風(fēng)電場(chǎng)光伏電站理論發(fā)電量評(píng)估方法

1、 PAGE 9風(fēng)電場(chǎng)光伏電站理論發(fā)電量評(píng)估方法目錄前言III范圍1規(guī)范性引用文件1術(shù)語(yǔ)和定義1測(cè)風(fēng)塔要求2測(cè)風(fēng)塔位置2測(cè)風(fēng)塔數(shù)量2數(shù)據(jù)采集要求2功率曲線2空氣密度3功率曲線的校正3失速控制、具有恒定槳矩和轉(zhuǎn)速的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組3功率自動(dòng)控制的風(fēng)電機(jī)組3功率曲線的擬合4數(shù)據(jù)選擇準(zhǔn)則4功率曲線擬合方法4風(fēng)電場(chǎng)理論發(fā)電量計(jì)算4理論功率計(jì)算4模型評(píng)估5性能指標(biāo)5理論發(fā)電量計(jì)算5風(fēng)電場(chǎng)理論電量計(jì)算方法5計(jì)算依據(jù)5計(jì)算方法6光伏電站理論電量計(jì)算方法9理論電量計(jì)算9年度預(yù)測(cè)電量計(jì)算10風(fēng)電場(chǎng)光伏電站理論發(fā)電量評(píng)估方法范圍本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了風(fēng)電場(chǎng)/光伏電站理論發(fā)電量的評(píng)估方法。規(guī)范性引用文件下列文件對(duì)于本標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用是必

2、不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本標(biāo)準(zhǔn)。 凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本標(biāo)準(zhǔn)。GB/T 18709風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能資源測(cè)量方法GB/T 18710風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能資源評(píng)估方法發(fā)改能源20031403號(hào)風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能資源測(cè)量和評(píng)估技術(shù)規(guī)定QX/T 74-2007風(fēng)電場(chǎng)氣象觀測(cè)及資料審核、訂正技術(shù)規(guī)范IEC 61400-12-1:風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 功率特性實(shí)驗(yàn)術(shù)語(yǔ)和定義下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。輪轂高度（風(fēng)機(jī)） hub height (wind turbine)從地面到風(fēng)輪掃掠面中心的高度。有功功率 active power發(fā)電機(jī)發(fā)出電能中可轉(zhuǎn)化為熱能、光能、機(jī)械

3、能或化學(xué)能，用于做功被消耗的部分，本規(guī)范簡(jiǎn)稱功 率。功率曲線 power curve描繪風(fēng)電機(jī)組有功功率輸出與風(fēng)速的函數(shù)關(guān)系圖和表，功率曲線包括設(shè)計(jì)功率曲線、計(jì)算功率曲線。風(fēng)速 wind speed空氣微團(tuán)的移動(dòng)速度。根據(jù)測(cè)量時(shí)距的長(zhǎng)短，包括瞬時(shí)風(fēng)速、平均風(fēng)速等，單位為米每秒（m/s）。風(fēng)向 wind direction風(fēng)的來(lái)向，單位為度（），靜風(fēng)以C表示。地形 terrain地表以上分布的固定性物體共同呈現(xiàn)出的高低起伏的各種狀態(tài)。復(fù)雜地形 complex terrain地形顯著變化或有引起氣流畸變的障礙物的地帶。地表粗糙度 surface roughness因地表起伏不平或地物本身幾何形狀的

4、影響，使風(fēng)速廓線上風(fēng)速為零的位置并不在地表（高度為零 處），而在離地表一定高度處，這一高度則被定義為地表粗糙度。障礙物 obstacles能引起氣流不規(guī)則變化的固定物體，如建筑、樹林、風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)等。測(cè)風(fēng)塔要求測(cè)風(fēng)塔位置測(cè)風(fēng)塔位置應(yīng)具有代表性，可反映風(fēng)電場(chǎng)所處區(qū)域的風(fēng)能資源特性；測(cè)風(fēng)塔宜在風(fēng)電場(chǎng)主導(dǎo)風(fēng)向的上風(fēng)向，距離風(fēng)電機(jī)組1km5km；測(cè)風(fēng)塔應(yīng)避開障礙物，距離障礙物的距離應(yīng)為障礙物高度的10 倍以上。測(cè)風(fēng)塔數(shù)量測(cè)風(fēng)塔數(shù)量的確定應(yīng)綜合考慮風(fēng)場(chǎng)地形條件、氣候特征、風(fēng)場(chǎng)區(qū)域范圍、裝機(jī)容量等因素；對(duì)于地形較為平坦的中小型風(fēng)電場(chǎng)（裝機(jī)容量小于100MW、風(fēng)場(chǎng)覆蓋范圍小于 20km2）， 應(yīng)至少配置 1

5、座測(cè)風(fēng)塔；地形較為復(fù)雜的風(fēng)電場(chǎng)，應(yīng)適當(dāng)增加測(cè)風(fēng)塔的數(shù)量；對(duì)于大型風(fēng)電基地和風(fēng)電場(chǎng)群，應(yīng)沿主導(dǎo)風(fēng)向在風(fēng)場(chǎng)兩側(cè)各安裝1 座測(cè)風(fēng)塔；對(duì)于不具備測(cè)風(fēng)塔安裝條件的區(qū)域（如海上風(fēng)電場(chǎng)），可考慮使用聲雷達(dá)（SODAR）或光雷達(dá)（LIDAR）。數(shù)據(jù)采集要求測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)的采集應(yīng)滿足實(shí)時(shí)性的要求，包括風(fēng)速、風(fēng)向、氣溫、氣壓等參數(shù)。數(shù)據(jù)采集頻率宜為秒級(jí)，自動(dòng)計(jì)算并生成10min 的平均值及標(biāo)準(zhǔn)差；風(fēng)速儀至少應(yīng)安裝于 10m、50m 及輪轂高程；風(fēng)向儀至少應(yīng)安裝于 10m 及輪轂高程；氣溫和氣壓傳感器應(yīng)安裝在離地面 10m 以上的高程。功率曲線對(duì)于經(jīng)過(guò)認(rèn)證機(jī)構(gòu)測(cè)試的功率特性曲線，可根據(jù)實(shí)測(cè)空氣密度進(jìn)行校正；無(wú)法提供測(cè)試功

6、率曲線的 機(jī)型，需根據(jù)風(fēng)機(jī)機(jī)頭風(fēng)速及單機(jī)功率進(jìn)行擬合?？諝饷芏瓤諝饷芏瓤筛鶕?jù)實(shí)測(cè)氣溫及氣壓計(jì)算得到，平均空氣密度可根據(jù)逐10min空氣密度平均得到：10 =1010（1） 1NN ii1（2）式中：1010min 平均空氣密度；1010min 平均氣壓；1010min 平均氣溫； R 氣體常數(shù) 287.05（J/kg.K）； N 樣本個(gè)數(shù)； 平均密度。功率曲線的校正若風(fēng)電機(jī)組的功率特性曲線經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，且實(shí)測(cè)空氣密度在1.225kg/m30.05kg/m3范圍內(nèi)，功率曲線無(wú)需校正；若在此范圍以外，則功率曲線需根據(jù)以下方法進(jìn)行校正。失速控制、具有恒定槳矩和轉(zhuǎn)速的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組對(duì)于失速控制、具有恒定

7、槳矩和轉(zhuǎn)速的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，校正功率曲線可利用公式3計(jì)算：P P校正0（3）0功率自動(dòng)控制的風(fēng)電機(jī)組對(duì)于功率自動(dòng)控制的風(fēng)電機(jī)組，校正功率曲線可利用公式4計(jì)算： 1 3V V0 （4）校正0 式中： P校正折算后的功率； P0折算前的功率； 標(biāo)準(zhǔn)空氣密度（1.225kg/m3）；0V0V折算前的風(fēng)速；折算后的風(fēng)速；校正 實(shí)測(cè)平均密度。功率曲線的擬合若風(fēng)電機(jī)組的功率特性曲線未經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，需根據(jù)風(fēng)電機(jī)組的機(jī)頭風(fēng)速及單機(jī)功率進(jìn)行擬合。數(shù)據(jù)選擇準(zhǔn)則應(yīng)選擇處于風(fēng)電場(chǎng)外圍、且位于主導(dǎo)風(fēng)向上風(fēng)向的風(fēng)機(jī)作為特征風(fēng)機(jī)；應(yīng)選擇機(jī)組故障率低、自由運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)的風(fēng)機(jī)作為特征風(fēng)機(jī)；應(yīng)根據(jù)機(jī)組運(yùn)行日志剔除機(jī)組故障、人為限制

8、出力、測(cè)風(fēng)設(shè)備故障等時(shí)段的數(shù)據(jù)；風(fēng)速及功率數(shù)據(jù)宜采用 10min 平均值；不同機(jī)型的功率曲線應(yīng)分別擬合。功率曲線擬合方法擬合的功率曲線應(yīng)采用機(jī)頭平均風(fēng)速及單機(jī)平均功率，根據(jù)bin方法（method of bins）進(jìn)行處理， 采用0.5m/s bin寬度為一組，利用每個(gè)風(fēng)速bin所對(duì)應(yīng)的功率值根據(jù)公式5、6計(jì)算得到：P 1iNiV 1iNiNij 1Nij 1Pi, jVi, j（5）（6）式中： Pi P第 i 個(gè) bin 的平均功率值；第 i 個(gè) bin 的 j 數(shù)據(jù)組的功率值；i, j ViV第 i 個(gè) bin 的平均風(fēng)速值；第 i 個(gè) bin 的 j 數(shù)據(jù)組的風(fēng)速值；i, j N 第

9、i 個(gè) bin 的 5min 數(shù)據(jù)組的數(shù)據(jù)數(shù)量。i風(fēng)電場(chǎng)理論發(fā)電量計(jì)算理論功率計(jì)算綜合考慮風(fēng)電場(chǎng)所處區(qū)域的地形、粗糙度變化情況，結(jié)合風(fēng)電場(chǎng)布局，建立風(fēng)電場(chǎng)數(shù)字化模型。采用微觀氣象學(xué)理論或計(jì)算流體力學(xué)的方法，將測(cè)風(fēng)塔風(fēng)速外推至每臺(tái)風(fēng)機(jī)輪轂高度處，建立各風(fēng)向扇區(qū)的風(fēng)速轉(zhuǎn)化函數(shù)：V外推 f (V測(cè)風(fēng)塔, k , k , k )n12（7）式中：V外推由測(cè)風(fēng)塔外推至風(fēng)機(jī)輪轂高度處的風(fēng)速；V測(cè)風(fēng)塔測(cè)風(fēng)塔實(shí)測(cè)風(fēng)速； k , k ,12, k 影響因子（地形、粗糙度、尾流效應(yīng)等）；n f 轉(zhuǎn)化函數(shù)。采用歷史外推風(fēng)速及同期的機(jī)頭風(fēng)速建立回歸方程，根據(jù)最小二乘等優(yōu)化算法計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的回歸系數(shù)并對(duì)外推風(fēng)速進(jìn)行修正

10、。以修正風(fēng)速為基礎(chǔ)，結(jié)合經(jīng)校正或擬合的功率曲線，計(jì)算得到單機(jī)的理論功率。所有風(fēng)機(jī)理論功率累計(jì)，得到整場(chǎng)的理論功率。模型評(píng)估理論發(fā)電量及棄風(fēng)電量計(jì)算模型在應(yīng)用前應(yīng)經(jīng)過(guò)專業(yè)技術(shù)部門評(píng)估。模型評(píng)估應(yīng)選擇在非限電時(shí)段進(jìn)行。缺測(cè)及異常數(shù)據(jù)時(shí)段不參與統(tǒng)計(jì)。理論發(fā)電量模型應(yīng)以全場(chǎng)功率為基準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)估，統(tǒng)計(jì)指標(biāo)至少應(yīng)包括均方根誤差、平均絕對(duì)誤差、最大相對(duì)誤差等。理論發(fā)電量模型評(píng)估指標(biāo)為電量的相對(duì)誤差，應(yīng)以統(tǒng)計(jì)時(shí)段的理論電量為基準(zhǔn)。棄風(fēng)電量評(píng)估應(yīng)人為設(shè)定特征限電時(shí)段，根據(jù)理論棄風(fēng)電量與計(jì)算棄風(fēng)電量的差值，以該時(shí)段的理論電量為基準(zhǔn)進(jìn)行相對(duì)誤差統(tǒng)計(jì)。性能指標(biāo)理論發(fā)電量的日均方根誤差應(yīng)小于 10%。理論發(fā)電量的最大相對(duì)

11、誤差應(yīng)小于 10%。理論發(fā)電量計(jì)算理論功率通過(guò)積分得到計(jì)算時(shí)段的理論發(fā)電量。風(fēng)電場(chǎng)理論電量計(jì)算方法本部分基于matlab軟件計(jì)算電力運(yùn)營(yíng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組理論電量的方法。計(jì)算依據(jù)機(jī)組理論電量的計(jì)算主要依據(jù)每臺(tái)機(jī)組的10 分鐘平均風(fēng)速和機(jī)組的功率曲線，假設(shè)在每10 分鐘內(nèi)機(jī)組維持該平均風(fēng)速，將每一個(gè)10 分鐘平均風(fēng)速在功率曲線里對(duì)應(yīng)的功率與10 分鐘相乘即可得到該機(jī)組在十分鐘內(nèi)的發(fā)電量（即能量=功率*時(shí)間），將一段時(shí)間內(nèi)的所有以 10 分鐘為單位的能量（即發(fā)電量）相加就是該機(jī)組在該時(shí)間段（一般計(jì)算一個(gè)月）內(nèi)的發(fā)電量。為計(jì)算簡(jiǎn)便，對(duì)于非整數(shù)風(fēng)速，采用線性插值法對(duì)應(yīng)功率曲線。計(jì)算方法從風(fēng)機(jī)監(jiān)控后臺(tái)導(dǎo)出所有

12、風(fēng)機(jī) 10 分鐘平均風(fēng)速，詳見表 1。表 1 風(fēng)機(jī) 10 分鐘平均風(fēng)速重新建立一個(gè)excel 表格，并將 10 分鐘平均風(fēng)速?gòu)?fù)制在新表格中，注意格式的調(diào)整，調(diào)整后的 10 分鐘平均風(fēng)速格式見表 2。表 2 調(diào)整后的 10 分鐘平均風(fēng)速表根據(jù)不同空氣密度下的功率曲線，編制計(jì)算程序，以750kW 機(jī)組為例： 750機(jī)組標(biāo)準(zhǔn)功率曲線（空氣密度1.225千克每立方米）clear;clc;pline=0 0;3 0;4 17;5 48;6 81;7 160;8 257;9 350;10 468;11 566;12 647;13 697;14 745;15772;16 768;17 764;18 749;

13、19 745;20 743;21 740;22 740;23 736;24 732;25 730;26 0;27 0;50 0;A=importdata(D:2012年月份理論電量風(fēng)電場(chǎng)2月750.xls);x,y=size(A.data); for i=1:xfor j=1:y pow(i,j)=interp1(pline(:,1),pline(:,2),A.data(i,j),spline); endend pow(find(isnan(pow)=1)=0; sumpow=sum(pow)/6;xlswrite(D:2012年月份理論電量風(fēng)電場(chǎng)2月7501.xls,sumpow,resul

14、t2)說(shuō)明：以上程序中，只有涂有顏色部分的地方可以進(jìn)行修改，其他數(shù)據(jù)不允許改動(dòng)，具體說(shuō)明見下 面表3。表 3 功率曲線計(jì)算公式說(shuō)明表7.2.4Q/CRP XXXX.XX.XX -2016將修改后的程序?qū)雖atlab 計(jì)算軟件，即可得到所有風(fēng)機(jī)理論電量數(shù)據(jù)。matlab軟件安裝完成的電腦界面安裝后打開的畫面見表4：表 4 安裝完成界面將修改后的計(jì)算程序?qū)雖atlab 軟件，軟件將自動(dòng)計(jì)算結(jié)果。軟件自動(dòng)計(jì)算結(jié)果的界面見表5。表1軟件自動(dòng)計(jì)算界面不同空氣密度功率曲線的折算，見表5。表 5 空氣密度功率曲線表表 5 中第一列excel 表格數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)功率曲線；Q/CRP XXXX.XX.XX -2

15、016表 5 中第二列 excel 表格數(shù)據(jù)為折算后的平均風(fēng)速，只需調(diào)整現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際空氣密度即可折算相對(duì)應(yīng)的功率曲線，即為圖四中第三列 excel 表格，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際空氣密度的計(jì)算按照空氣密度計(jì)算公式進(jìn)行手動(dòng)計(jì)算。空氣密度是氣壓、氣溫和濕度的函數(shù)，計(jì)算公式見表6：表 6 空氣密度計(jì)算公式計(jì)算過(guò)程中需要注意的幾點(diǎn)問(wèn)題：10 分鐘平均風(fēng)速必須嚴(yán)格按照表1 格式進(jìn)行整理。編制計(jì)算程序時(shí)，只能對(duì)圖一標(biāo)注顏色部分進(jìn)行修改，并不能有空格存在，其他部分不允許進(jìn)行更改。對(duì)于部分風(fēng)機(jī)缺失數(shù)據(jù)小于總數(shù)據(jù)的1%，需對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行調(diào)整，例如 31 天的單臺(tái)風(fēng)機(jī)10 分鐘平均風(fēng)速應(yīng)該是 4464 行數(shù)據(jù)，如果只有 4364 行

16、數(shù)據(jù)，需對(duì)計(jì)算后的結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)折算，即最終計(jì)算結(jié)果=實(shí)際計(jì)算理論電量+實(shí)際計(jì)算理論電量/4364*(4464-4364)各種特殊情況下的數(shù)據(jù)處理方法風(fēng)電場(chǎng)因電網(wǎng)線路故障導(dǎo)致全場(chǎng)停電或單（多）臺(tái)風(fēng)機(jī)斷電時(shí)間超過(guò)24 小時(shí)，具備風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)的風(fēng)電場(chǎng)，10 分鐘平均風(fēng)速以風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，未安裝風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)的風(fēng)電場(chǎng)，停電期間所丟失的10 分鐘平均風(fēng)速以總部風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)記錄的數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。部分風(fēng)機(jī)通訊長(zhǎng)期不穩(wěn)定，或10 分鐘平均風(fēng)速數(shù)據(jù)嚴(yán)重失真，理論電量取該風(fēng)電場(chǎng) 10 20 臺(tái)風(fēng)機(jī)標(biāo)桿理論電量平均值。對(duì)于極限運(yùn)行條件下（包括低溫、高溫、大風(fēng)切出等），正常的風(fēng)機(jī)保護(hù)動(dòng)作排除在外， 不計(jì)入理論電量計(jì)算。光伏電站理論電量計(jì)算方法理論電量計(jì)算傾斜面年總輻射量（Q）為光伏電站環(huán)境檢測(cè)儀讀取的傾斜面年總輻射量（僅能檢測(cè)水平面輻射量的應(yīng)及時(shí)調(diào)整為傾斜面輻射量測(cè)量），單位kWh/ m2。光伏組件面積（S），單位m2，組件數(shù)量乘以單個(gè)組件面積。光伏組件的轉(zhuǎn)換效率（）：10Q/CRP XXXX.XX