本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種風(fēng)電場出力特性評估方法。

背景技術(shù)：

風(fēng)電場出力特性是指當(dāng)前風(fēng)電場的風(fēng)力發(fā)電機組發(fā)出的電功率，通常為當(dāng)前風(fēng)電場向電網(wǎng)輸送的有功功率。通過獲取風(fēng)電場并網(wǎng)運行以后的風(fēng)能資源數(shù)據(jù)，對風(fēng)電場中單個風(fēng)電機組或全場風(fēng)電機組出力特性進行評估，為風(fēng)電場效益分析、風(fēng)電場調(diào)度項目等提供參考依據(jù)。

現(xiàn)有風(fēng)電場出力特性評估方法主要適用于平坦地形的風(fēng)電場，在平坦地形的風(fēng)電場，由于機組是成片區(qū)的布置，所以塔影效應(yīng)或尾流干擾是在估算風(fēng)電機組出力特性時的需要考慮的主要因素。在估算風(fēng)電機組出力特性時，通?；趩吸c測風(fēng)塔得到的風(fēng)資源數(shù)據(jù)，利用年利用小時數(shù)，發(fā)電量等宏觀指標對風(fēng)電機組進行出力特性法評估，其中，在計算發(fā)電量時，由于平坦地形的風(fēng)資源數(shù)據(jù)通常滿足形狀參數(shù)為2的韋伯分布，因此可根據(jù)IEC61400-12-1的方法計算出年平均發(fā)電量。

與平坦地形的風(fēng)電場相比，位于山地的風(fēng)電場內(nèi)風(fēng)資源分布情況要更加復(fù)雜，為了更好的利用山地的風(fēng)加速特點，大多數(shù)風(fēng)電機組連成一排沿山脊布置，因此在估算風(fēng)電機組出力特性時，塔影效應(yīng)和尾流干擾都可以忽略不計，而地形將是影響各機組出力的主要因素。由于整個風(fēng)電場的延伸范圍很長，導(dǎo)致依靠單點測風(fēng)塔得到的風(fēng)資源數(shù)據(jù)無法代表整個風(fēng)電場風(fēng)資源的實際情況，而由于風(fēng)電場不同位置的風(fēng)資源不同，導(dǎo)致處于風(fēng)電場不同位置風(fēng)力發(fā)電機組的風(fēng)能輸入和捕獲能力存在客觀差異，因此，一方面，現(xiàn)有技術(shù)中僅以年利用小時數(shù)，發(fā)電量等宏觀指標來衡量風(fēng)電機組的出力特性，只能得知某臺風(fēng)電機組發(fā)電量的大小，并不能得到每臺風(fēng)電機組實際上的理論最大出力上限值，也無法獲取風(fēng)電機組的優(yōu)化空間大小和優(yōu)化方向，進而導(dǎo)致不能充分利用風(fēng)電機組的發(fā)電潛能；另一方面，由于各機組間風(fēng)資源分布的差異較大，多數(shù)情況下風(fēng)資源數(shù)據(jù)并不滿足形狀參數(shù)為2的韋伯分布，導(dǎo)致按照IEC61400-12-1的方法計算出的年平均發(fā)電量與實際存在較大的差異，進而導(dǎo)致現(xiàn)有技術(shù)中復(fù)雜地形的風(fēng)電場出力特性評估的準確性較低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為克服相關(guān)技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種風(fēng)電場出力特性評估方法，包括：

選擇風(fēng)電場內(nèi)其中一臺機組為基準機組，利用雙光路機艙式激光雷達測量所述基準機組艙前2.5D處的風(fēng)力數(shù)據(jù)，其中，所述風(fēng)力數(shù)據(jù)包括實測風(fēng)速和實測風(fēng)向；

采集所述基準機組中機組分散式控制與數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)內(nèi)的運行數(shù)據(jù)，將所述風(fēng)力數(shù)據(jù)中的時間信息和運行數(shù)據(jù)中的時間信息進行同步；

利用計算流體力學(xué)法對所述基準機組所處場地的地形進行標定，根據(jù)標定結(jié)果修正所述風(fēng)力數(shù)據(jù)；

利用修正后的風(fēng)力數(shù)據(jù)建立灰色模型，得到服從三參數(shù)韋伯分布的風(fēng)速分布概率密度函數(shù)，其中，三參數(shù)為形狀參數(shù)、位置參數(shù)和比例參數(shù)；

根據(jù)所述修正后的風(fēng)力數(shù)據(jù)，標定被測機組的風(fēng)速風(fēng)向儀；

基于所述風(fēng)速風(fēng)向儀，利用計算流體力學(xué)法建立所述被測機組和風(fēng)電場內(nèi)除所述基準機組之外的其他機組的外推函數(shù)，其中，所述外推函數(shù)包括風(fēng)速外推函數(shù)和風(fēng)向外推函數(shù)；

根據(jù)所述風(fēng)速外推函數(shù)和風(fēng)向外推函數(shù)，建立風(fēng)電場各機組排布點處的艙前風(fēng)資源分布數(shù)據(jù)庫；

將所述艙前風(fēng)資源分布數(shù)據(jù)庫導(dǎo)入風(fēng)電場評估系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫；

利用所述風(fēng)電場評估系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫和風(fēng)速分布概率密度函數(shù)，估算出風(fēng)電場中各個機組的出力特性和風(fēng)電場全場的出力特性，其中，所述各個機組的出力特性包括理論最大發(fā)電量、年平均發(fā)電量和風(fēng)能利用效率。

優(yōu)選地，利用計算流體力學(xué)法對所述基準機組所處場地的地形進行標定，根據(jù)標定結(jié)果修正所述風(fēng)力數(shù)據(jù)包括：

利用計算流體力學(xué)法對所述基準機組所處場地的地形進行全風(fēng)向模擬，以方位角5°為間隔，得出所述基準機組艙前2.5D處360°風(fēng)向范圍內(nèi)艙前風(fēng)速和所述基準機組機所處場地的風(fēng)速比；

根據(jù)所述360°風(fēng)向范圍內(nèi)艙前風(fēng)速和風(fēng)速比，對所述風(fēng)力數(shù)據(jù)進行修正，根據(jù)所述修正后的風(fēng)力數(shù)據(jù)建立全風(fēng)向氣流修正系數(shù)函數(shù)表。

優(yōu)選地，所述方法還包括：

根據(jù)所述艙前風(fēng)資源分布數(shù)據(jù)庫和全風(fēng)向氣流修正系數(shù)函數(shù)表，對所述各個機組的出力特性進行在線評估，并按照預(yù)設(shè)頻率刷新評估。

優(yōu)選地，利用所述修正后的風(fēng)力數(shù)據(jù)建立灰色模型，得到服從三參數(shù)韋伯分布的風(fēng)速分布概率密度函數(shù)，其中，三參數(shù)為形狀參數(shù)、位置參數(shù)和比例參數(shù)包括：

通過對所述實測風(fēng)速建立灰色GM(1,1)模型，確定所述形狀參數(shù)、位置參數(shù)和比例參數(shù)其中一個參數(shù)；

采用最大似然估計法估計出所述形狀參數(shù)、位置參數(shù)和比例參數(shù)中其他參數(shù)，得到服從三參數(shù)韋伯分布的風(fēng)速分布概率密度函數(shù)。

優(yōu)選地，通過實時采集所述風(fēng)力數(shù)據(jù)，在線估算風(fēng)電場各機組排布點處的艙前風(fēng)資源分布。

優(yōu)選地，所述風(fēng)向外推函數(shù)中風(fēng)向角度為360度，所述風(fēng)速外推函數(shù)中風(fēng)速范圍為2-25m/s。

優(yōu)選地，所述雙光路機艙式激光雷達發(fā)射激光的頻率為5-8Hz。

本發(fā)明的實施例提供的技術(shù)方案可以包括以下有益效果：

本發(fā)明實施例提供的風(fēng)電場出力特性評估方法，可以實時掌握機組的運行情況，相較現(xiàn)有技術(shù)中利用年利用小時數(shù)，發(fā)電量等宏觀指標對風(fēng)電場出力特性評估的方法更加直觀，也能夠更合理地評估風(fēng)電場的實際運行情況。其中，最大發(fā)電能力和風(fēng)能利用效率評估可以有效地指導(dǎo)風(fēng)電場優(yōu)化控制運行，合理安排機組的檢修計劃。所述方法還為調(diào)度提供可靠的風(fēng)電場信息，為安排發(fā)電計劃提供參考。所述方法僅需要增加一臺評估系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和風(fēng)資源分布數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，投資小，實用性高。

應(yīng)當(dāng)理解的是，以上的一般描述和后文的細節(jié)描述僅是示例性和解釋性的，并不能限制本發(fā)明。

附圖說明

此處的附圖被并入說明書中并構(gòu)成本說明書的一部分，示出了符合本發(fā)明的實施例，并與說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例提供的一種風(fēng)電場出力特性評估方法的流程示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的一種風(fēng)電場出力特性評估方法的實施框架結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供的一種風(fēng)電場出力特性評估方法的實施原理示意圖。

具體實施方式

這里將詳細地對示例性實施例進行說明，其示例表示在附圖中。下面的描述涉及附圖時，除非另有表示，不同附圖中的相同數(shù)字表示相同或相似的要素。以下示例性實施例中所描述的實施方式并不代表與本發(fā)明相一致的所有實施方式。相反，它們僅是與如所附權(quán)利要求書中所詳述的、本發(fā)明的一些方面相一致的裝置和方法的例子。

圖1是根據(jù)一示例性實施例示出的一種風(fēng)電場出力特性評估方法的流程圖，如圖1所示，本發(fā)明提供的風(fēng)電場出力特性評估方法，包括以下步驟：

S110：選擇風(fēng)電場內(nèi)其中一臺機組為基準機組，利用雙光路機艙式激光雷達測量基準機組艙前2.5D(D為風(fēng)輪直徑)處的風(fēng)力數(shù)據(jù)，其中，風(fēng)力數(shù)據(jù)包括實測風(fēng)速和實測風(fēng)向。

具體的，雙光路機艙式激光雷達發(fā)射激光的頻率為5-8Hz，避免因在部分天氣情況下如氣壓偏低，天氣晴朗，濕度偏低時因雷達回波較弱而無法收到雷達回波信號的問題。本實施中，優(yōu)選激光發(fā)射的頻率為5Hz。

S120：采集基準機組中機組分散式控制與數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)內(nèi)的運行數(shù)據(jù)，將風(fēng)力數(shù)據(jù)中的時間信息和運行數(shù)據(jù)中的時間信息進行同步。

具體的，采集機組分散式控制與數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)，即SCADA系統(tǒng)內(nèi)的運行數(shù)據(jù)，采集頻率不低于1Hz，運行數(shù)據(jù)為基準機組的運行數(shù)據(jù)，將運行數(shù)據(jù)和風(fēng)力數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一的GPS對時，保證兩種數(shù)據(jù)之間時標的一致性。

S130：利用計算流體力學(xué)法對基準機組所處場地的地形進行標定，根據(jù)標定結(jié)果修正風(fēng)力數(shù)據(jù)。

具體的，利用計算流體力學(xué)法，即CFD對基準機組所處場地的地形進行全風(fēng)向模擬，以方位角5°為間隔，得出該基準機組艙前2.5D處360°風(fēng)向范圍內(nèi)艙前風(fēng)速和基準機組機所處場地的風(fēng)速比；

根據(jù)360°風(fēng)向范圍內(nèi)艙前風(fēng)速和風(fēng)速比，對風(fēng)力數(shù)據(jù)進行修正，根據(jù)修正后的風(fēng)力數(shù)據(jù)建立全風(fēng)向氣流修正系數(shù)α的函數(shù)表，根據(jù)全風(fēng)向氣流修正系數(shù)α函數(shù)表，可在線評估當(dāng)前機組的當(dāng)前理論最大出力、風(fēng)能利用效率、年平均出力等出力特性，并按照一定頻率進行刷新，進而可了解當(dāng)前機組的風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)化空間與發(fā)電潛能；

進一步的，還可利用CFD對基準機組所處場地的地形進行全風(fēng)向模擬還得到基準機組艙前2.5D處360°風(fēng)向范圍內(nèi)的風(fēng)加速因子，利用風(fēng)加速因子對基準機組所處場地的地形進行標定，根據(jù)標定結(jié)果對風(fēng)力數(shù)據(jù)進行修正，得到艙前風(fēng)速和實際到達風(fēng)輪平面處風(fēng)速間的關(guān)系。

S140：利用修正后的風(fēng)力數(shù)據(jù)建立灰色模型，得到服從三參數(shù)韋伯分布的風(fēng)速分布概率密度函數(shù)，其中，三參數(shù)為形狀參數(shù)、位置參數(shù)和比例參數(shù)。

具體的，通過對實測風(fēng)速建立灰色GM(1,1)模型，確定形狀參數(shù)、位置參數(shù)和比例參數(shù)其中一個參數(shù)；

采用最大似然估計法估計出形狀參數(shù)、位置參數(shù)和比例參數(shù)中其他參數(shù)，得到服從三參數(shù)韋伯分布，即Weibull分布的風(fēng)速分布概率密度函數(shù)。

本實施例中，建立的三參數(shù)韋伯分布中包含位置參數(shù)，反映風(fēng)資源分布情況比現(xiàn)有二參數(shù)韋伯分布的準確性更高。

S150：根據(jù)修正后的風(fēng)力數(shù)據(jù)，標定被測機組的風(fēng)速風(fēng)向儀。

具體的，由于雙光路機艙式激光雷達測量的數(shù)據(jù)是艙前2.5D處的風(fēng)力數(shù)據(jù)，而艙前到風(fēng)輪平面，由于受到了山地起伏的影響，風(fēng)會加速或減速，因此不能直接利用艙前2.5D處的風(fēng)力數(shù)據(jù)來標定風(fēng)速風(fēng)向儀，但是，修正后的風(fēng)力數(shù)據(jù)，考慮了艙前風(fēng)速和實際到達風(fēng)輪平面處風(fēng)速間的關(guān)系，因此可以用來標定風(fēng)速風(fēng)向儀。

S160：基于風(fēng)速風(fēng)向儀，利用計算流體力學(xué)法建立被測機組和風(fēng)電場內(nèi)除基準機組之外的其他機組的外推函數(shù)，其中，外推函數(shù)包括風(fēng)速外推函數(shù)和風(fēng)向外推函數(shù)。

具體的，利用CFD建立外推函數(shù)進行全場外推的過程包括：

1.以被測機組作為風(fēng)場內(nèi)一個邊界條件的輸入點，采用CFD，對全場進行360全向計算，其中，風(fēng)向間隔為5°，風(fēng)速范圍為2-25m/s。得到測風(fēng)塔，各機組處的風(fēng)加速因子，從而得到全場的風(fēng)資源分布數(shù)據(jù)庫；

2.將激光雷達修正過的風(fēng)速和風(fēng)向作為風(fēng)場內(nèi)的一個基準測試點。該測點的風(fēng)速首先與場內(nèi)現(xiàn)有的測風(fēng)塔進行外推交叉驗證，進而建立被測機組與測風(fēng)塔的關(guān)系，進而初度得到風(fēng)速外推函數(shù)和風(fēng)向外推函數(shù)；

3.收集試驗期間，風(fēng)場內(nèi)其余機組的風(fēng)速、風(fēng)向和功率的運行數(shù)據(jù)，用CFD結(jié)果修正上述數(shù)據(jù)；以被測機組為基準，建立修正過的數(shù)據(jù)與測量數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，進而修正風(fēng)速外推函數(shù)和風(fēng)向外推函數(shù)。

S170：根據(jù)風(fēng)速外推函數(shù)和風(fēng)向外推函數(shù)，建立風(fēng)電場各機組排布點處的艙前風(fēng)資源分布數(shù)據(jù)庫。

S180：將艙前風(fēng)資源分布數(shù)據(jù)庫導(dǎo)入風(fēng)電場評估系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。

具體的，艙前風(fēng)資源分布數(shù)據(jù)庫建立完成后，對基準機組風(fēng)速風(fēng)向儀的測量數(shù)據(jù)進行實時采集并存入獨立的歷史數(shù)據(jù)庫，并將歷史數(shù)據(jù)庫導(dǎo)入風(fēng)電場評估系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。

S190：利用風(fēng)電場評估系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫和風(fēng)速分布概率密度函數(shù)，估算出風(fēng)電場中各個機組的出力特性和風(fēng)電場全場的出力特性，其中，各個機組的出力特性包括理論最大發(fā)電量、年平均發(fā)電量和風(fēng)能利用效率。

具體的，在風(fēng)電場的現(xiàn)場布置獨立的風(fēng)電場評估應(yīng)用服務(wù)器，并在應(yīng)用服務(wù)器中設(shè)計評估算法程序；利用風(fēng)電場評估應(yīng)用服務(wù)器獲取歷史數(shù)據(jù)庫中的風(fēng)力數(shù)據(jù)，并利用歷史數(shù)據(jù)庫中的基準機組的風(fēng)力數(shù)據(jù)，外推其他機組的風(fēng)力數(shù)據(jù)，進而估算出風(fēng)電場單機組或全場的理論最大發(fā)電能力、年平均發(fā)電量、風(fēng)能利用效率等出力特性。

參見圖2，為本發(fā)明實施例提供的一種風(fēng)電場出力特性評估方法的實施框架結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示，選取機組2為基準機組，對機組2進行單機功率特性測試，測試過程包括利用雙光路機艙式激光雷達對機組2的艙前2.5D處的風(fēng)速和風(fēng)向進行測量，并同時對SCADA主服務(wù)器內(nèi)的機組運行數(shù)據(jù)進行采樣，采樣頻率不低于1Hz，以保證對機組動態(tài)性能良好的追蹤能力。進一步的，實時采集機組2的風(fēng)力數(shù)據(jù)，并存入獨立的歷史數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，以實現(xiàn)在線估算風(fēng)電場各機組排布點處的艙前風(fēng)資源分布。對機組2完成測試后采用步驟S120-S160所述步驟進行評估系統(tǒng)的開發(fā)，評估系統(tǒng)開發(fā)完成后，利用評估系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)器對評估系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中的風(fēng)電場出力特性進行評估，將評估結(jié)果發(fā)送至場站監(jiān)控計算機(監(jiān)控PC1、監(jiān)控PC2和監(jiān)控PC3)、遠程監(jiān)控計算機(遠程監(jiān)視PC1和觸屏設(shè)備)和電力調(diào)度中心，電力調(diào)度中心可根據(jù)獲取的風(fēng)電場出力特性，對風(fēng)電場的發(fā)電目標和發(fā)電計劃等進行調(diào)度。

本發(fā)明實施例中，對風(fēng)電場出力特性的評估過程主要分為3部分，參見圖3，為本發(fā)明實施例提供的一種風(fēng)電場出力特性評估方法的實施原理示意圖。如圖3所示，評估過程主要分為離線單機性能測試、CFD模擬和在線評估3部分。其中，離線單機性能測試包括對被測機組進行單機功率特性試驗，得到機組的風(fēng)力數(shù)據(jù)和機組運行數(shù)據(jù)，對上述數(shù)據(jù)進行處理系統(tǒng)開發(fā)完成后，在現(xiàn)場布置一臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和一臺應(yīng)用服務(wù)器。應(yīng)用服務(wù)器通過場站監(jiān)控數(shù)據(jù)總線，在網(wǎng)絡(luò)隔離裝置外對多臺機組的實時數(shù)據(jù)進行請求，通過實測的風(fēng)速查詢評估系統(tǒng)服務(wù)器內(nèi)的數(shù)據(jù)庫，在線計算出機組的年發(fā)電量、風(fēng)能利用效率等參數(shù)，從而對機組的性能進行在線評估。

由上述實施例可見，本發(fā)明提供的風(fēng)電場出力特性評估方法，可以實時掌握機組的運行情況，相較現(xiàn)有技術(shù)中利用年利用小時數(shù)，發(fā)電量等宏觀指標對風(fēng)電場出力特性評估的方法更加直觀，也能夠更合理地評估風(fēng)電場的實際運行情況。其中，最大發(fā)電能力和風(fēng)能利用效率評估可以有效地指導(dǎo)風(fēng)電場優(yōu)化控制運行，合理安排機組的檢修計劃。該方法還為調(diào)度提供可靠的風(fēng)電場信息，為安排發(fā)電計劃提供參考。該方法僅需要增加一臺評估系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和風(fēng)資源分布數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，投資小，實用性高。

本領(lǐng)域技術(shù)人員在考慮說明書及實踐這里發(fā)明的公開后，將容易想到本發(fā)明的其它實施方案。本申請旨在涵蓋本發(fā)明的任何變型、用途或者適應(yīng)性變化，這些變型、用途或者適應(yīng)性變化遵循本發(fā)明的一般性原理并包括本發(fā)明未公開的本技術(shù)領(lǐng)域中的公知常識或慣用技術(shù)手段。說明書和實施例僅被視為示例性的，本發(fā)明的真正范圍和精神由下面的權(quán)利要求指出。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明并不局限于上面已經(jīng)描述并在附圖中示出的精確結(jié)構(gòu)，并且可以在不脫離其范圍進行各種修改和改變。本發(fā)明的范圍僅由所附的權(quán)利要求來限制。