考虑负荷需求和风资源不确定性的风电场选址方法及系统

本发明涉及新能源领域，特别是涉及一种考虑负荷需求和风资源不确定性的风电场选址方法及系统。

背景技术：

1、近些年，全球气候变化、极端天气频发、能源转型问题日益严峻。因此，需要推动全球加快向清洁能源转型，实现净零排放。对风能资源进行评估是开发利用风能的基础。

2、不同于常规可控发电方式，风电具有显著的不确定性，并网时会给电力系统带来显著挑战，且这种挑战会随着风电装机比例的增长而愈发严峻。风电的不确定性源于风资源的不确定性。在未来高比例风电的情景下，仅对风能资源潜力进行评估难以满足风能的高质量开发利用。部分学者在进行海上风电场选址的过程中，在考虑风能资源潜力的基础上，基于变异系数、月变化指数及季节变化指数等指标对海上风能资源的波动性进行了评估，并最终通过加权法将潜力和波动性评估指标进行融合计算来综合评估风能资源。但是在评估过程中均未考虑风能资源不确定性的另一重要属性，即风能资源的间歇性。此外，若风能资源的变化与负荷需求的变化吻合度越高，则并网过程中对电力系统带来的挑战越小。因此在风能资源评估的过程中进一步考虑风能资源与负荷需求的匹配程度(即源荷匹配性)有助于更高质量地开发利用风能。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种考虑负荷需求和风资源不确定性的风电场选址方法及系统，可更全面的评估目标区域内风资源，提高风电场选址的合理性，进而提高风资源的利用率。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种考虑负荷需求和风资源不确定性的风电场选址方法，包括：

4、在目标区域确定多个候选站点，并获取有效风速范围、负荷需求量、各候选站点的北向风速分量及东向风速分量；所述北向风速分量包括对应候选站点在观测时间内多个时刻的北向风速，所述东向风速分量包括对应候选站点在观测时间内多个时刻的东向风速；

5、针对任一候选站点，根据所述候选站点的北向风速分量及东向风速分量，确定所述候选站点的总风速集合；所述总风速集合中包括对应候选站点在观测时间内多个时刻的总风速；

6、根据所述候选站点的总风速集合，确定所述候选站点的风功率密度集合，并根据所述候选站点的风功率密度集合，确定所述候选站点的平均风功率密度；所述风功率密度集合中包括对应候选站点在观测时间内多个时刻的风功率密度；

7、根据所述候选站点的风功率密度集合，确定所述候选站点的风功率密度波动速率；

8、根据所述候选站点的风功率密度集合及平均风功率密度，确定所述候选站点的风功率密度波动强度；

9、根据所述候选站点在所述有效风速范围内的各总风速的持续时间，确定所述候选站点在观测时间内的有效风时长比例；

10、根据所述候选站点的风功率密度集合及风功率密度阈值，确定所述候选站点在观测时间内的风电功率爬坡占空比；

11、根据所述候选站点的风功率密度集合及所述负荷需求量，确定所述候选站点的源荷匹配指标值；

12、对所述候选站点的平均风功率密度、风功率密度波动强度、风功率密度波动速率、有效风时长比例、风电功率爬坡占空比及源荷匹配指标值进行加权求和，得到所述候选站点的风资源综合品质评估指标值；

13、根据各候选站点的风资源综合品质评估指标值对多个候选站点进行排序，以确定所述目标区域内风电场的最优选址。

14、为实现上述目的，本发明还提供了如下方案：

15、一种考虑负荷需求和风资源不确定性的风电场选址系统，包括：

16、数据获取模块，用于在目标区域确定多个候选站点，并获取有效风速范围、负荷需求量、各候选站点的北向风速分量及东向风速分量；所述北向风速分量包括对应候选站点在观测时间内多个时刻的北向风速，所述东向风速分量包括对应候选站点在观测时间内多个时刻的东向风速；

17、风速确定模块，与所述数据获取模块连接，用于针对任一候选站点，根据所述候选站点的北向风速分量及东向风速分量，确定所述候选站点的总风速集合；所述总风速集合中包括对应候选站点在观测时间内多个时刻的总风速；

18、风功率密度确定模块，与所述风速确定模块连接，用于根据所述候选站点的总风速集合，确定所述候选站点的风功率密度集合，并根据所述候选站点的风功率密度集合，确定所述候选站点的平均风功率密度；所述风功率密度集合中包括对应候选站点在观测时间内多个时刻的风功率密度；

19、波动速率确定模块，与所述风功率密度确定模块连接，用于根据所述候选站点的风功率密度集合，确定所述候选站点的风功率密度波动速率；

20、波动强度确定模块，与所述风功率密度确定模块连接，用于根据所述候选站点的风功率密度集合及平均风功率密度，确定所述候选站点的风功率密度波动强度；

21、有效风时长确定模块，与所述风速确定模块连接，用于根据所述候选站点在所述有效风速范围内的各总风速的持续时间，确定所述候选站点在观测时间内的有效风时长比例；

22、爬坡占空比确定模块，与所述风功率密度确定模块连接，用于根据所述候选站点的风功率密度集合及风功率密度阈值，确定所述候选站点在观测时间内的风电功率爬坡占空比；

23、源荷匹配确定模块，分别与所述数据获取模块及所述风功率密度确定模块连接，用于根据所述候选站点的风功率密度集合及所述负荷需求量，确定所述候选站点的源荷匹配指标值；

24、评估指标确定模块，分别与所述风功率密度确定模块、所述波动速率确定模块、所述波动强度确定模块、所述有效风时长确定模块、所述爬坡占空比确定模块及所述源荷匹配确定模块连接，用于对所述候选站点的平均风功率密度、风功率密度波动强度、风功率密度波动速率、有效风时长比例、风电功率爬坡占空比及源荷匹配指标值进行加权求和，得到所述候选站点的风资源综合品质评估指标值；

25、排序模块，与所述评估指标确定模块连接，用于根据各候选站点的风资源综合品质评估指标值对多个候选站点进行排序，以确定所述目标区域内风电场的最优选址。

26、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明分别计算了各候选站点的平均风功率密度、风功率密度波动强度、风功率密度波动速率、有效风时长比例、风电功率爬坡占空比及源荷匹配指标值，综合考虑了风资源的潜力、有效性、波动幅度、间歇性以及风资源变化与负荷需求变化的匹配程度，更全面的评估了风能资源的综合品质，提高了风电场选址的合理性，进而提高了风资源的利用率。

技术特征：

1.一种考虑负荷需求和风资源不确定性的风电场选址方法，其特征在于，所述考虑负荷需求和风资源不确定性的风电场选址方法包括：

2.根据权利要求1所述的考虑负荷需求和风资源不确定性的风电场选址方法，其特征在于，采用公式确定候选站点的第i个总风速；其中，vi为候选站点的第i个总风速，ui为候选站点的第i个东向风速，vi为候选站点的第i个北向风速。

3.根据权利要求1所述的考虑负荷需求和风资源不确定性的风电场选址方法，其特征在于，采用公式确定候选站点的第i个风功率密度；其中，wpdi为候选站点的第i个风功率密度，vi为候选站点的第i个总风速，ρ为空气密度。

4.根据权利要求1所述的考虑负荷需求和风资源不确定性的风电场选址方法，其特征在于，采用公式确定候选站点的平均风功率密度；其中，p为候选站点的平均风功率密度，n为风功率密度集合中风功率密度的数量，wpdi为候选站点的第i个风功率密度。

5.根据权利要求1所述的考虑负荷需求和风资源不确定性的风电场选址方法，其特征在于，采用公式确定候选站点的风功率密度波动速率；其中，λw为候选站点的风功率密度波动速率，m为观测时间内的时间间隔数，wpd(t+δt)为候选站点在观测时间内t+δt时刻的风功率密度，δt为时间间隔，wpd(t)为候选站点在观测时间内t时刻的风功率密度。

6.根据权利要求1所述的考虑负荷需求和风资源不确定性的风电场选址方法，其特征在于，采用公式确定候选站点的风功率密度波动强度；其中，δwpd为候选站点的风功率密度波动强度，p为候选站点的平均风功率密度，σwpd为候选站点的风功率密度标准差，n为风功率密度集合中风功率密度的数量，wpdi为候选站点的第i个风功率密度。

7.根据权利要求1所述的考虑负荷需求和风资源不确定性的风电场选址方法，其特征在于，采用公式确定候选站点在观测时间内的有效风时长比例；其中，α为候选站点在观测时间内的有效风时长比例，t为观测时间，tu为有效风时数，v0为切入风速，v1为切出风速，切入风速与切出风速之间为有效风速范围，t(vj)为候选站点的总风速vj的持续时间。

8.根据权利要求1所述的考虑负荷需求和风资源不确定性的风电场选址方法，其特征在于，采用公式确定候选站点在观测时间内的风电功率爬坡占空比；其中，β为候选站点在观测时间内的风电功率爬坡占空比，t为观测时间，th为观测时间内候选站点处发生风电功率爬坡事件的时间；

9.根据权利要求1所述的考虑负荷需求和风资源不确定性的风电场选址方法，其特征在于，采用公式确定候选站点的源荷匹配指标值；其中，r为候选站点的源荷匹配指标值，l为负荷需求量，wpd为候选站点的风功率密度集合，τ(l,wpd)为负荷需求量与风功率密度的kendall相关系数。

10.一种考虑负荷需求和风资源不确定性的风电场选址系统，其特征在于，所述考虑负荷需求和风资源不确定性的风电场选址系统包括：

技术总结
本发明提供了一种考虑负荷需求和风资源不确定性的风电场选址方法及系统，属于新能源领域，方法包括：在目标区域确定多个候选站点，并获取有效风速范围、负荷需求量、各候选站点的北向风速分量及东向风速分量；根据候选站点的北向风速分量及东向风速分量确定总风速集合，进而确定风功率密度集合；根据候选站点的总风速集合及风功率密度集合，确定平均风功率密度、风功率密度波动速率、风功率密度波动强度、有效风时长比例、风电功率爬坡占空比及源荷匹配指标值，以确定候选站点的风资源综合品质评估指标值；根据各候选站点的风资源综合品质评估指标值确定目标区域内风电场的最优选址。本发明提高了风电场选址的合理性，进而提高了风资源的利用率。

技术研发人员：任国瑞,闫旭辰,王玮,洪烽
受保护的技术使用者：华北电力大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19