专利名称：大区电网风电群运行数据监测分析系统的制作方法
技术领域：
本发明关于电网监测技术，特别是关于电网风电群运行数据的监测，具体的讲是一种大区电网风电群运行数据监测分析系统。
背景技术：
风电并网运行是实现风能大规模开发利用的有效途径，然而，风能自身的波动性、随机性和不可控性等不同于传统能源的特点，给风电并网运行、规划带来了许多新问题。风电开发初期，由于风场装机容量较小，这种出力的波动对电力系统的影响很小，所以被看作小的扰动因素，仅利用系统自身的能力耐受这些扰动。然而，随着风电的飞速发展，风场规模不断扩大，风电穿透功率大幅提升，风场出力的随机性、波动性成为不可忽略的因素，需要在运行、规划过程中对其进行充分考虑，并采取相应的措施。我国风电正在经历由小规模、补充性电源向大规模重要电源的角色转换。与迅速增长的风电装机容量相比，国内风电运行相关数据信息的监测工作相对滞后，对风能资源与风电运行的监测分析尚处于初步阶段，还未形成一套公认的、行之有效的监测、评价体系，导致对风资源及风电运行特性的掌握不够深入，不能满足系统运行分析的需求。目前国内外关于风电运行数据分析与评价的研究中，常常以某个单一角度如风能、风电出力波动性、风电调峰作用等为侧重点，进一步结合已有的或作者提出的指标进行具体的计算分析，其中有少部分研究基于实际运行数据，而很大一部分研究则受条件所限仅进行理论分析或采用人为生成的数据，导致分析结果的参考价值受限。因此，建立一套完整的风电运行数据监测体系，实现对风电及系统实际运行数据不同时间、空间角度的监测析，可以为风电历史运行情况评价以及未来系统规划等领域提供重要参考信息。
发明内容
本发明实施例提供了一种大区电网风电群运行数据监测分析系统，该包括:风机设备，信息采集终端，数据调度服务器及数据监测服务器；所述的信息采集终端，用于采集所述大区电网中所述风机设备的单台风机容量信息，单台风机出力信息以及各风场的风资源信息，并根据所述的单台风机容量、单台风机出力信息生成各个风场的单个风场容量信息及单个风场出力信息；数据调度服务器，接收所述数据采集终端上传的所述各个风场的单个风场容量信息、单个风场出力信息及各风场的风资源信息，并根据各个风场的单个风场容量信息及单个风场出力信息生成区域风场出力信息、总风场装机容量信息以及负荷信息；数据监测装置，根据预先存储的风电群运行数据监测指标对所述区域风场出力信息、总风场装机容量信息、负荷信息以及各风场的风资源信息进行监测，生成大区电网风电群运行数据监测结果。为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明公开一种大区电网风电群运行数据监测分析系统的示意图；图2为本发明大区电网风电群运行数据监测分析系统的数据检测装置的框图；图3为本发明数据获取及计算的基本流程图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明公开了一种大区电网风电群运行数据监测分析系统，如图1所示，该系统包括:风机设备101，信息采集终端102，数据调度服务器103及数据监测服务器104 ；信息采集终端102，用于采集大区电网中各风机设备101的单台风机容量信息，单台风机出力信息，单台风机出力信息以及各风场的风资源信息，并根据各风场所属的单台风机容量、单台风机出力生成各个风场的单个风场容量信息及单个风场出力信息。其中，通过现场测量设备对单台风机出力信息、单台风机出力信息以及各风场的风资源信息进行采集，将采集的信息输入信息采集终端102，完成数据信息采集终端102的信息采集，本发明中的信息采集终端可以为计算机或其它可进行数据输入的设备。数据调度服务器103，接收数据采集终端102上传的各个风场的单个风场容量信息、单个风场出力信息及各风场的风资源信息，并根据各个风场的单个风场容量信息及单个风场出力信息生成区域风场出力信息、总风场装机容量信息以及负荷信息。其中，本发明的数据调度服务器103包括:格式转换单元，用于对接收到的所述各个风场的单个风场容量信息、单个风场出力信息及各风场的风资源信息进行格式转换，得到数据格式统一的可用数据进行存储。数据监测装置104，根据预先存储的风电群运行数据监测指标对区域风场出力信息、总风场装机容量信息、负荷信息以及各风场的风资源信息进行监测，生成大区电网风电群运行数据监测结果。如图2所示，其中，数据检测装置104包括:指标存储单元1041，用于预先存储风电群运行数据监测指标；风资源监测处理单元1042，用于根据预先存储的所述的风资源评价指标对风资源信息进行检测；风电运行监测处理单元1043，用于根据预先存储的风电运行评价指标对区域风场出力信息、总风场装机容量信息、负荷信息进行监测数据进行监测。此外，本发明的大区电网风电群运行数据监测分析系统还包括:数据存储装置，用于存储所述信息采集终端采集的所述大区电网中所述风机设备的单台风机容量信息，单台风机出力信息以及各风场的风资源信息，所述信息采集终端生成的各个风场的单个风场容量信息及单个风场出力信息，所述调度服务器生成的区域风场出力信息、总风场装机容量 目息以及负荷 目息。本发明提出了以风资源评价指标体系、风电运行与规划评价指标体系为主的风电运行数据评价分析指标体系。集成了常用的各种评价指标，同时结合电网实际运行中的关注点提出了若干新的评价指标，最终在对各种指标分层、梳理的基础上建立了一套可以用于对风电历史运行数据多时空角度计算与分析的指标体系。该指标体系包含风资源、风电运行特性、风电与电网交互作用三个层次。风资源评价分析指标综合考虑风速等气象信息以及风机运行特点，分别从风能储量、利用小时数、对风机出力影响等方面定义以综合反映风资源特点，时间尺度跨越了从分钟、小时到天、季度、年的完整时间周期。风电运行、风电与系统作用从空间特性上包括了场、场群以及整个区域等不同层次。评价分析指标在沿用传统指标的基础上进一步考虑了风电出力波动对负荷波动的贡献情况，整个指标体系完整、实用，可从多角度全面反映风电自身的特点以及风电对电网的影响规律。之后在该指标体系的基础上，建立一套完整的数据采集、处理、分析、存储系统，除包含如风场台账等静态信息外主要集合了风场实时出力及负荷等动态信息；不但能够提供常规的风电日报、周报等报表，还能够根据调度及分析人员的需求计算各种指标。本发明提出的大区电网风电群运行数据监测分析系统，在大区电网风电运行数据分析与评价综合体系在理论方面和实际应用中的完整技术方案如下:本发明的风电群运行数据监测指标包括风资源评价指标和风电运行评价指标，分别从风资源和风电运行两个宏观角度构建该指标体系的整体框架，在此基础上具体建立指标体系如下:I)风资源评价指标体系指标主要涉及风速、风功率密度、风速波动等各个方面，除包括基本的反映风资源情况的指标外，也提出了考虑风机出力特点的针对性指标，对评估风场出力大幅增加或减少的极端情况具有很强的指导意义。
具体涉及指标及计算方法列写如下:平均风速。这一指标是对地区风速的直接衡量，从一定程度上反应了该地区的风资源丰富情况。平均风功率密度。这一指标是综合考虑了空气密度和风速后的对风资源本身具有的能量水平的衡量，直接反应了该地区风资源的丰富情况。风速概率分布。一般普遍认为风速服从威布尔分布，通过对风速数据的统计分析，可以得到风速的概率分布图，进一步可以利用威布尔分布进行拟合得到拟合参数，这一概率分布体现了该地区风速的分布情况。最大风速波动(正向/反向)。考虑不同时间尺度下的风速最大波动值，主要反映风资源自身的波动极端情况，同时带来风电出力的大幅波动，进而影响潮流情况，可能导致事故的发生。最大有效小时数。对涉及地区选用的不同型号风机的切入切出风速进行统计，取所有切入风速(vl)的最小值(Vlmin)和切出风速(ν2)的最大值(v2max)，将风速介于这两者之间的持续时间作为最大有效小时数，这一指标考虑了实际情况下风机对风能的利用情况，因为并非所有风速段的风资源都能够被风机转化，而是有一定的范围，而这一指标是综合考虑了各种型号的风机后计算得到的有效小时数最大值。最大有效风速出现概率。基于拟合得到的风速概率密度函数或者实测数据，统计风速介于Vlmin和v2max时出现的概率，这一指标从概率的角度分析了风资源能够被有效利用的情况出现的概率。最大风速。反映该地区风速最大的情况,最大风速越大,对风机的破坏力越强,若风速大于风机的切出风速，会导致风机自动切机。风速峰值/谷值出现时间。一天内风速最大/最小值出现时间点的概率统计。风速方差。根据测量的风速序列计算得到的方差，表征该地区的风资源波动情况，一般风资源波动剧烈，可能导致风电出力波动也会比较剧烈。风速波动概率分布。直观反映风速波动的分布情况，可以看到不同波动的出现概率，进一步为风电的运行分析提供参考信息。平均风速波动。反映风速波动的整体水平，风速整体波动情况越严重，风电出力的波动情况也越严重。风资源不均衡系数。选择某一区域中几个风场平均风速最大值作为参考VMf，利用其他区域的平均风速可以得到风资源系数Bi = Vi/Vd，对所有的ai求均值得到风资源不均衡系数。该值越接近于1，说明风资源分布越均衡，反之越不均衡。区域平均风速介于切入风速和额定风速之间时出现大幅增加/减小的概率。风功率的快速增加可能导致系统动作不及时，最终导致无功补偿不平衡，于是进一步使得风电接入点电压越限。区域平均风速从小于/大于切出风速增大/减小到切出风速之上/之下的出现概率。这一指标是结合实际工程需要提出的一个新的指标，因为风速在切出风速附近波动时，容易引起风机输出功率的大幅波动，这种波动带来的电压变化可能引起保护动作，进一步造成风机切机甚至大面积脱网的情况出现。所以引入这一指标有利于前期评估或者在运行中分析风资源波动可能带来的恶劣影响，为风场建设以及运行控制提供参考信息。2)风电运行评价指标体系指标主要涉及风场出力特性、风场与系统交互作用两个方面。其中，综合考虑风场出力与装机容量以评价风电运行效率；分析风电不同时空尺度下的波动特点以为风场控制、系统一次、二次调频提供参考信息；结合电网的负荷情况分析风电的反调峰作用，以评估风电接入对系统调峰的影响，同时提出用于描述风电波动对负荷波动贡献率的指标，刻画了风电的随机波动在平衡负荷波动方面的能力。具体涉及指标及计算方法列写如下:风机总台数；风电总装机容量；风场占地面积；风机型号；风电场总数目；风机总台数；风电总装机容量；风电理论穿透率概率分布:风电装机容量占负荷比例的概率分布，反映了一个地区的风电发展水平:风电实际穿透率概率分布:风电实际出力占负荷比例的概率分布，这是风电实际运行状况的反应。其中:某时刻风电理论穿透率:该时刻风电装机容量占负荷的比例:
某时刻风电理论穿透率=该时刻=
该时刻负荷某时刻风电实际穿透率:该时刻风电实际出力占负荷的比例:
某时刻风电实际穿透率
该时刻负荷一般研究中，最常采用的是风电穿透率这一指标，定义为风电装机容量占系统总负荷的比例。但由于实际风电出力与风电装机容量有明显的差异，而负荷自身也处在变化之中，所以在本指标体系中，提出了某时刻风电理论穿透率与实际穿透率两个指标，将风电穿透率细化至具体时间点，并通过进一步的比较分析给出某一时段内的整体风电穿透率的统计信息，更具有实际应用价值。风电穿透率最大值/均值；典型日指标随时间的变化曲线；最大值/最小值出现的时间点概率分布；风电出力变化(波动):相隔某一时间段的两个时间点风电出力均值的差值:AP = P (t+T) -P (t)风电出力变化率(波动率):风电出力变化占风机额定容量的百分比:P%= P{t + T^~P^ X100%
base其中，Λ P表示风电出力变化，P %表示风电出力变化率，P (t+T)表示t+T时刻的风电出力，P(t)表示t时刻的风电出力，Pbase表示风机额定容量，对于不同的时间尺度，T对应不同的数值。风电出力变化(率)概率分布；累加出现概率为98%对应的变化(率)R(取绝对值)；风电出力变化(率)(取绝对值)均值；风电出力变化(率)正/反向变化最大值；正/反向变化出现概率；正/反向变化最大值出现时间；风电出力占比(可用率):实测风电有功功率占额定容量的百分比为:
base式中Pr(t)为t时刻风电实测出力值，Pbase为风电额定容量。风电出力占比概率分布。指定概率P下的风电出力占比ηρ。 即风电出力占比在Hp以下的概率为P，反之，风电出力达到Πρ以上的概率为1-Ρ。弃风概率ρ。。若风电出力占比达到某一值以上便弃风，则弃风概率即为风电出力达到该值以上的概率。弃风电量。即按照一定的弃风概率弃风时，损失的累计电量。弃风电量占比。弃风电量占总发电量之比。引入弃风指标也是本指标体系的创新点之一。因为在实际运行中，风电大发时的出力并不能被系统完全消纳，所以此时往往采取弃风的措施以保证系统的电力平衡。在已有的研究中，经常直接使用切机容量来衡量弃风容量，但这显然不能真实反映损失的电量情况，所以本指标体系 中将弃风指标建立在风场实际出力数据的基础之上，并且可以从指定弃风概率或者指定弃风比例的两个角度进行统计分析。风电出力占比最大值/均值。风电零出力概率。风电出力小于IOMW的出现概率。负荷高峰(上午10点-12点、晚上19点-21点)/低谷(凌晨O点_6点)时期风电出力占比概率分布。保证容量Cg。负荷高峰时段，95%的情况下风电占比大于Cg。反映负荷高峰期间，风电能够确保提供的容量比例，便于为电力平衡设计中其他电源的规划提供参考。有效出力Ce。负荷低谷时段，95%的情况下风电出力占比小于Ce。设与Piniax与Piniin为第i天系统原始负荷最大值与最小值，Piniax'与Piniin'为第i天系统净负荷最大值与最小值，Pvi与Pv/分别表示第i日原始负荷峰谷差与净负荷峰谷差，与分别表示第APvi为第i天风电接入前后系统峰谷差的变化值，η为观测时段的总天数，则上述各参量具有下述关系:Pvi = Pimax-PiminPvi — Pimax _PiminΛΡν = Ρν「Ρν ,其中i e [I, n], APvi为负表示风电起到反调峰的作用，APvi为正表示风电起到正调峰的作用。基于上述参量，进一步定义各个指标如下。系统峰谷差变化概率分布。即APvi的概率分布，直观展示风电接入后对调峰的影响情况，也为系统选择调峰机组容量提供参考。风电最大反调峰量Λ Pmnpv。即峰谷差增加最大值，反映了风电接入后对机组调峰能力的额外需求。电起反调峰作用时系统接入风电前后峰谷差绝对值的最大值，如下式所
/Jn οΔ Pmnpv = max | Δ Ppvi |，Δ Ppvi < O, i e [I, η]净负荷峰谷差概率分布；系统最大峰谷差正变化APmppv:风电起正调峰作用时系统接入风电前后峰谷差绝对值的最大值，如下式所示。APmppv = max Δ Ppvi, APpvi > O, i e [I, η]反调峰出现概率。即风电接入后净负荷峰谷差增大的情况占总情况的比例，反映风电对系统调峰产生不利影响的出现概率；风电正/反调峰量最大的出现时间。
风电对负荷波动贡献率(Contribution rate):即相邻时间点风电出力变化率与负荷变化率之比。
权利要求
1.一种大区电网风电群运行数据监测分析系统，其特征在于，所述的大区电网风电群运行数据监测分析系统包括:风机设备，信息采集终端，数据调度服务器及数据监测服务器； 所述的信息采集终端，用于采集所述大区电网中所述风机设备的单台风机容量信息，单台风机出力信息以及各风场的风资源信息，并根据所述的单台风机容量、单台风机出力信息生成各个风场的单个风场容量信息及单个风场出力信息； 数据调度服务器，接收所述数据采集终端上传的所述各个风场的单个风场容量信息、单个风场出力信息及各风场的风资源信息，并根据各个风场的单个风场容量信息及单个风场出力信息生成区域风场出力信息、总风场装机容量信息以及负荷信息； 数据监测装置，根据预先存储的风电群运行数据监测指标对所述区域风场出力信息、总风场装机容量信息、负荷信息以及各风场的风资源信息进行监测，生成大区电网风电群运行数据监测结果。
2.如权利要求1所述的大区电网风电群运行数据监测分析系统，其特征在于，所述的数据调度服务器包括: 格式转换单元，用于对接收到的所述各个风场的单个风场容量信息、单个风场出力信息及各风场的风资源信息进行格式转换。
3.如权利要求1所述的大区电网风电群运行数据监测分析系统，其特征在于，所述的大区电网风电群运行数据监测分析系统还包括: 数据存储装置，用于存储所述信息采集终端采集的所述大区电网中所述风机设备的单台风机容量信息，单台风机出力信息以及各风场的风资源信息，所述信息采集终端生成的各个风场的单个风场容量信息及单个风场出力信息，所述调度服务器生成的区域风场出力信息、总风场装机容量信息以及负荷信息。
4.如权利要求1所述的大区电网风电群运行数据监测分析系统，其特征在于，所述的数据监测装置还包括: 指标存储单元，用于预先存储所述的风电群运行数据监测指标。
5.如权利要求4所述的大区电网风电群运行数据监测分析系统，其特征在于，所述的风电群运行数据监测指标包括风资源评价指标和风电运行评价指标。
6.如权利要求5所述的大区电网风电群运行数据监测分析系统，其特征在于，所述的数据监测装置还包括: 风资源监测处理单元，用于根据预先存储的所述的风资源评价指标对所述的各风场的风资源信息进行检测； 风电运行监测处理单元，用于根据预先存储的风电运行评价指标对所述的区域风场出力信息、总风场装机容量信息、负荷信息进行监测。
全文摘要
本发明公开了一种大区电网风电群运行数据监测分析系统，包括风机设备，信息采集终端，数据调度服务器及数据监测服务器；信息采集终端，用于采集单台风机容量信息，单台风机出力信息以及各风场的风资源信息，生成各个风场的单个风场容量信息及单个风场出力信息；数据调度服务器，接收各个风场的单个风场容量信息、单个风场出力信息及各风场的风资源信息，并根据各个风场的单个风场容量信息及单个风场出力信息生成区域风场出力信息、总风场装机容量信息以及负荷信息；数据监测装置，根据预先存储的风电群运行数据监测指标对区域风场出力信息、总风场装机容量信息、负荷信息以及各风场的风资源信息进行监测，生成大区电网风电群运行数据监测结果。
文档编号H02J13/00GK103199616SQ20121000170
公开日2013年7月10日 申请日期2012年1月4日 优先权日2012年1月4日
发明者涂少良, 沈卫东, 徐华, 张建峰, 李付强, 赵炜炜, 李群炬, 吴涛, 王丰, 梁玉枝, 鲁宗相, 李剑楠, 孔涛, 罗玮, 王凯 申请人:华北电力科学研究院有限责任公司, 华北电网有限公司, 清华大学