一种测风网络优化选址与布局方法
【专利摘要】本发明公开了一种测风网络优化选址与布局方法，主要包括：分析当前测风网络中测风塔的分布情况和覆盖范围；根据分析结果，在当前测风网络未覆盖的区域，增加监测点；根据与当前测风网络相应的风电场的位置，对上述增加的监测点进行微调；采用当前测风网络校验对本次微调结果进行校验，当本次微调结果满足预设参数时，当前测风网络优化完成；当本次微调结果不满足预设参数时，返回继续对当前网络进行优化处理；预设参数，包括当前测风网络的覆盖区域、覆盖风向和测风塔之间的距离。本发明所述测风网络优化选址与布局方法，可以克服现有技术中抗干扰能力弱、适用范围小和操作难度大等缺陷，以实现抗干扰能力强、适用范围大和操作难度小的优点。
【专利说明】一种测风网络优化选址与布局方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及风力发电过程中风资源监测【技术领域】，具体地，涉及一种测风网络优化选址与布局方法。
【背景技术】
[0002]我国风电进入规模化发展阶段以后所产生的大型风电基地多数位于“三北地区”(西北、东北、华北)，大型风电基地一般远离负荷中心，其电力需要经过长距离、高电压输送到负荷中心进行消纳。由于风资源的间歇性、随机性和波动性，导致大规模风电基地的风电出力会随之发生较大范围的波动，进一步导致输电网络充电功率的波动，给电网运行安全带来一系列问题。
[0003]截至2013年10月，甘肃电网并网风电装机容量已达到663万千瓦，成为仅次于火电的第二大主力电源。随着风电并网规模的不断提高，风力发电的不确定性和不可控性给电网的安全稳定经济运行带来诸多问题。对风力发电过程中风资源监测技术进行研究，变可以更好的预测未来一段时间内风能的变化趋势，从而可以更精确的对风电功率进行预测和校正，提高预测精度，促进新能源发电的发展。
[0004]传统的测风塔建设思路一般为独立选址，即一个风电场配建一个测风塔，但对于超大型风电基地，传统的测风塔选址思想既不适用也不高效。为此，需要引入测风网络的建设思路，将风电基地重点监测区域作为整体考虑，宏观与微观相结合进行测风塔优化布局，形成包含多测风塔的测风网络，通过测风塔之间的数据联合应用，以最低的建设成本，实现对区域风能资源的高效监测。在实际应用中，测风网络的数据有多种应用方式，如一个测风塔对应多个风电场、多个测风塔对应一个风电场、多个测风塔对应多个风电场(区域)等方式。
[0005]传统的测风塔独立选址方法至少存在以下局限性:
I)监测风向受限:传统测风塔一般建于风电场主导风向的上风向，当实际风向与主导风向不一致时，测风塔不能准确反映风电场所在区域的风况，当实际风向与主导风向相反时，测风塔还将受到风电场尾流的影响。
[0006]2)不适用于大型风电基地:风电基地的风电场连片分布，根据传统方法适合建测风塔的位置已被其它风电场占用，或受其它风电场尾流影响严重。
[0007]在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在抗干扰能力弱、适用范围小和操作难度大等缺陷。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种测风网络优化选址与布局方法，以实现抗干扰能力强、适用范围大和操作难度小的优点。
[0009]为实现上述目的，本发明采用的技术方案是:一种测风网络优化选址与布局方法，主要包括: a、分析当前测风网络中测风塔的分布情况和覆盖范围；
b、根据分析结果，在当前测风网络未覆盖的区域，增加监测点；
C、根据与当前测风网络相应的风电场的位置，对上述增加的监测点进行微调；d、采用当前测风网络校验对本次微调结果进行校验，当本次微调结果满足预设参数时，当前测风网络优化完成；当本次微调结果不满足预设参数时，返回步骤b，继续对当前网络进行优化处理；所述预设参数，包括当前测风网络的覆盖区域、覆盖风向和测风塔之间的距离。
[0010]进一步地，在所述步骤a中，所述当前测风网络中测风塔的分布情况具体包括测风塔与风电场的距离约为lkm-8km。
[0011]进一步地，在所述步骤a中，所述当前测风网络中测风塔的分布情况具体包括测风塔与风电场的距离约为lkm-5km。
[0012]进一步地，在步骤b中，所述在当前测风网络未覆盖的区域，增加监测点的操作，具体包括:
沿主风向增加监测点:酒泉地区的主导风向为东偏北风、西偏南；以及，结合测风网络上下游效应的应用，在监测区域的东偏北、西偏南方向增加或加密监测点。
[0013]进一步地，在步骤b中，所述在当前测风网络未覆盖的区域，增加监测点的操作，具体包括:
干河口地区的北方向、东方向和南方向，以及玉门地区南部，增加或加密监测点。
[0014]进一步地，在所述步骤d中，在所述预设参数中，所述覆盖区域，具体包括当前测风网络能覆盖监测区域的全部范围。
[0015]进一步地，在所述步骤d中，在所述预设参数中，所述覆盖风向，具体包括当前测风网络内部各测风塔在监测区域各方向都不受各风向条件下的风电场尾流影响。
[0016]进一步地，在所述步骤d中，在所述预设参数中，所述测风塔之间的距离具体包括10-25 km。
[0017]进一步地，在所述步骤d中，在所述预设参数中，所述测风塔之间的距离具体包括10-20 km。
[0018]进一步地，在所述步骤d中，在所述预设参数中，所述测风塔之间的距离具体包括临近风电场的测风塔之间的间隔，小于远离风电场的测风塔之间的间隔。
[0019]本发明各实施例的测风网络优化选址与布局方法，由于主要包括:分析当前测风网络中测风塔的分布情况和覆盖范围；根据分析结果，在当前测风网络未覆盖的区域，增加监测点；根据与当前测风网络相应的风电场的位置，对上述增加的监测点进行微调；采用当前测风网络校验对本次微调结果进行校验，当本次微调结果满足预设参数时，当前测风网络优化完成；当本次微调结果不满足预设参数时，返回继续对当前网络进行优化处理；预设参数，包括当前测风网络的覆盖区域、覆盖风向和测风塔之间的距离；可以对大型风电基地特殊情况的应对，优化资源利用效率，提高风能监测水平；从而可以克服现有技术中抗干扰能力弱、适用范围小和操作难度大的缺陷，以实现抗干扰能力强、适用范围大和操作难度小的优点。
[0020]本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。[0021]下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中:
图1为甘肃酒泉地区测风网络优化布局规划方案图；
图2为测风网络规划方案与原有测风塔关系图；
图3为本发明测风网络优化选址与布局方法中测风网络修正方案与原有测风塔关系
图；
图4为本发明测风网络优化选址与布局方法中甘肃酒泉地区测风网络优化布局最终方案图；
图5为本发明测风网络优化选址与布局方法中测风网络最终方案覆盖范围示意图；
图6为本发明测风网络优化选址与布局方法中迭代过程图。
【具体实施方式】
[0023]以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
[0024]测风网络优化选址方法主要有以下几点优势:
I)提高测风塔利用率:风电基地的风电场距离较近，如果合理选址，两个或多个风电场可共用一个测风塔。
[0025]2)提高区域风能监测能力:当测风塔形成网络后，采用测风塔的上下游效应、多测风塔输入、差值计算等方法能效提高区域风能资源计算的范围和准确性。
[0026]3)提高风向适应性:对测风网络而言，各风向上都设有不受尾流影响的测风塔，测风网络的风向适应性远高于独立测风塔。
[0027]因此，测风网络的建设思路不仅是对大型风电基地特殊情况的应对，更是着眼于优化资源利用效率、提高风能监测水平的对风能资源监测方法的创新。
[0028]基于测风塔影响要素研究、测风塔与风电场(群)的合理距离研究，大型风电场对区域气候影响研究、测风塔相关性及覆盖范围等研究基础上，根据本发明实施例，如图1-图6所示，提供了一种测风网络优化选址与布局方法。
[0029]本实施例的测风网络优化选址与布局方法，主要包括:
a、分析当前测风网络中测风塔的分布情况和覆盖范围；
在步骤a中，当前测风网络中测风塔的分布情况具体包括测风塔与风电场的距离约为Ikm-Skm ;优选地，当前测风网络中测风塔的分布情况具体包括测风塔与风电场的距离约为lkm_5km0
[0030]b、根据分析结果，在当前测风网络未覆盖的区域，增加监测点；
在步骤b中，在当前测风网络未覆盖的区域，增加监测点的操作，具体包括:沿主风向增加监测点:酒泉地区的主导风向为东偏北风、西偏南；以及，结合测风网络上下游效应的应用，在监测区域的东偏北、西偏南方向增加或加密监测点；和/或，
在步骤b中，在当前测风网络未覆盖的区域，增加监测点的操作，具体包括:干河口地区的北方向、东方向和南方向，以及玉门地区南部，增加或加密监测点；
C、根据与当前测风网络相应的风电场的位置，对上述增加的监测点进行微调；
这里，由于部分监测点的规划位置无法满足实际建设要求，如规划位置地形不平整、周边有障碍物、临近道路等问题。为此，需要针对每个规划点进行实地踏勘，对不满足建设要求的监测点位置进行局部调整，即微调。
[0031]d、采用当前测风网络校验对本次微调结果进行校验，当本次微调结果满足预设参数时，当前测风网络优化完成；当本次微调结果不满足预设参数时，返回步骤b，继续对当前网络进行优化处理；预设参数，包括当前测风网络的覆盖区域、覆盖风向和测风塔之间的距离；
在步骤d中，在预设参数中，覆盖区域，具体包括当前测风网络能覆盖监测区域的全部范围；和/或，
在步骤d中，在预设参数中，覆盖风向，具体包括当前测风网络内部各测风塔在监测区域各方向都不受各风向条件下的风电场尾流影响；和/或，
在步骤d中，在预设参数中，测风塔之间的距离具体包括10-25 km ;优选地，测风塔之间的距离具体包括10-20 km ;和/或，
在步骤d中，在预设参数中，测风塔之间的距离具体包括临近风电场的测风塔之间的间隔，小于远离风电场的测风塔之间的间隔。
[0032]上述实施例的测风网络优化选址与布局方法，主要包括以下原则:
⑴全区域监测:测风网络能覆盖监测区域的全部范围；
⑵全风向监测:为避免风电场尾流影响，在监测区域各方向都设置测风塔，以保证在各风向条件下都有不受风电场尾流影响的测风塔；
⑶测风塔间隔距离约10-20km:根据本发明技术方案对于风电场测风塔相关性及覆盖范围的研究成果，酒泉地区测风塔的有效覆盖半径约为10km，5km内效果最佳。因此，本发明技术方案采用测风塔间隔约10-20km，临近风电场的测风塔应适当加密，远离风电场的测风塔适当稀疏的原则进行测风塔选址。此外，由于测风网络可基于多个测风塔数据进行风能计算，因而每个测风塔的实际监测范围大于常规测风塔，因而非重点监测区域的测风塔间距可放宽至25km ；
⑷测风塔与风电场距离lkm-5km:根据风电场(群)尾流影响研究结果，测风塔与风电场的距离一般不超过Ikm ;根据测风塔覆盖范围的CFD仿真研究结果，测风塔与风电场的距离应小于8km，并以5km以下为最佳。因而，本发明技术方案选址原则为测风塔与风电场的距离约为lkm-5km,个别条件不具备的位置,可适当放宽至8km以内；
(5)测风塔布局于监测区域周边:测风塔应尽量避免风电场尾流的影响，排布于区域周边。但如果全部测风塔都排布于周边，由于酒泉地区风电场群规模过大(30-50km)，区域内部会形成多处监测盲区，无法满足全区域监测的要求。为此，在监测区域内部，可突破测风塔与风电场距离的限制，适当增加监测点；
(6)沿主风向增加监测点:酒泉地区的主导风向为东偏北风、西偏南，为提高测风塔的利用率，结合测风网络上下游效应的应用，在监测区域的东偏北、西偏南方向可适当增加或加密监测点；
(7)敏感区域增加监测点:数值模拟研究结果显示，大型风电场建设后将影响区域气候，其中干河口地区北、东、南，玉门地区南部为受影响较大的敏感区域，在这些区域可适当增加或加密监测点。
[0033]基于以上原则，本发明的技术方案形成了测风网络优化布局的规划方案，参见图1。图1中三个实线所框出的区域内部为风能实时监测区域，各深色方块表示风电场建设区域，*为测风塔选址位置。图1显示的方案共包含测风塔36座，其中有3座测风塔位于监测区域内部(北大桥区域2座、桥湾区域I座)，其余测风塔位于监测区域周边。3座区域内测风塔用于解决监测盲区问题，3座测风塔与周边风场的最小距离为1.4km，满足要求。
[0034]上述实施例的测风网络优化选址与布局方法，在测风网络优化布局规划方案的基础上，本发明技术方案结合工程实际情况进行了微观选址与修正，形成测风网络优化布局的最终方案，微观选址与修正工作主要包含以下步骤:
⑴分析已有测风塔的分布情况和覆盖范围
由于甘肃酒泉地区已建大量测风塔，原有测风塔多数性能良好，有的测风高度达到10m0这些测风塔经过改造能满足风能资源监测的要求。测风网络如果能利用原有测风塔，将节约大笔建设费用，并有效增加测点数量，从而提高测风网络的经济性与监测效果。为此，本着就近原则、保留优质测风塔原则，本发明技术方案对规划方案进行了调整。调整前，测风网络规划方案与原有测风塔位置关系参见图2 ;调整后，测风网络修正后方案与原有测风塔位置关系参见图3，图3中箭头为原有测风塔，*为测风网络的测风塔，其中带圆圈标记的*为需要新建的测风塔。
[0035]⑵对于未覆盖的区域，增加监测点
在利用原有测风塔的前提下，可以适当增加区域内监测点。如可在干河口区域内增加一个测点，虽然该监测点距离最近的风电场0.75km，不满足>lkm的要求，但它能有效解决监测盲区问题，是对原有测风网络经济、有益的补充。
[0036]⑶根据风电场位置对监测点进行微调
部分监测点的规划位置无法满足实际建设要求，如规划位置地形不平整、周边有障碍物、临近道路等问题。为此，本发明技术方案针对每个规划点进行了实地踏勘，对不满足建设要求的监测点位置进行了局部调整，形成了测风网络的修正方案。
[0037]⑷测风网络覆盖范围检验
对于修正后的选址方案，本发明技术方案再次采用前期的测风网络优化布局原则对其进行校验，检验其是否满足全区域覆盖、全风向覆盖、间距等要求。经过多次修正与校验，本发明技术方案形成了测风网络优化布局的最终方案，参见图4，图中*为原有改造的测风塔，带圆圈标记的*为新建测风塔。
[0038]若通过检验则结束迭代过程，若未通过，则返回第二步。
[0039]在上述实施例中，最终方案共包含测风塔33座，与规划方案相比，桥湾地区减少2座，玉门地区减少I座，北大桥地区减少I座，干河口地区增加I座，其它部分测风塔进行了位置迁移。最终方案满足前期的选址原则，能有效覆盖监测区域的全部范围，测风网络覆盖范围参见图5。
[0040]最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种测风网络优化选址与布局方法，其特征在于，主要包括: a、分析当前测风网络中测风塔的分布情况和覆盖范围； b、根据分析结果，在当前测风网络未覆盖的区域，增加监测点； C、根据与当前测风网络相应的风电场的位置，对上述增加的监测点进行微调； d、采用当前测风网络校验对本次微调结果进行校验，当本次微调结果满足预设参数时，当前测风网络优化完成；当本次微调结果不满足预设参数时，返回步骤b，继续对当前网络进行优化处理；所述预设参数，包括当前测风网络的覆盖区域、覆盖风向和测风塔之间的距离。
2.根据权利要求1所述的测风网络优化选址与布局方法，其特征在于，在所述步骤a中，所述当前测风网络中测风塔的分布情况具体包括测风塔与风电场的距离约为lkm-8km。
3.根据权利要求2所述的测风网络优化选址与布局方法，其特征在于，在所述步骤a中，所述当前测风网络中测风塔的分布情况具体包括测风塔与风电场的距离约为lkm-5km。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的测风网络优化选址与布局方法，其特征在于，在步骤b中，所述在当前测风网络未覆盖的区域，增加监测点的操作，具体包括: 沿主风向增加监测点:酒泉地区的主导风向为东偏北风、西偏南；以及，结合测风网络上下游效应的应用，在监测区域的东偏北、西偏南方向增加或加密监测点。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的测风网络优化选址与布局方法，其特征在于，在步骤b中，所述在当前测风网络未覆盖的区域，增加监测点的操作，具体包括: 干河口地区的北方向、东方向和南方向，以及玉门地区南部，增加或加密监测点。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的测风网络优化选址与布局方法，其特征在于，在所述步骤d中，在所述预设参数中，所述覆盖区域，具体包括当前测风网络能覆盖监测区域的全部范围。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的测风网络优化选址与布局方法，其特征在于，在所述步骤d中，在所述预设参数中，所述覆盖风向，具体包括当前测风网络内部各测风塔在监测区域各方向都不受各风向条件下的风电场尾流影响。
8.根据权利要求1-5中任一项所述的测风网络优化选址与布局方法，其特征在于，在所述步骤d中，在所述预设参数中，所述测风塔之间的距离具体包括10-25 km。
9.根据权利要求8所述的测风网络优化选址与布局方法，其特征在于，在所述步骤d中，在所述预设参数中，所述测风塔之间的距离具体包括10-20 km。
10.根据以上任一权利要求所述的测风网络优化选址与布局方法，其特征在于，在所述步骤d中，在所述预设参数中，所述测风塔之间的距离具体包括临近风电场的测风塔之间的间隔，小于远离风电场的测风塔之间的间隔。
【文档编号】G06Q50/06GK104036428SQ201410064600
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年2月25日 优先权日:2014年2月25日
【发明者】汪宁渤, 路亮, 王定美, 姜文玲, 刘光途, 吕清泉, 陈钊 申请人:国家电网公司, 国网甘肃省电力公司, 甘肃省电力公司风电技术中心