一种场内受限电量和场外受限电量的量化方法及系统

摘要

本发明提供了一种场内受限电量和场外受限电量的量化方法及系统，包括：获取当前时段所有并网风电机组的机舱风速、实际发电功率和工作状态；基于获取的数据计算各并网风电机组当前时段的理论发电量、实际发电量和可用发电量；基于风电场当前时段的理论发电量、实际发电量和可用发电量，计算当前时段风电场的场内受限电量和场外受限电量，本发明基于风电场所有并网风电机组的数据进行场内受限电量和场外受限电量的量化评估，提高了受限电量计算的科学、准确性，从而支撑风电的调控运行，提高风电消纳，并为风电相关并网运行技术研究提供基础数据支撑。

说明书

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，具体涉及一种场内受限电量和场外受限电量的量化方法及系统。

背景技术

近年来随着风力发电技术的快速发展，风电并网容量逐年增加，但风电的快速发展也带来了一系列问题，风电消纳就是主要问题之一，目前已对风电的进一步发展形成了制约。弃风限电除直接影响风电消纳外，还带来了一系列重大问题：一是准确的弃风电量无法科学的评估；二是弃风限电使风电实际出力数据失真，无法用于相关理论和技术研究；三是实际出力数据是风电功率预测的重要基础数据，弃风限电使风电实际出力数据失真，降低了风电功率预测精度，进一步制约风电消纳。风电场场内受限电量和场外受限电量评估能够高精度恢复弃风限电导致的失真信息，有效解决上述问题，但现有受限电量评估方法评估精度不高，无法实现风电场场内受限电量和场外受限电量的准确评估，因此，如何提高场内受限电量和场外受限电量的量化的准确性是本领域技术人员亟待解决问题。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种场内受限电量和场外受限电量的量化方法，包括：

获取当前时段所有并网风电机组的机舱风速、实际发电功率和工作状态；所述工作状态包括：待机、正常、受限和停运；

基于所述所有并网风电机组的机舱风速计算所述各并网风电机组的理论发电功率，并基于所述各并网风电机组的理论发电功率计算风电场当前时段的理论发电量；

基于所述所有并网风电机组的实际发电功率计算风电场当前时段的实际发电量；

基于处于待机状态、停运状态下的各风电机组实际发电功率和处于正常状态、受限状态下各风电机组理论发电功率计算风电场当前时段的可用发电量；

基于所述风电场当前时段的理论发电量、实际发电量和可用发电量，计算当前时段风电场的场内受限电量和场外受限电量。

优选的，风电机组的理论发电功率计算式如下：

式中，P

优选的，风电机组理论发电功率曲线函数的表达式如下：

式中，P

优选的，基于所述各并网风电机组的理论发电功率计算风电场当前时段的理论发电量，包括：

基于所述各并网风电机组的理论发电功率计算风电场当前时段的理论发电功率；

基于所述电场当前时段的理论发电功率计算风电场当前时段的理论发电量。

优选的，风电场当前时段的理论发电功率计算式如下：

式中，P

优选的，风电场当前时段的理论发电量计算公式如下：

式中，E

优选的，风电场当前时段的实际发电量计算式如下：

式中，E

优选的，基于处于待机状态、停运状态下的各风电机组实际发电功率和处于正常状态、受限状态下各风电机组理论发电功率计算风电场当前时段的可用发电量，包括：

基于处于待机状态、停运状态下的各风电机组实际发电功率和处于正常状态、受限状态下各风电机组理论发电功率计算风电场当前时段的可用发电功率；

基于所述风电场当前时段的可用发电功率计算风电场当前时段的可用发电量。

优选的，风电场当前时段的可用发电功率计算式如下：

式中，P

优选的，风电场当前时段的可用发电量计算式如下：

式中，E

优选的，当前时段风电场的场内受限电量计算式如下：

E

式中，E

优选的，当前时段风电场的场外受限电量计算式如下：

E

式中，E

基于同一构思，本发明还提供了一种场内受限电量和场外受限电量的量化系统，包括：

数据采集模块，用于获取当前时段所有并网风电机组的机舱风速、实际发电功率和工作状态；所述工作状态包括：待机、正常、受限和停运；

理论发电量计算模块，用于基于所述所有并网风电机组的机舱风速计算所述各并网风电机组的理论发电功率，并基于所述各并网风电机组的理论发电功率计算风电场当前时段的理论发电量；

实际发电量计算模块，用于基于所述所有并网风电机组的实际发电功率计算风电场当前时段的实际发电量；

可用发电量计算模块，用于基于处于待机状态、停运状态下的各风电机组实际发电功率和处于正常状态、受限状态下各风电机组理论发电功率计算风电场当前时段的可用发电量；

输出模块，用于基于所述风电场当前时段的理论发电量、实际发电量和可用发电量，计算当前时段风电场的场内受限电量和场外受限电量。

与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：

本发明提供了一种场内受限电量和场外受限电量的量化方法及系统，包括：获取当前时段所有并网风电机组的机舱风速、实际发电功率和工作状态；所述工作状态包括：待机、正常、受限和停运；基于所述所有并网风电机组的机舱风速计算所述各并网风电机组的理论发电功率，并基于所述各并网风电机组的理论发电功率计算风电场当前时段的理论发电量；基于所述所有并网风电机组的实际发电功率计算风电场当前时段的实际发电量；基于处于待机状态、停运状态下的各风电机组实际发电功率和处于正常状态、受限状态下各风电机组理论发电功率计算风电场当前时段的可用发电量；基于所述风电场当前时段的理论发电量、实际发电量和可用发电量，计算当前时段风电场的场内受限电量和场外受限电量，本发明基于风电场所有并网风电机组的数据进行场内受限电量和场外受限电量的量化评估，提高了受限电量计算的科学、准确性，从而支撑风电的调控运行，提高风电消纳，并为风电相关并网运行技术研究提供基础数据支撑。

附图说明

图1为本发明提供的一种场内受限电量和场外受限电量的量化方法示意图；

图2为本发明提供的一种场内受限电量和场外受限电量的量化系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。

实施例1：

本实施例提供了一种场内受限电量和场外受限电量的量化方法如图1所示，包括：

S1获取当前时段所有并网风电机组的机舱风速、实际发电功率和工作状态；所述工作状态包括：待机、正常、受限和停运；

S2基于所述所有并网风电机组的机舱风速计算所述各并网风电机组的理论发电功率，并基于所述各并网风电机组的理论发电功率计算风电场当前时段的理论发电量；

S3基于所述所有并网风电机组的实际发电功率计算风电场当前时段的实际发电量；

S4基于处于待机状态、停运状态下的各风电机组实际发电功率和处于正常状态、受限状态下各风电机组理论发电功率计算风电场当前时段的可用发电量；

S5基于所述风电场当前时段的理论发电量、实际发电量和可用发电量，计算当前时段风电场的场内受限电量和场外受限电量。

具体的，S1获取当前时段所有并网风电机组的机舱风速、实际发电功率和工作状态，包括：

S1-1获取当前时段所有并网风电机组的机舱风速

S1-1-1对于稳定获取风电机组机舱风速数据的风电场，可将风电机组机舱风速作为风电机组所在位置的测风数据；

S1-1-2对于无法获取风电机组机舱风速数据或机舱风速数据质量较差的风电场，可依据风电场测风塔数据，计算获得风电机组轮毂位置测风数据，计算方法如下：

V

式中：

V

f——转化函数；

V

k

处于受限状态的风电机组在受限时段内的测风数据应进行修正，方法如下：

V

式中，α和β为修正系数，可通过测风设备监测的风轮前轮毂中心位置处风速和风轮后机舱处风速进行辨识，V

S1-2获取当前时段所有并网风电机组的实际发电功率和工作状态，其中风电机组的工作状态包括：待机、正常、受限和停运。

具体的，S2基于所述所有并网风电机组的机舱风速计算所述各并网风电机组的理论发电功率，并基于所述各并网风电机组的理论发电功率计算风电场当前时段的理论发电量，包括：

S2-1风电机组功率曲线获取

S2-1-1风电机组功率曲线优先采用实际风电机组功率曲线，实际风电机组功率曲线根据非受限时段的风电机组机舱风速及单机功率数据拟合确定，具体方法如下：

公式(3)中，K为核函数，常见的有均匀核、标准正态核和抛物线核等，本标准中采用标准正态核，即：

式中：

P

V

v

P

h——核窗宽，一般取0.1左右；

K——核函数；

m——用于拟合的非限电状态下历史样本数量；

实际风电机组功率曲线并应符合以下规定：

a)用于拟合实际风电机组功率曲线的有效数据长度不应少于1个月，且应选择临近时段的数据；

b)拟合的实际风电机组功率曲线应定期修正，时间间隔不宜超过1个月；

c)每台风电机组的实际功率曲线应分别拟合。

S2-1-2对于无法拟合出实际功率曲线的风电机组，可采用理论风电机组功率曲线，理论风电机组功率曲线应符合GB/T18451.2的规定，且根据实测空气密度校正。空气密度可根据实测气温及气压计算得到(式(5))，平均空气密度可根据逐5min空气密度平均得到(式(6))：

式中：

ρ

B

R——气体常数287.05(J/kg.K)；

T

N——样本个数。

若风电机组理论功率曲线经过实验验证，且实测空气密度在1.225kg/m3±0.05kg/m3范围内，风电机组理论功率曲线无需校正；若在此范围以外，则风电机组理论功率曲线需根据以下方法进行校正。

1)对于失速控制、具有恒定桨矩和转速的风电机组，可利用公式(7)校正：

2)对于功率自动控制的风电机组，可利用公式(8)校正：

式中：

P

P

ρ

V

V

S2-1-3模型优化

如非受限时段内，计算获得的风电场可用发电电量与风电场实际发电电量的月度电量相对偏差大于3％，应对评估模型(即风电机组功率曲线)进行校验。若偏差由模型导致，应对计算模型进行优化，直至满足要求。电量相对偏差的计算方法如下：

式中：

e——电量相对偏差，％；

Δt——功率的采样时间间隔，h；

N′——非受限时段内的样本数量；

P

n——风电场内所有并网风电机组的数量；

T

S2-2风电机组理论发电功率计算

风电机组理论发电功率可根据风电机组轮毂位置处、经修正后的测风数据，采用风电机组功率曲线计算确定，计算方法如下：

其中，C(·)为风电机组功率曲线函数；

P

V

P

V

V

V

S2-3风电场理论发电功率计算

风电场理论发电功率可根据风电机组理论发电功率，按如下方法确定：

式中：

P

n——风电场内所有并网风电机组的数量；

P

S2-4风电场理论发电量计算

风电场理论发电电量可根据风电场理论发电功率，按如下方法确定：

式中：

E

Δt——风电场理论发电功率数据的时间间隔，h；

N

P

具体的，S3基于所述所有并网风电机组的实际发电功率计算风电场当前时段的实际发电量，包括：

风电场实际发电电量可根据风电场实际发电功率，按照如下方法确定：

式中：

E

Δt——风电机组单机功率数据的时间间隔，h；

N

n——风电场内所有并网风电机组的数量；

T

具体的，S4基于处于待机状态、停运状态下的各风电机组实际发电功率和处于正常状态、受限状态下各风电机组理论发电功率计算风电场当前时段的可用发电量，包括：

S4-1风电场可用发电功率可根据待机状态和停运状态下的风电机组单机功率，以及正常状态和受限状态下的风电机组理论发电功率，按如下方法确定：

式中：

P

n

T

n

n

n

S4-2风电场可用发电电量可根据风电场可用发电功率，按如下方法确定：

式中：

E

Δt——风电场可用发电功率数据的时间间隔，h；

N

P

具体的，S5基于所述风电场当前时段的理论发电量、实际发电量和可用发电量，计算当前时段风电场的场内受限电量和场外受限电量，包括：

S5-1风电场场内受限电量可根据风电场理论发电电量和风电场可用发电电量，按照如下方法确定：

E

式中：

E

E

E

S5-2风电场场外受限电量可根据风电场可用发电电量和风电场实际发电电量，按如下方法确定：

E

式中：

E

E

E

采用本发明专利对新疆风电场的理论发电功率、可用发电功率、场内受限电量和场外受限电量进行了评估，结果显示，计算偏差在±1％以内，远远满足相关规定中在±3％以内的要求,验证了本发明专利的有效性和先进性。

实施例2：

本实施例提供了一种场内受限电量和场外受限电量的量化系统如图2所示，包括：

数据采集模块，用于获取当前时段所有并网风电机组的机舱风速、实际发电功率和工作状态；所述工作状态包括：待机、正常、受限和停运；

理论发电量计算模块，用于基于所述所有并网风电机组的机舱风速计算所述各并网风电机组的理论发电功率，并基于所述各并网风电机组的理论发电功率计算风电场当前时段的理论发电量；

实际发电量计算模块，用于基于所述所有并网风电机组的实际发电功率计算风电场当前时段的实际发电量；

可用发电量计算模块，用于基于处于待机状态、停运状态下的各风电机组实际发电功率和处于正常状态、受限状态下各风电机组理论发电功率计算风电场当前时段的可用发电量；

输出模块，用于基于所述风电场当前时段的理论发电量、实际发电量和可用发电量，计算当前时段风电场的场内受限电量和场外受限电量。

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。

最后应当说明的是:以上实施例仅用于说明本申请的技术方案而非对其保护范围的限制,尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。