一種綜合風(fēng)電場(chǎng)理論出力評(píng)估仿真系統(tǒng)和評(píng)估方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種綜合風(fēng)電場(chǎng)理論出力評(píng)估仿真系統(tǒng) 和評(píng)估方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國(guó)風(fēng)能資源豐富，2006年1月1日，《可再生能源法》的正式實(shí)施為風(fēng)電的發(fā)展 提供了新的推動(dòng)力和保障，我國(guó)的風(fēng)力發(fā)電進(jìn)入了大規(guī)模發(fā)展階段，"建設(shè)大基地，接入大 電網(wǎng)"已成為風(fēng)電開發(fā)的主要模式。2014年，中國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)91. 4GW，新增裝機(jī)容量 16. 1GW，占全球新增裝機(jī)容量的46. 1%，位居全球第一。
[0003] 甘肅省屬全國(guó)風(fēng)能資源豐富的省區(qū)之一，風(fēng)能資源理論儲(chǔ)量為2. 37億千瓦，風(fēng)能 總儲(chǔ)量居全國(guó)第五位，甘肅風(fēng)能資源可開發(fā)容量在4000萬千瓦以上，風(fēng)能資源可開發(fā)容量 居全國(guó)第三位，甘肅省的風(fēng)能資源主要集中在河西地區(qū)。甘肅省委省政府2006年提出了建 設(shè)河西風(fēng)電走廊、再造西部陸上"三峽"的戰(zhàn)略構(gòu)想，2007年國(guó)家批準(zhǔn)了甘肅酒泉風(fēng)電基地 總體規(guī)劃，2008年省委省政府進(jìn)一步明確了建設(shè)河西走廊風(fēng)電基地三步走的戰(zhàn)略，第一步， 到2015年，裝機(jī)容量達(dá)到1000萬千瓦，成為全國(guó)最大的風(fēng)電基地之一；第二步，到2020年， 裝機(jī)容量增加到2000萬千瓦，建成陸上"三峽"工程；第三步，2020年以后，裝機(jī)容量繼續(xù)擴(kuò) 大到3000萬千瓦以上，使河西走廊成為世界上最大的風(fēng)電基地。同時(shí)，利用光電、風(fēng)電的互 補(bǔ)性，將大力發(fā)展光電，2015年在甘肅的太陽能發(fā)電將達(dá)到600萬千瓦，2020年將達(dá)到1000 萬千瓦。
[0004] 截至2014年11月，甘肅風(fēng)電裝機(jī)容量832萬千瓦，光伏裝機(jī)455萬千瓦，風(fēng)光電 總裝機(jī)已經(jīng)超過甘肅電網(wǎng)負(fù)荷最大值，如此大規(guī)模的新能源很難在甘肅省內(nèi)消納，在正負(fù) SOOkV特高壓直流還沒有建設(shè)完成之前，棄風(fēng)棄光問題非常嚴(yán)重，已經(jīng)給甘肅省新能源的發(fā) 展造成了一定的影響。為了解決這一問題，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)、光伏電站及新能源場(chǎng)站群的理論出力 分析研究，找出能夠比較實(shí)際反應(yīng)風(fēng)電場(chǎng)理論出力方面的方法和模型，為棄風(fēng)電量計(jì)算提 供科學(xué)的理論依據(jù)。因此，研究風(fēng)電場(chǎng)、光伏電站理論出力非常必要。
[0005] 大規(guī)模風(fēng)電的接入給電網(wǎng)調(diào)峰帶來很大的壓力，受調(diào)峰能力及網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的制約， 多個(gè)風(fēng)電基地出現(xiàn)較大規(guī)模棄風(fēng)限電的情況。目前風(fēng)電入網(wǎng)特別是并網(wǎng)風(fēng)電棄風(fēng)限電問題 已成為各方關(guān)注的焦點(diǎn)。對(duì)風(fēng)電場(chǎng)理論功率與電量進(jìn)行計(jì)算，并進(jìn)行棄風(fēng)電量評(píng)估，對(duì)于協(xié) 調(diào)網(wǎng)廠矛盾、促進(jìn)風(fēng)電行業(yè)的良性發(fā)展等方面具有重要意義。
[0006] 2012年12月17日，國(guó)家電網(wǎng)公司出臺(tái)了《風(fēng)電受阻電量計(jì)算辦法》，文件中規(guī)定 棄風(fēng)電量按月統(tǒng)計(jì)，相對(duì)誤差在3%以內(nèi)為合格。國(guó)家電力監(jiān)管委員會(huì)下達(dá)了《風(fēng)電場(chǎng)棄風(fēng) 電量計(jì)算辦法（試行）》文件，文件中建議采用樣板風(fēng)機(jī)法（也稱特征風(fēng)機(jī)法）計(jì)算棄風(fēng)電 量。
[0007] 目前，風(fēng)電場(chǎng)理論出力及棄風(fēng)電量計(jì)算方法主要有樣板風(fēng)機(jī)法、測(cè)風(fēng)塔數(shù)據(jù)外推 法，機(jī)頭風(fēng)速法三種方式。對(duì)這三種方法，實(shí)例對(duì)比分析結(jié)果表明，此三種方法有各自的優(yōu) 缺點(diǎn)及其適條件，因此能夠找到一種方法，既可以根據(jù)風(fēng)機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)來判斷風(fēng)電出力 的真實(shí)性，又能通過測(cè)風(fēng)塔實(shí)際風(fēng)速判斷其風(fēng)電場(chǎng)理論出力，又能通過機(jī)頭風(fēng)速去判斷和 激光雷達(dá)的實(shí)測(cè)尾流值作為尾流影響的判斷及衰減參數(shù)，故進(jìn)行綜合考慮環(huán)境、尾流、地理 信息等因素影響的風(fēng)電場(chǎng)理論出力評(píng)估分析方法研究及仿真平臺(tái)開發(fā)，具有十分重要的意 義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種綜合風(fēng)電場(chǎng) 理論出力評(píng)估仿真系統(tǒng)和評(píng)估方法，建立大型新能源基地理論出力仿真系統(tǒng)平臺(tái)，綜合考 慮環(huán)境、尾流、地理信息等因素影響，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)理論出力進(jìn)行評(píng)估分析。
[0009] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種綜合風(fēng)電場(chǎng)理論出力評(píng)估仿真系統(tǒng)，其特征 在于，包括信息層、環(huán)境層、風(fēng)電場(chǎng)層、評(píng)估層和數(shù)據(jù)庫(kù)；所述信息層用于從互聯(lián)網(wǎng)收集信息 數(shù)據(jù)，將所述信息數(shù)據(jù)匯集到數(shù)據(jù)庫(kù)中，供其它層調(diào)用數(shù)據(jù)，并負(fù)責(zé)所述信息數(shù)據(jù)的管理、 顯示、更新數(shù)據(jù)庫(kù)；所述數(shù)據(jù)庫(kù)將信息層、環(huán)境層、風(fēng)電場(chǎng)層、評(píng)估層、模型參數(shù)修改維護(hù)系 統(tǒng)中的信息進(jìn)行讀取、保存、查詢；所述環(huán)境層將信息層獲得所述信息數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理， 建立環(huán)境模型，得出整個(gè)風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的風(fēng)速數(shù)據(jù)；所述風(fēng)電場(chǎng)層包括風(fēng)電機(jī)組出力分析模 型和風(fēng)電場(chǎng)整體出力模型，用于根據(jù)所述環(huán)境層提供的所述風(fēng)速數(shù)據(jù)計(jì)算每個(gè)風(fēng)電機(jī)組的 理論出力，通過風(fēng)場(chǎng)風(fēng)電機(jī)組出力及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，構(gòu)建風(fēng)電場(chǎng)整體出力模型；所述評(píng)估層用于 建立建立整個(gè)風(fēng)電基地的棄風(fēng)量模型，并對(duì)其進(jìn)行評(píng)估。
[0010] 優(yōu)選地，所述綜合風(fēng)電場(chǎng)理論出力評(píng)估仿真系統(tǒng)還包括各模型參數(shù)修改維護(hù)系 統(tǒng)，所述各模型參數(shù)修改維護(hù)系統(tǒng)用于修改維護(hù)所述信息層、所述環(huán)境層、所述風(fēng)電場(chǎng)層、 所述評(píng)估層內(nèi)部的數(shù)學(xué)模型或參數(shù)。
[0011] 優(yōu)選地，所述信息數(shù)據(jù)包括天氣環(huán)境信息、風(fēng)場(chǎng)信息、風(fēng)電機(jī)組信息、機(jī)組地理坐 標(biāo)、天氣數(shù)據(jù)、地理位置信息、測(cè)風(fēng)塔或者雷達(dá)測(cè)速站的風(fēng)速信息信息。
[0012] -種綜合風(fēng)電場(chǎng)理論出力評(píng)估方法，用于對(duì)風(fēng)電場(chǎng)理論功率與電量進(jìn)行計(jì)算，并 進(jìn)行棄風(fēng)電量評(píng)估，其特征在于，包括如下步驟：
[0013] 收集信息數(shù)據(jù)，將所述信息數(shù)據(jù)匯集到數(shù)據(jù)庫(kù)中；
[0014] 將獲得所述信息數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理，建立環(huán)境模型；
[0015] 建立單個(gè)風(fēng)電機(jī)組出力分析模型，根據(jù)環(huán)境模型，通過數(shù)學(xué)中的插值方法計(jì)算每 個(gè)風(fēng)電機(jī)組的理論出力；
[0016] 考慮尾流效應(yīng)、風(fēng)電場(chǎng)之間影響，對(duì)環(huán)境模型和插值模型進(jìn)行修正，得到風(fēng)電機(jī)組 實(shí)際出力分析結(jié)果；
[0017] 通過風(fēng)場(chǎng)風(fēng)電機(jī)組出力及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，構(gòu)建風(fēng)電場(chǎng)整體出力模型，并考慮風(fēng)電場(chǎng)之 間影響因素，得到風(fēng)電場(chǎng)整體處理分析結(jié)果；
[0018] 通過實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和理論出力，建立整個(gè)風(fēng)電基地的棄風(fēng)量模型，并對(duì)其進(jìn)行評(píng)估，得 出最終風(fēng)電場(chǎng)出力結(jié)果。
[0019] 優(yōu)選地，所述風(fēng)電場(chǎng)整體出力模型以已知環(huán)境節(jié)點(diǎn)的風(fēng)速以及地理數(shù)據(jù)、風(fēng)機(jī)坐 標(biāo)點(diǎn)為基礎(chǔ)，建立環(huán)境節(jié)點(diǎn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，最終利用數(shù)學(xué)中的插值方法得出整個(gè)風(fēng)力發(fā)電場(chǎng) 的風(fēng)速數(shù)據(jù)。
[0020] 優(yōu)選地，所述差值方法為一般分布數(shù)據(jù)的插值方法，運(yùn)用MTLAB提供的griddata 函數(shù)來完成。
[0021 ] 優(yōu)選地，所述差值方法為自然鄰居插值方法：
[0023] 其中，點(diǎn)（Xi, y;，Zi)是風(fēng)場(chǎng)三維地圖中的一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)，G(x, y, z)是在點(diǎn)（X，y, z)估 算求得的值，WiS已知點(diǎn)（XiJuZi)的權(quán)值，f (Xi Ji, Zi)為已知點(diǎn)（(XiJuZi)處的已知數(shù) 據(jù)。權(quán)重W 1的獲得方式是：當(dāng)在剖分中加入（x，y，z)點(diǎn)時(shí)，查找有各個(gè)周邊區(qū)域有多少面 積被"偷走"。
[0024] 在理想情況下，風(fēng)力發(fā)電機(jī)處的風(fēng)速可直接用環(huán)境節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)在一定的插值方 法的基礎(chǔ)上得到，同時(shí)，因?yàn)樵摬逯颠^程是在三維的基礎(chǔ)上，所以具體的插值方法使用 'natural '算法比較適用，具體的方法MATLAB程序如下：
[0025] vl = griddata(x, y, z, v, xl, yl, zl, ' natural')
[0026] 其中（x, y, z)是環(huán)境節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，v為環(huán)境節(jié)點(diǎn)處測(cè)得的風(fēng)速，（xl, yI, zI)是風(fēng)力 發(fā)電機(jī)的位置點(diǎn)坐標(biāo)，通過該條命令語句得到風(fēng)力發(fā)電機(jī)位置點(diǎn)的理想風(fēng)速vl。
[0027] 根據(jù)所有環(huán)境節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)和數(shù)據(jù)，經(jīng)過該方法，可以得到理想情況下整個(gè)風(fēng)力發(fā) 電場(chǎng)的風(fēng)速數(shù)據(jù)。
[0028] 優(yōu)選地，計(jì)算所述風(fēng)力機(jī)組所在位置的風(fēng)速時(shí)還需要考慮尾流效應(yīng)、風(fēng)電場(chǎng)之間 影響，通過有限元仿真的方法得到其影響系數(shù)，并對(duì)環(huán)境模型和插值模型進(jìn)行修正，同時(shí)考 慮到其它擾動(dòng)（如溫度、陰雨等）對(duì)環(huán)境模型的影響。
[0029] 優(yōu)選地，所述風(fēng)場(chǎng)整體出力計(jì)算方法如下：
[0030] 風(fēng)機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，根據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)原理，風(fēng)機(jī)的機(jī)械能輸出表示為公 式：
[0032] 其中，P空氣密度，u。為風(fēng)機(jī)輪轂高度