还是由于外接电网电气故障引发，更不能判定内电网电气设备故障是事故跳闸还是非事故跳闸导致，基于此，目前各风电场只能粗略的计算和统计由电网故障引起的风机停机损失电量，不能更精确量化计算出是由于内外电网、哪处设备、哪种原因导致的电网停机损失电量，因此就无法进一步准确定量判定由于电网故障导致的发电损失的责任占比，影响风电企业的绩效精细化管理水平提升。

因此，需要设计一种风电场内电网故障损失电量的计算方法，为风电场精细化运维和管理提供帮助。

现有的风电机组损失电量计算方法中风机处于输变电非计划停机的判定逻辑为：

1.集电线路间隔事故总信号为1；

2.集电线路间隔所接风机全停。

该方案存在以下缺陷：

1.只涉及集电线路事故类型的状态判定，未涉及升压站主变间隔和出线间隔故障的状态判定及其相应的损失电量计算；

2.对于集电线路事故状态的认定策略不完全准确，也可能存在某条集电线路并非所有风机都因电网故障而停机(有的可能为风机自身故障停机，有的可能手动停机维护等)，因此其判定逻辑会可能对部分风机停运状态造成误判，造成电网故障损失电量统计结果扩大化。

发明内容

本发明目的：在于提供一种风电场内电网故障损失电量计算方法，准确计算出由风电场内电网电气设备故障引起的发电量损失，并可进一步精确计算得到不同电网故障类型的损失电量明细，保障风电场运维过程中的准确定责和考核，提升风电企业精细化管理能力。

为实现以上功能，一种风电场内电网故障损失电量计算方法，风电场内主要设备包括升压站、以及各风机，升压站内的各主要电气设备包括升压站出线间隔、升压站进线间隔、主变压器间隔三种类型，各风机所发电能均经过升压站进线间隔、主变压器间隔、升压站出线间隔，送入外接电网；

针对风电场内各设备，执行步骤S1-步骤S2，定义各风机电网故障的明细故障原因，执行步骤S3-步骤S4，确定风机非计划停机时，由电网故障引起的风机停机明细故障原因，执行步骤S5-步骤S6，计算风电场内电网故障总损失电量，并进一步获得不同电网故障类型的风电场内损失电量明细：

步骤S1：根据引起风机非计划停机的历史电网故障类型和历史故障发生位置，定义各风机电网故障的明细故障原因，并分别将各风机电网故障的明细故障原因与预设编码一一对应；

步骤S2：构建各风机分别所对应的映射模型，各风机所对应的映射模型反映与风机相关联各升压站设备的升压站设备信息，包含各升压站设备id、各升压站设备的类型、各升压站设备的有效性；

步骤S3：基于各风机分别所对应的映射模型，分别针对各风机所关联的各升压站设备，构建升压站设备分闸/合闸事件表，当升压站设备产生分闸/合闸信号，对该分闸/合闸信号所产生的升压站设备分闸/合闸事件进行有效性判断，将有效的分闸/合闸事件记入升压站设备分闸/合闸事件表，针对有效的分闸事件，根据发生分闸的时间，进一步判断该分闸事件是否为事故，并以有效的分闸事件的事故判断结果对升压站设备分闸/合闸事件表进行更新；

步骤S4：当风机发生电网故障类型的非计划停机时，基于升压站设备分闸/合闸事件表、以及风机所关联的各升压站设备，在升压站设备分闸/合闸事件表中查询预设时间范围内风机所关联的各升压站设备的分闸事件记录，根据所查询的分闸事件记录，基于预设对应规则，将该分闸事件对应步骤S1所定义的风机电网故障的明细故障原因；

步骤S5：采集各风机预设历史时间范围内正常发电工况下的原始10min平均风速、10min平均有功功率，经预处理后获得各风机实际10min平均风速、10min平均有功功率，并拟合各风机的实际功率曲线，根据各风机的实际功率曲线和目标时间段内10min平均风速，计算各风机在目标时间段内的理论功率及理论发电量；

步骤S6：根据因各升压站设备发生分闸导致各风机发生非计划停机的时间段内的风机理论发电量，计算获得各风机在因升压站设备分闸导致非计划停机所持续时间段内的损失电量，进一步获得风电场内电网故障总损失电量、不同电网故障类型的风电场内损失电量明细。

作为本发明的一种优选技术方案：步骤S1所定义的各风机电网故障的明细故障原因及对应编码包括：外电网故障，对应编码99；升压站出线分闸-事故分闸，对应编码11；升压站出线分闸-非事故分闸，对应编码12；集电线路/升压站进线分闸-事故分闸，对应编码21；集电线路/升压站进线分闸-非事故分闸，对应编码22；升压站主变压器间隔分闸-事故分闸，对应编码31；升压站主变压器间隔分闸-非事故分闸，对应编码32。

作为本发明的一种优选技术方案：步骤S2中所述各升压站设备的有效性包括有效和无效，若升压站设备为常规接线方式，则该升压站设备的有效性记为有效，否则根据具体现场接线方式对应预设规则判定其有效性。

作为本发明的一种优选技术方案：步骤S3的具体步骤如下：

步骤S31：分别针对各风机所关联的各升压站设备，构建升压站设备分闸/合闸事件表，升压站设备分闸/合闸事件表包括升压站id、升压站设备id、事件类型、事件开始时间、事件结束时间、是否事故、分闸事件类型；其中，事件类型包括分闸事件、合闸事件，分闸事件类型对应步骤S1所定义的各风机电网故障的明细故障原因；

步骤S32：当进线间隔或出线间隔产生分闸/合闸信号，则执行步骤S321，当主变压器间隔产生分闸/合闸信号，则执行步骤S322，根据各类型升压站设备的分闸/合闸条件，对分闸/合闸事件进行初步判定：

S321：各进线间隔或出线间隔对应一个断路器设备，若进线间隔或出线间隔的断路器设备产生分闸信号，则该进线间隔或出线间隔发生分闸事件，若进线间隔或出线间隔的断路器设备产生合闸信号，则该进线间隔或出线间隔发生合闸事件；

S322：主变压器间隔根据绕组类型对应两个或三个断路器设备，若主变压器间隔的任意一个断路器设备产生分闸信号，且其他断路器设备均为合闸状态，则该主变压器间隔发生分闸事件；若主变压器间隔的任意一个断路器设备产生合闸信号，且其他断路器设备均为合闸状态，则该主变压器间隔发生合闸事件；

步骤S33：针对各升压站设备所发生的分闸/合闸事件，若升压站设备发生分闸事件，则执行步骤S331，若升压站设备发生合闸事件，则执行步骤S332，对升压站设备的分闸/合闸事件进行有效性判断：

步骤S331：以升压站设备发生分闸事件的时刻为t0，若该升压站设备分闸/合闸事件表中已有的最新的事件类型为分闸事件，则判定t0时刻的分闸事件为无效，将其丢弃，如果最新的事件类型为合闸事件或无记录，则继续下述判断；

若该升压站设备分闸/合闸事件表中无事件类型的记录，则判定t0时刻的分闸事件有效，记入该升压站设备的分闸/合闸事件表；

若该升压站设备分闸/合闸事件表中已有的最新的事件类型为合闸事件，则判定t0时刻的分闸事件有效，记入该升压站设备的分闸/合闸事件表；

步骤S332：以升压站设备发生合闸事件的时刻为t0，若该升压站设备分闸/合闸事件表中已有的最新的事件类型为合闸事件，则判定t0时刻的合闸事件为无效，将其丢弃，如果最新的事件类型为分闸事件或无记录，则继续下述判断；

若该升压站设备分闸/合闸事件表中事件类型无记录，则判定t0时刻的合闸事件有效，记入该升压站设备的分闸/合闸事件表；

若该升压站设备分闸/合闸事件表中已有的最新的事件类型为分闸事件，则判定t0时刻的合闸事件有效，记入该升压站设备的分闸/合闸事件表；

步骤S34：针对有效的分闸事件，判断该分闸事件是否为事故分闸，具体方法如下：实时监测各类升压站设备各事故信号测点值，记发生分闸的时间为t0,若至少一个事故信号由0变为1的时间点出现在时间范围[t0-△t1,t0+△t2)内，则该分闸事件为事故，否则该分闸事件为非事故。

作为本发明的一种优选技术方案：步骤S4的具体方法如下：

当风电场内的风机发生电网故障类型的非计划停机，记其停机开始的时间为T0，在各升压站设备分闸/合闸事件表中查询[T0-△T3，T0]时间段内与该风机关联的三个升压站设备是否存在分闸事件记录，若不存在分闸事件记录，则分闸事件类型对应外电网故障；

若查到与该风机一个或多个关联的升压站设备的分闸事件记录，则将各分闸事件记录按时序排列，以最早出现的分闸事件记录所对应的升压站设备作为引起风机发生非计划停机的判定依据，以该升压站设备的分闸事件的事故判断结果，结合该升压站设备所属类型，对应步骤S1所定义的风机电网故障的明细故障原因。

作为本发明的一种优选技术方案：步骤S5的具体步骤如下：

步骤S51：采集风电场内每个风机预设历史时间范围内的发电数据，发电数据包括各风机状态为正常发电工况下的10min平均风速、10min平均有功功率、风机状态码，以如下方法对各风机的发电数据进行预处理：

针对所采集到的各风机的发电数据进行合理性判定，即对于超过预设范围的发电数据进行丢弃；采用临近估计法对各风机的发电数据进行时间序列对齐；

步骤S52：基于经过预处理后的各风机的发电数据，根据各风机的发电数据中的10min平均风速和10min平均有功功率数据，拟合得到各风机的实际功率曲线P＝f(V)；

步骤S53：分别将各风机的实际10min平均风速值代入该风机所拟合的实际功率曲线P＝f(V)，求得各风机的理论有功功率值P_理论，根据下式计算各风机的理论发电量Q_理论：

Q_理论＝∫P_理论

其中，Q_理论的单位为kWh，P_理论的单位为kW。

作为本发明的一种优选技术方案：步骤S6的具体步骤如下：

步骤S61：针对风电场内所有发生电网故障类型的非计划停机的风机，基于各风机所关联的各升压站设备的风机电网故障的明细故障原因，以及因各升压站设备发生分闸导致各风机发生非计划停机的开始时间、结束时间，构建各风机非计划停机的持续时间段集合{T₁₁i，i＝1...n₁₁}，...，{T₃₂i，i＝1...n₃₂}；

步骤S62：根据因各升压站设备分闸导致各风机发生非计划停机的持续时间段内风机的理论发电量，计算获得各风机在因升压站设备分闸导致非计划停机持续时间段内的不同类型内电网损失电量如下式：

Q_11总损＝∑Q_11总损i＝∑Q_11理论i，i＝1,2...n₁₁；

......

Q_32总损＝∑Q_32总损i＝∑Q_32理论i，i＝1,2...n₃₂；

步骤S63：根据因各升压站设备分闸导致各风机发生非计划停机的持续时间段内的不同类型内电网损失电量，计算风电场内电网故障总损失电量Q_总损如下式：

Q_总损＝∑Qi_总损

其中，i＝11，12，21，22，31，32；

风电场内电网事故总损失电量Q_{总损-事故}如下式：

Q_{总损-事故}＝∑Qi_总损

其中，i＝11，21，31；

风电场内电网非事故总损失电量Q_{总损-非事故}如下式：

Q_{总损-非事故}＝∑Qi_总损

其中，i＝12，22，32。

有益效果：相对于现有技术，本发明的优点包括：

本发明设计了一种风电场内电网故障损失电量计算方法，该方法可准确地计算出由风电场内电网电气设备故障引起的发电量损失，并可进一步精确计算得到不同电网故障类型的损失电量明细，保障风电场运维过程种的准确定责和考核，大大提升风电企业精细化管理能力。

附图说明

图1是根据本发明实施例提供的风电场内电网故障损失电量的计算方法逻辑结构图；

图2是根据本发明实施例提供的典型的风场及所属升压站整体接线拓扑结构示意图；

图3是根据本发明实施例提供的升压站设备分闸事件记录和判定流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明所涉及的术语解释如下：

内电网：风电场归属于风电企业资产范围的电网及相关电气设备整体，包括风电场所有集电线路和升压站。

电气间隔：变电站或升压站中，由一些紧密连接的设备组成的一个完善的电气单元称为一个间隔。

进线间隔：连接风场集电线路进入升压站的开关间隔，包括断路器及其附属的隔离开关、接地开关、CT、PT、避雷器等设备的集合。

出线间隔：连接升压站高压母线和外电网的开关间隔，包括断路器及其附属的隔离开关、接地开关、CT、PT、避雷器等设备的集合。

升压站主变间隔：升压站主变压器本体以及高、低压侧设备间隔，其中高、低压侧设备间隔包含各自的断路器、隔离开关、CT、PT、避雷器等设备。

可引起风机非计划停机的风场内电网电气设备故障主要包括风电场集电线路/升压站进线跳闸、升压站出线跳闸、升压站主变压器间隔跳闸三大类，需要通过采集风场升压站集控系统相应状态量电气信号来协助进行风机状态的判定。本发明即利用风机自身PLC状态码结合升压站集控系统相应的电气信号来确定风机的电网故障状态下的明细故障原因，并基于此结合风机损失电量一起求得风机的内电网故障损失电量，继而进一步汇总得到风场的整体内电网故障损失电量。为此，首先需要找到每一个风机对应的所有能导致其非计划停机的所有升压站电气设备并与之进行匹配关联，从而得到一张所有风机-升压站电气设备的映射表，映射关系N-M。其次，需要实时采集风场升压站集控系统的相应电气信号，实时监测和记录风电场集电线路/升压站进线、升压站出线和升压站主变压器的每一次跳闸停运事件并确定事故属性。最后，对所有风机的每次电网故障停运事件进行查询和分析关联升压站设备的跳闸停运事件，继而综合判定风机的电网故障停运的明细故障原因。完成上述步骤后，结合风机理论发电量计算结果，可计算得到最终的风机内电网故障损失电量。风电场内电网故障损失电量的计算方法逻辑结构图参照图1。

本发明实施例提供的一种风电场内电网故障损失电量计算方法，风电场内主要设备包括升压站、以及各风机，升压站内的各主要电气设备包括升压站出线间隔、升压站进线间隔、主变压器间隔三种类型，各风机所发电能均经过升压站进线间隔、主变压器间隔、升压站出线间隔，送入外接电网；

针对风电场内各设备，执行步骤S1-步骤S2，定义各风机电网故障的明细故障原因，执行步骤S3-步骤S4，确定风机非计划停机时，由电网故障引起的风机停机明细故障原因，执行步骤S5-步骤S6，计算风电场内电网故障总损失电量，并进一步获得不同电网故障类型的风电场内损失电量明细：

步骤S1：根据引起风机非计划停机的历史电网故障类型和历史故障发生位置，定义各风机电网故障的明细故障原因，并分别将各风机电网故障的明细故障原因与预设编码一一对应；

各风机电网故障的明细故障原因与预设编码参照表1：

表1

编码	名称
		99	外电网故障
11	升压站出线跳闸-事故跳闸
		12	升压站出线跳闸-非事故跳闸
21	集电线路/升压站进线跳闸-事故跳闸
		22	集电线路/升压站进线跳闸-非事故跳闸
31	升压站主变压器间隔跳闸-事故跳闸
		32	升压站主变压器间隔跳闸-非事故跳闸

上述风机电网故障明细故障原因定义表为静态表，初始化定义后一般情况不需要改动，后续如有需要也可基于此表进行扩展。

步骤S2：构建各风机所对应的映射模型，各风机分别所对应的映射模型反映与风机相关联各升压站设备的升压站设备信息，包含各升压站设备id、各升压站设备的类型、各升压站设备的有效性；

针对三大类风场内电网电气设备故障类型，可以相对应的对升压站出线间隔、进线间隔、主变压器间隔三类设备的分闸/合闸状态信号和事故信号进行联合判定确认。而每个升压站电气设备跳闸影响的风机范围不尽相同，具体需要根据风电场升压站电气接线和运行逻辑进行判断，因此对于每个升压站设备，需要确定其影响的所有风机明细清单。一个升压站电气设备可对应多达几十个风机，而反过来一个风机一般情况下仅需要对应三个升压站电气设备，因此从实践可行性角度出发，采用确定配置每个风机关联的升压站电气设备的方式实现二者之间的关联映射。

典型的风场及所属升压站整体接线拓扑结构示意图如图2所示，包含了风机、将风机发电引入升压站的各路集电线路(馈线)、连接馈线接入升压站的进线间隔、升压站低压侧母线、升压站主变间隔、升压站高压侧母线、升压站出线间隔等。不同风场的升压站接线可能由于电压等级的不同、风场规模的不同、风场建设批次的不同等因素而导致各自的电气接线拓扑结构也不尽相同，但是无论怎样变化，对于每个风机而言，其所发电能均需要经过升压站进线间隔、主变压器间隔以及升压站出线间隔而进入外接电网。因此，针对每个风机设备，可设计如下映射模型：

Turbine_N——编号为N的风机

Device#1_ID：——#1升压站设备的唯一标识符ID(string类型)

Device#1_Type：——#1升压站设备的类型(int类型)

Device#1_Validity：——#1升压站设备的有效性(int类型)

Device#2_ID：——#2升压站设备的唯一标识符ID(string类型)

Device#2_Type：——#2升压站设备的类型(int类型)

Device#2_Validity：——#2升压站设备的有效性(int类型)

......

Device#N_ID：——#N升压站设备的唯一标识符ID(string类型)

Device#N_Type：——#N升压站设备的类型(int类型)

Device#N_Validity：——#N升压站设备的有效性(int类型)

其中：

(1)N≥3，一般情况下对于常规接线方式的升压站N＝3即可，即一般每个风机可根据上述模型结构结合升压站电气接线图配置关联的3个升压站设备信息。对于某些特殊电气结构的升压站若存在更多的升压站设备当其故障跳闸时可直接造成风机非计划停机，则可继续对该模型结构进行扩展为N＞3。

(2)设N＝3，则该模型中的参数Device#1_Type、Device#2_Type和Device#3_Type的值根据三类升压站设备的类型分别配置10(出线间隔类)、20(进线间隔类)和30(主变压器间隔类)。

(3)该模型中的各设备的有效性(Device_Validity)的值为0(无效)或者1(有效)，其值根据一定的逻辑自动获取。一般对于常规接线方式默认为1，常规接线方式参照图2，但对于部分特殊接线的升压站，可灵活配置一定的逻辑进行判定。举一例说明如下：

若某个升压站有2根低压母线通过分段开关连接，每个分段母线均配有一个主变连接至高压母线，这种情况下接入两根低压母线的所有风机均可关联两个主变压器间隔(一个主线，一个备用)。当分段开关合闸时可判定两个主变压器的Device_Validity的值均为0(注：此时任意一个主变压器间隔故障跳闸均不会影响升压站和风场的正常运行)；当分段开关分闸时，两条母线独立运行，可判定各风机所在低压母线的主变压器(主线)的Device_Validity的值为1，而另一个主变压器(备用)的Device_Validity的值为0，即本实施例中判断升压站设备的有效性的规则为主变压器跳闸时是否对所关联风机的正常运行产生影响，若产生影响，则有效性为1，即有效，否则有效性为0，即无效。

步骤S3：基于各风机分别所对应的映射模型，分别针对各风机所关联的各升压站设备，构建升压站设备分闸/合闸事件表，当升压站设备产生分闸/合闸信号，对该分闸/合闸信号所产生的升压站设备分闸/合闸事件进行有效性判断，将有效的分闸/合闸事件记入升压站设备分闸/合闸事件表，针对有效的分闸事件，根据发生分闸的时间，进一步判断该分闸事件是否为事故，并以有效的分闸事件的事故判断结果对升压站设备分闸/合闸事件表进行更新；

参照图3，步骤S3的具体步骤如下：

步骤S31：分别针对各风机所关联的各升压站设备，构建升压站设备分闸/合闸事件表，升压站设备分闸/合闸事件表包括升压站id、升压站设备id、事件类型、事件开始时间、事件结束时间、是否事故、分闸事件类型；其中，事件类型包括分闸事件、合闸事件，分闸事件类型对应步骤S1所定义的各风机电网故障的明细故障原因；

升压站设备分闸/合闸事件表如下：

升压站id：升压站的唯一标识符ID(string类型)

设备id：升压站设备的唯一标识符ID(string类型)

事件类型：事件发生的类型，包括“分闸”和“合闸”两种(int类型，0：分闸，1：合闸)

开始时间：事件发生的开始时间(datetime类型)

结束时间：事件发生的结束时间(datetime类型)

是否事故：事故判定，包括“是”和“否”两种(int类型，0：否，1：是)

跳闸事件类型：(int类型，对应风机电网故障的明细故障原因)；

步骤S32：当进线间隔或出线间隔产生分闸/合闸信号，则执行步骤S321，当主变压器间隔产生分闸/合闸信号，则执行步骤S322，根据各类型升压站设备的分闸/合闸条件，对分闸/合闸事件进行初步判定：

S321：各进线间隔或出线间隔对应一个断路器设备(或开关设备)，断路器设备拥有测点开状态(如：Status.Open)和关状态(如：Status.Close)，若进线间隔或出线间隔的断路器设备产生分闸信号，即Status.Close＝0或者Status.Open＝1，则该进线间隔或出线间隔发生分闸事件；

若进线间隔或出线间隔的断路器设备产生合闸信号，即Status.Close＝1或者Status.Open＝0，则该进线间隔或出线间隔发生合闸事件；

S322：主变压器间隔根据绕组类型对应两个或三个断路器设备，双绕组类型的主变压器两侧拥有两个唯一匹配的开关/断路器设备，部分三绕组类型的变压器会拥有三个唯一匹配的开关/断路器设备，每个开关/断路器设备拥有测点开状态(如：Status.Open)和关状态(如：Status.Close)，若主变压器间隔的任意一个断路器设备产生分闸信号(Status.Close＝0或者Status.Open＝1)，且其他断路器设备均为合闸状态(Status.Close＝1或Status.Open＝0)，则该主变压器间隔发生分闸事件；

若主变压器间隔的任意一个断路器设备产生合闸信号(Status.Close＝1或者Status.Open＝0)，且其他断路器设备均为合闸状态(Status.Close＝1或Status.Open＝0)，则该主变压器间隔发生合闸事件；

步骤S33：针对各升压站设备所发生的分闸/合闸事件，若升压站设备发生分闸事件，则执行步骤S331，若升压站设备发生合闸事件，则执行步骤S332，对升压站设备的分闸/合闸事件进行有效性判断：

步骤S331：以升压站设备发生分闸事件的时刻为t0，若该升压站设备分闸/合闸事件表中已有的最新的事件类型为分闸事件，则判定t0时刻的分闸事件为无效，将其丢弃，如果最新的事件类型为合闸事件或无记录，则继续下述判断；

若该升压站设备分闸/合闸事件表中无事件类型的记录，则判定t0时刻的分闸事件有效，记入该升压站设备的分闸/合闸事件表；

若该升压站设备分闸/合闸事件表中已有的最新的事件类型为合闸事件，则判定t0时刻的分闸事件有效，记入该升压站设备的分闸/合闸事件表；

步骤S332：以升压站设备发生合闸事件的时刻为t0，若该升压站设备分闸/合闸事件表中已有的最新的事件类型为合闸事件，则判定t0时刻的合闸事件为无效，将其丢弃，如果最新的事件类型为分闸事件或无记录，则继续下述判断；

若该升压站设备分闸/合闸事件表中事件类型无记录，则判定t0时刻的合闸事件有效，记入该升压站设备的分闸/合闸事件表；

若该升压站设备分闸/合闸事件表中已有的最新的事件类型为分闸事件，则判定t0时刻的合闸事件有效，记入该升压站设备的分闸/合闸事件表；

步骤S34：针对有效的分闸事件，判断该分闸事件是否为事故分闸，具体方法如下：实时监测各类升压站设备各事故信号测点值，记发生分闸的时间为t0,若至少一个事故信号由0变为1的时间点出现在时间范围[t0-△t1,t0+△t2)内，则该分闸事件为事故，否则该分闸事件为非事故。其中出线间隔和进线间隔一般可采用主事故信号点，主变压器间隔可采用出线、进线以及本体等多个事故信号点进行联合判断。

步骤S4：当风机发生电网故障类型的非计划停机时，基于升压站设备分闸/合闸事件表、以及风机所关联的各升压站设备，在升压站设备分闸/合闸事件表中查询预设时间范围内风机所关联的各升压站设备的分闸事件记录，根据所查询的分闸事件记录，基于预设对应规则，将该分闸事件对应步骤S1所定义的风机电网故障的明细故障原因；

步骤S4的具体方法如下：

当风电场内的风机发生电网故障类型的非计划停机，记其停机开始的时间为T0，在各升压站设备分闸/合闸事件表中查询[T0-△T3，T0]时间段内与该风机关联的三个升压站设备是否存在分闸事件记录，若不存在分闸事件记录，则分闸事件类型对应外电网故障；

若查到与该风机一个或多个关联的升压站设备的分闸事件记录，则将各分闸事件记录按时序排列，以最早出现的分闸事件记录所对应的升压站设备作为引起风机发生非计划停机的判定依据，以该升压站设备的分闸事件的事故判断结果，结合该升压站设备所属类型，对应步骤S1所定义的风机电网故障的明细故障原因。

考虑到风机PLC上送状态码的滞后性以及升压站分闸/合闸信号产生的较高的时效性，根据风机状态来比对开关分合闸状态需要设定一个提前的时间△T3，其值可进行灵活配置。

步骤S5：采集各风机预设历史时间范围内正常发电工况下的原始10min平均风速、10min平均有功功率，经预处理后获得各风机实际10min平均风速、10min平均有功功率，并拟合各风机的实际功率曲线，根据各风机的实际功率曲线和目标时间段内10min平均风速，计算各风机在目标时间段内的理论功率及理论发电量；

步骤S5的具体步骤如下：

步骤S51：从风场SCADA系统获取风电场内每个风机预设历史时间范围内的发电数据，发电数据包括各风机状态为正常发电工况下的10min平均风速、10min平均有功功率、风机状态码，以如下方法对各风机的发电数据进行预处理：(1)异常值剔除

将采集到的数据进行合理性判定，对于显著超过合理范围的数据进行丢弃，异常判定规则如下：

风机状态码：为空值、乱码、或超出预设合理范围的异常标识符；

10min平均风速(m/s)：小于0或大于80；

10min平均有功功率(kW)：大于120％P额定或小于-30％P额定；其中P额定为风机的额定有功功率；

(2)时间序列对齐

采集到的各个测点的时间戳是各不相同的，需要按照整数分钟时刻进行调整对齐，得到固定间隔时间(例如1min)的整齐的所有数据值。为了简化计算过程，模拟量和开关量的时间对齐计算方法均采用临近估计法。即每个标准时刻的值，采用离其时间最近的历史值进行等效替代。

步骤S52：基于经过预处理后的各风机的发电数据，根据各风机的发电数据中的10min平均风速和10min平均有功功率数据，拟合得到各风机的实际功率曲线P＝f(V)；

步骤S53：分别将各风机的实际10min平均风速值代入该风机所拟合的实际功率曲线P＝f(V)，求得各风机的理论有功功率值P_理论，根据下式计算各风机的理论发电量Q_理论：

Q_理论＝∫P_理论

其中，Q_理论的单位为kWh，P_理论的单位为kW。

步骤S6：根据因各升压站设备发生分闸导致各风机发生非计划停机的时间段内的风机理论发电量，计算获得各风机在因升压站设备分闸导致非计划停机所持续时间段内的损失电量，进一步获得风电场内电网故障总损失电量、不同电网故障类型的风电场内损失电量明细。

步骤S6的具体步骤如下：

步骤S61：针对风电场内所有发生电网故障类型的非计划停机的风机，根据各风机所关联的各升压站设备出现的6种升压站设备故障(编码为11、12、21、22、31、32)原因，以及因各升压站设备发生分闸导致各风机发生非计划停机的开始时间、结束时间，构建各风机分别因6种升压站设备故障分闸导致非计划停机的持续时间段集合{T₁₁i，i＝1...n₁₁}，...，{T₃₂i，i＝1...n₃₂}；

步骤S62：根据因各升压站设备分闸导致各风机发生非计划停机的持续时间段内风机的理论发电量，计算获得各风机在因升压站设备分闸导致非计划停机持续时间段内的不同类型内电网损失电量如下式：

Q_11总损＝∑Q_11总损i＝∑Q_11理论i，i＝1,2...n₁₁；

......

Q_32总损＝∑Q_32总损i＝∑Q_32理论i，i＝1,2...n₃₂；

步骤S63：根据因各升压站设备分闸导致各风机发生非计划停机的持续时间段内的不同类型内电网损失电量，计算风电场内电网故障总损失电量Q_总损如下式：

Q_总损＝∑Qi_总损

其中，i＝11，12，21，22，31，32；

风电场内电网事故总损失电量Q_{总损-事故}如下式：

Q_{总损-事故}＝∑Qi_总损

其中，i＝11，21，31；

风电场内电网非事故总损失电量Q_{总损-非事故}如下式：

Q_{总损-非事故}＝∑Qi_总损

其中，i＝12，22，32。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (7)

1.一种风电场内电网故障损失电量计算方法，其特征在于，风电场内主要设备包括升压站、以及各风机，升压站内的各主要电气设备包括升压站出线间隔、升压站进线间隔、主变压器间隔三种类型，各风机所发电能均经过升压站进线间隔、主变压器间隔、升压站出线间隔，送入外接电网；

针对风电场内各设备，执行步骤S1-步骤S2，定义各风机电网故障的明细故障原因，执行步骤S3-步骤S4，确定风机非计划停机时，由电网故障引起的风机停机明细故障原因，执行步骤S5-步骤S6，计算风电场内电网故障总损失电量，并进一步获得不同电网故障类型的风电场内损失电量明细：

步骤S1：根据引起风机非计划停机的历史电网故障类型和历史故障发生位置，定义各风机电网故障的明细故障原因，并分别将各风机电网故障的明细故障原因与预设编码一一对应；

步骤S2：构建各风机分别所对应的映射模型，各风机所对应的映射模型反映与风机相关联各升压站设备的升压站设备信息，包含各升压站设备id、各升压站设备的类型、各升压站设备的有效性；

步骤S3：基于各风机分别所对应的映射模型，分别针对各风机所关联的各升压站设备，构建升压站设备分闸/合闸事件表，当升压站设备产生分闸/合闸信号，对该分闸/合闸信号所产生的升压站设备分闸/合闸事件进行有效性判断，将有效的分闸/合闸事件记入升压站设备分闸/合闸事件表，针对有效的分闸事件，根据发生分闸的时间，进一步判断该分闸事件是否为事故，并以有效的分闸事件的事故判断结果对升压站设备分闸/合闸事件表进行更新；

步骤S4：当风机发生电网故障类型的非计划停机时，基于升压站设备分闸/合闸事件表、以及风机所关联的各升压站设备，在升压站设备分闸/合闸事件表中查询预设时间范围内风机所关联的各升压站设备的分闸事件记录，根据所查询的分闸事件记录，基于预设对应规则，将该分闸事件对应步骤S1所定义的风机电网故障的明细故障原因；

步骤S5：采集各风机预设历史时间范围内正常发电工况下的原始10min平均风速、10min平均有功功率，经预处理后获得各风机实际10min平均风速、10min平均有功功率，并拟合各风机的实际功率曲线，根据各风机的实际功率曲线和目标时间段内10min平均风速，计算各风机在目标时间段内的理论功率及理论发电量；

步骤S6：根据因各升压站设备发生分闸导致各风机发生非计划停机的时间段内的风机理论发电量，计算获得各风机在因升压站设备分闸导致非计划停机所持续时间段内的损失电量，进一步获得风电场内电网故障总损失电量、不同电网故障类型的风电场内损失电量明细。

2.根据权利要求1所述的一种风电场内电网故障损失电量计算方法，其特征在于，步骤S1所定义的各风机电网故障的明细故障原因及对应编码包括：外电网故障，对应编码99；升压站出线分闸-事故分闸，对应编码11；升压站出线分闸-非事故分闸，对应编码12；集电线路/升压站进线分闸-事故分闸，对应编码21；集电线路/升压站进线分闸-非事故分闸，对应编码22；升压站主变压器间隔分闸-事故分闸，对应编码31；升压站主变压器间隔分闸-非事故分闸，对应编码32。

3.根据权利要求1所述的一种风电场内电网故障损失电量计算方法，其特征在于，步骤S2中所述各升压站设备的有效性包括有效和无效，若升压站设备为常规接线方式，则该升压站设备的有效性记为有效，否则根据具体现场接线方式对应预设规则判定其有效性。

4.根据权利要求1所述的一种风电场内电网故障损失电量计算方法，其特征在于，步骤S3的具体步骤如下：

步骤S31：分别针对各风机所关联的各升压站设备，构建升压站设备分闸/合闸事件表，升压站设备分闸/合闸事件表包括升压站id、升压站设备id、事件类型、事件开始时间、事件结束时间、是否事故、分闸事件类型；其中，事件类型包括分闸事件、合闸事件，分闸事件类型对应步骤S1所定义的各风机电网故障的明细故障原因；

步骤S32：当进线间隔或出线间隔产生分闸/合闸信号，则执行步骤S321，当主变压器间隔产生分闸/合闸信号，则执行步骤S322，根据各类型升压站设备的分闸/合闸条件，对分闸/合闸事件进行初步判定：

S321：各进线间隔或出线间隔对应一个断路器设备，若进线间隔或出线间隔的断路器设备产生分闸信号，则该进线间隔或出线间隔发生分闸事件，若进线间隔或出线间隔的断路器设备产生合闸信号，则该进线间隔或出线间隔发生合闸事件；

S322：主变压器间隔根据绕组类型对应两个或三个断路器设备，若主变压器间隔的任意一个断路器设备产生分闸信号，且其他断路器设备均为合闸状态，则该主变压器间隔发生分闸事件；若主变压器间隔的任意一个断路器设备产生合闸信号，且其他断路器设备均为合闸状态，则该主变压器间隔发生合闸事件；

步骤S33：针对各升压站设备所发生的分闸/合闸事件，若升压站设备发生分闸事件，则执行步骤S331，若升压站设备发生合闸事件，则执行步骤S332，对升压站设备的分闸/合闸事件进行有效性判断：

步骤S331：以升压站设备发生分闸事件的时刻为t0，若该升压站设备分闸/合闸事件表中已有的最新的事件类型为分闸事件，则判定t0时刻的分闸事件为无效，将其丢弃，如果最新的事件类型为合闸事件或无记录，则继续下述判断；

若该升压站设备分闸/合闸事件表中无事件类型的记录，则判定t0时刻的分闸事件有效，记入该升压站设备的分闸/合闸事件表；

若该升压站设备分闸/合闸事件表中已有的最新的事件类型为合闸事件，则判定t0时刻的分闸事件有效，记入该升压站设备的分闸/合闸事件表；

步骤S332：以升压站设备发生合闸事件的时刻为t0，若该升压站设备分闸/合闸事件表中已有的最新的事件类型为合闸事件，则判定t0时刻的合闸事件为无效，将其丢弃，如果最新的事件类型为分闸事件或无记录，则继续下述判断；

若该升压站设备分闸/合闸事件表中事件类型无记录，则判定t0时刻的合闸事件有效，记入该升压站设备的分闸/合闸事件表；

若该升压站设备分闸/合闸事件表中已有的最新的事件类型为分闸事件，则判定t0时刻的合闸事件有效，记入该升压站设备的分闸/合闸事件表；

步骤S34：针对有效的分闸事件，判断该分闸事件是否为事故分闸，具体方法如下：实时监测各类升压站设备各事故信号测点值，记发生分闸的时间为t0,若至少一个事故信号由0变为1的时间点出现在时间范围[t0-△t1,t0+△t2)内，则该分闸事件为事故，否则该分闸事件为非事故。

5.根据权利要求1所述的一种风电场内电网故障损失电量计算方法，其特征在于，步骤S4的具体方法如下：

当风电场内的风机发生电网故障类型的非计划停机，记其停机开始的时间为T0，在各升压站设备分闸/合闸事件表中查询[T0-△T3，T0]时间段内与该风机关联的三个升压站设备是否存在分闸事件记录，若不存在分闸事件记录，则分闸事件类型对应外电网故障；

若查到与该风机一个或多个关联的升压站设备的分闸事件记录，则将各分闸事件记录按时序排列，以最早出现的分闸事件记录所对应的升压站设备作为引起风机发生非计划停机的判定依据，以该升压站设备的分闸事件的事故判断结果，结合该升压站设备所属类型，对应步骤S1所定义的风机电网故障的明细故障原因。

6.根据权利要求1所述的一种风电场内电网故障损失电量计算方法，其特征在于，步骤S5的具体步骤如下：

步骤S51：采集风电场内每个风机预设历史时间范围内的发电数据，发电数据包括各风机状态为正常发电工况下的10min平均风速、10min平均有功功率、风机状态码，以如下方法对各风机的发电数据进行预处理：

针对所采集到的各风机的发电数据进行合理性判定，即对于超过预设范围的发电数据进行丢弃；采用临近估计法对各风机的发电数据进行时间序列对齐；

步骤S52：基于经过预处理后的各风机的发电数据，根据各风机的发电数据中的10min平均风速和10min平均有功功率数据，拟合得到各风机的实际功率曲线P＝f(V)；

步骤S53：分别将各风机的实际10min平均风速值代入该风机所拟合的实际功率曲线P＝f(V)，求得各风机的理论有功功率值P_理论，根据下式计算各风机的理论发电量Q_理论：

Q_理论＝∫P_理论

其中，Q_理论的单位为kWh，P_理论的单位为kW。

7.根据权利要求1所述的一种风电场内电网故障损失电量计算方法，其特征在于，步骤S6的具体步骤如下：

步骤S61：针对风电场内所有发生电网故障类型的非计划停机的风机，基于各风机所关联的各升压站设备的风机电网故障的明细故障原因，以及因各升压站设备发生分闸导致各风机发生非计划停机的开始时间、结束时间，分别构建各风机非计划停机的持续时间段集合{T₁₁i，i＝1...n₁₁}，...，{T₃₂i，i＝1...n₃₂}；

步骤S62：根据因各升压站设备分闸导致各风机发生非计划停机的持续时间段内风机的理论发电量，计算获得在各风机在因升压站设备分闸导致非计划停机所持续时间段内的不同类型内电网损失电量如下式：

Q₁₁总_损＝∑Q₁₁总_损i＝∑Q_11理论i，i＝1,2...n₁₁；

......

Q₃₂总_损＝∑Q₃₂总_损i＝∑Q_32理论i，i＝1,2...n₃₂；

步骤S63：根据因各升压站设备分闸导致各风机发生非计划停机的持续时间段内的不同类型内电网损失电量，计算风电场内电网故障总损失电量Q_总损如下式：

Q^总 _损＝∑Qi^总 _损

其中，i＝11，12，21，22，31，32；

风电场内电网事故总损失电量Q_{总损-事故}如下式：

Q总_损-事故＝∑Qi总_损

其中，i＝11，21，31；

风电场内电网非事故总损失电量Q_{总损-非事故}如下式：

Q^总 _{损-非事故}＝∑Qi^总 _损

其中，i＝12，22，32。