一种基于机舱风速功率曲线的风电场理论功率评估方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种风力发电技术领域的方法，具体讲涉及一种基于机舱风速功率曲 线的风电场理论功率评估方法。
【背景技术】
[0002] 随着风电的快速发展，由于消纳能力有限造成的弃风现象频现，同时也存在由于 故障停机等原因造成的电量损失，如何科学评估这些电量损失及其成因已经越来越受到业 内的广泛关注。要评估电量损失，首先需要对风电机组/风电场的理论功率进行评估，该能 力也称"理论功率"。
[0003]实际生产中，风电场向调度上报的电量损失，有的用装机容量作为理论功率，有的 采用计算时段起、止时刻功率的平均值作为理论功率，有的用预测功率作为理论功率，这些 方法由于缺乏理论基础或误差过大，不宜作为评估风电场发电能力的依据。
[0004] 现有技术中，针对弃风电量评估风电场理论功率的方法主要包括标杆风机法、历 史数据法两类。
[0005] 标杆风机法为在弃风时段保留几台风机正常运行，根据这几台风机的实际功率推 算整个风电场的理论功率。由于风机出力受到地表状况、风向、风机尾流等因素的影响，不 同风机的出力并非简单的线性关系，且实时发生着变化，因而标杆风机法存在过度简化的 问题，容易带来较大的计算误差，特别是在风电场地形等条件较为复杂的情况下。
[0006] 历史数据法有几种变形，但基本思想都是根据非弃风时段的历史数据建立风电场 输出功率与测风数据之间的映射关系，再根据映射关系推算弃风时段风电场的理论功率。 现有的历史数据法都针对整个风电场，从宏观角度进行分析，难于进行精细化计算，因而计 算精度一般也不高。
[0007] 因此，需要提供一种误差小、精度高的风电场理论功率评估方法。
【发明内容】
[0008]为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于机舱风速功率曲线的风电场理 论功率评估方法。
[0009]实现上述目的所采用的解决方案为：
[0010] -种基于机舱风速功率曲线的风电场理论功率评估方法，其改进之处在于：所述 方法包括以下步骤：
[0011] I、确定风电机组正常运行时段内所述风电机组的机舱风速计的测量数据和所述 风电机组的实际输出功率；
[0012] II、确定风电机组正常运行时段内的所述测量数据和所述实际输出功率的风速功 率曲线；
[0013]III、确定风电机组非正常运行时段内所述风电机组的理论功率；
[0014]IV、确定所述风电机组非正常运行时段内所述风电场的理论功率。
[0015] 进一步的，所述步骤II中，运用分段函数拟合法建立如下式所示的风电机组正常 运行时段内的所述测量数据和所述实际输出功率的风速功率曲线：
[0016]
[0017] 式中，p为风轮的输出功率，Cp为风能利用系数，P为空气密度，R为风轮半径，s为机舱风速修正系数，Vs为机舱风速计测量风速，vin为切入风速，VMted为额定风速，Vciut为 切出风速，pratad为额定输出功率。
[0018] 进一步的，所述步骤II中，运用功率曲线表法建立所述风速功率曲线；
[0019] 所述功率曲线表法包括：将获取的机舱风速数据分为若干区间，计算每个机舱风 速区间内对应功率值的平均值，作为与风速对应的功率值。
[0020] 进一步的，所述步骤III中，风电机组非正常运行时段，修正所述风电机组正常运 行时段内的所述机舱风速和所述实际输出功率的映射关系。
[0021] 进一步的，所述步骤III中，在风电机组非正常运行时段，根据风电机组的机舱风 速计的测量数据与修正后的所述映射关系，计算所述风电机组的理论功率。
[0022] 进一步的，所述步骤IV中，根据所述风电机组的理论功率按下式确定风电机组非 正常运行时段内所述风电场的理论功率：
[0023]
[0024] 其中，Pl为某一时刻风电机组的理论功率；n为风电场内风机的台数；P为该时刻 风电场的理论功率。
[0025] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0026] 1、本发明提供的方法无需建立测风塔，能大幅降低风电场的运维成本，也可避免 流场计算过程中由于距离过长、参数或方法选择不当引入的误差，提高计算精度。
[0027]2、本发明提供的方法计算细化到单台风机，不仅有利于提高计算精度，且便于根 据停机方式灵活设置计算方案，准确区分电量损失的来源是调度弃风还是风机故障等原 因。
[0028] 3、本发明提供的两种风速功率曲线建立方法，可根据实际需要进行选择。风速功 率拟合法中基于风速、功率数据，采用分段函数拟合得到功率曲线的数学表达式，能够对全 区段风速与功率的关系进行准确描述，不会产生由于插值或均值计算带来的误差。功率曲 线表法无需求解数学函数，较为简便，实际应用中，适用于数据量较大、质量较好、覆盖率较 全的情况，风速区间越小，形成的功率曲线表及功率计算结果精度越高。
[0029] 4、本发明提供的方法得到的理论功率可细化到单台风机，不仅可用于评估风电场 的电量损失，还能精细化区分电量损失来源（调度弃风、风机故障），从而为电网与风电场 清晰、准确评估各自原因造成的电量损失量提供了科学的依据。
[0030] 5、本发明提供的方法得到的理论功率由于精度较高、精细到单机，还可以作为输 入量用于超短期风电功率预测、短期风电功率预测在线修正、短期风电功率预测离线建模， 以及其它与风电场输出功率相关的科学研究，有利于提高风电场的科学管理水平、运营效 率与经济效益。
【附图说明】
[0031] 图1为本发明方法的流程图；
[0032] 图2为本实施例中风电机组机舱风速功率曲线示意图。
【具体实施方式】
[0033] 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。
[0034] 如图1所示，图1为本发明方法的流程图；本发明提供一种基于机舱风速功率曲线 的风电场理论功率评估方法，该方法包括以下步骤：
[0035] 步骤一、确定风电机组正常运行时段内，所述风电机组的机舱风速计的测量数据 和所述风电机组的实际输出功率；
[0036] 步骤二、确定风电机组正常运行时段内的所述机舱风速计的测量数据和所述实际 输出功率的风速功率曲线；
[0037] 步骤三、确定风电机组非正常运行时段内所述风电机组的理论功率；
[0038] 步骤四、确定所述风电机组非正常运行时段内所述风电场的理论功率。
[0039] 步骤二中，确定风电机组正常运行时段内的所述机舱风速计的测量数据和所述实 际输出功率的风速功率曲线提供两种方法。
[0040] ①、方法一：功率曲线拟合法
[0041] 具体包括以下步骤：S101、按下式确定风电机组输出功率与所述风电机组上风向 风速能量转换关系：
[0042]
[0043] 其中，p为风轮的输出功率，Cp为风能利用系数，P为空气密度，R为风轮半径，v 为