風(fēng)電場理論發(fā)電量與棄風(fēng)電量評(píng)估導(dǎo)則

ICSFORMTEXTFORMTEXT點(diǎn)擊此處添加中國標(biāo)準(zhǔn)文獻(xiàn)分類號(hào)FORMTEXTFORMTEXTDLFORMTEXTDL/TFORMTEXTXXXXX—FORMTEXT2012FORMTEXTFORMTEXT風(fēng)電場理論發(fā)電量與棄風(fēng)電量評(píng)估導(dǎo)則FORMTEXTGuidelinesonWindFarmTheoreticalElectricQuantityandElectricQuantityLossbyWindAbandonedEvaluationFORMTEXT點(diǎn)擊此處添加與國際標(biāo)準(zhǔn)一致性程度的標(biāo)識(shí)FORMDROPDOWNFORMTEXTFORMTEXT2012-FORMTEXTXX-FORMTEXTXX發(fā)布FORMTEXT2012-FORMTEXTXX-FORMTEXTXX實(shí)施FORMTEXT發(fā)布DL/TXXXXX—2012前言 II引言 III1范圍 12規(guī)范性引用文件 13術(shù)語和定義 14測風(fēng)塔要求 25功率曲線 36理論發(fā)電量計(jì)算 47棄風(fēng)電量計(jì)算 58模型評(píng)估 59性能指標(biāo) 6附錄A（資料性附錄）誤差計(jì)算方法 1引??言與常規(guī)能源發(fā)電不同，風(fēng)電具有隨機(jī)性和波動(dòng)性，因此大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)將對(duì)電網(wǎng)造成重大影響。在保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上，改善電網(wǎng)接納風(fēng)電的能力，提高風(fēng)電并網(wǎng)容量，需要在特殊時(shí)段對(duì)風(fēng)電場的輸出功率進(jìn)行限制。合理有效的計(jì)算風(fēng)電場的理論發(fā)電量和棄風(fēng)電量，有助于電網(wǎng)調(diào)度部門在限電時(shí)段結(jié)束時(shí)掌握風(fēng)電場的理論發(fā)電能力并合理安排常規(guī)機(jī)組的運(yùn)行方式，同時(shí)為電網(wǎng)公司和發(fā)電企業(yè)合理評(píng)估限電措施以及電量結(jié)算提供依據(jù)。本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了風(fēng)電場理論發(fā)電量和棄風(fēng)電量的評(píng)估方法，主要內(nèi)容包括測風(fēng)數(shù)據(jù)、功率曲線數(shù)據(jù)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的獲取方式，理論發(fā)電量計(jì)算和棄風(fēng)電量的計(jì)算方法，模型的評(píng)估以及性能指標(biāo)要求等。標(biāo)準(zhǔn)涉及的主要技術(shù)內(nèi)容均是根據(jù)國內(nèi)外目前使用比較普遍的技術(shù)方法制正。風(fēng)電場理論發(fā)電量與棄風(fēng)電量評(píng)估導(dǎo)則范圍本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了風(fēng)電場理論發(fā)電量及棄風(fēng)電量的評(píng)估方法，風(fēng)電場及調(diào)度機(jī)構(gòu)可參照使用。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/T18709-2002風(fēng)電場風(fēng)能資源測量方法GB/T18710-2002風(fēng)電場風(fēng)能資源評(píng)估方法發(fā)改能源[2003]1403號(hào)風(fēng)電場風(fēng)能資源測量和評(píng)估技術(shù)規(guī)定QX/T74-2007風(fēng)電場氣象觀測及資料審核、訂正技術(shù)規(guī)范GB/T18451.2-2003/IEC61400-12:1998風(fēng)力發(fā)電機(jī)組功率特性實(shí)驗(yàn)術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。 輪轂高度（風(fēng)機(jī)）hubheight(windturbine)從地面到風(fēng)輪掃掠面中心的高度。有功功率activepower發(fā)電機(jī)發(fā)出電能中可轉(zhuǎn)化為熱能、光能、機(jī)械能或化學(xué)能，用于做功被消耗的部分，本規(guī)范簡稱功率。功率曲線powercurve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windspeed空氣微團(tuán)的移動(dòng)速度。根據(jù)測量時(shí)距的長短，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winddirection風(fēng)的來向，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complexterrain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surfaceroughness因地表起伏不平或地物本身幾何形狀的影響，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。測風(fēng)塔要求測風(fēng)塔位置測風(fēng)塔位置應(yīng)具有代表性，可反映風(fēng)電場所處區(qū)域的風(fēng)能資源特性；測風(fēng)塔宜在風(fēng)電場主導(dǎo)風(fēng)向的上風(fēng)向，距離風(fēng)電機(jī)組1km~5km；測風(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。測風(fēng)塔數(shù)量測風(fēng)塔數(shù)量的確定應(yīng)綜合考慮風(fēng)場地形條件、氣候特征、風(fēng)場區(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（裝機(jī)容量小于100MW、風(fēng)場覆蓋范圍小于20km2），應(yīng)至少配置1座測風(fēng)塔；地形較為復(fù)雜的風(fēng)電場，應(yīng)適當(dāng)增加測風(fēng)塔的數(shù)量；對(duì)于大型風(fēng)電基地和風(fēng)電場群，應(yīng)沿主導(dǎo)風(fēng)向在風(fēng)場兩側(cè)各安裝1座測風(fēng)塔；對(duì)于不具備測風(fēng)塔安裝條件的區(qū)域（如海上風(fēng)電場），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5min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)過認(rèn)證機(jī)構(gòu)測試的功率特性曲線，可根據(jù)實(shí)測空氣密度進(jìn)行校正；無法提供測試功率曲線的機(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)測氣溫及氣壓計(jì)算得到，平均空氣密度可根據(jù)逐5min空氣密度平均得到：（1）（2）式中：——5min平均空氣密度；——5min平均氣壓；——?dú)怏w常數(shù)287.05（J/kg.K）；——5min平均氣溫；——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)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，且實(shí)測空氣密度在1.225kg/m3±0.05kg/m3范圍內(nèi)，功率曲線無需校正；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：（3）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：（4）式中：——折算后的功率；——折算前的功率；——標(biāo)準(zhǔn)空氣密度（1.225kg/m3）；——折算前的風(fēng)速；——折算后的風(fēng)速；——實(shí)測平均密度。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、人為限制出力、測風(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5min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（methodofbins）進(jìn)行處理，采用0.5m/sbin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：（5）（5）式中：——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；——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；——第i個(gè)bin的5min數(shù)據(jù)組的數(shù)據(jù)數(shù)量。理論發(fā)電量計(jì)算理論功率計(jì)算綜合考慮風(fēng)電場所處區(qū)域的地形、粗糙度變化情況，結(jié)合風(fēng)電場布局，建立風(fēng)電場數(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)：（6）式中：——由測風(fēng)塔外推至風(fēng)機(jī)輪轂高度處的風(fēng)速；——測風(fēng)塔實(shí)測風(fēng)速；——影響因子（地形、粗糙度、尾流效應(yīng)等）；——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。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)，得到整場的理論功率。理論發(fā)電量計(jì)算理論功率通過積分得到計(jì)算時(shí)段的理論發(fā)電量。棄風(fēng)電量計(jì)算風(fēng)電場實(shí)際電量計(jì)算風(fēng)電場實(shí)際電量可通過風(fēng)電場5min功率的平均值積分得到，功率數(shù)據(jù)應(yīng)取自升壓站主變高壓測。風(fēng)電場理論電量計(jì)算風(fēng)電場理論電量計(jì)算可通過風(fēng)電場理論功率5min平均值積分得到。風(fēng)電場總棄風(fēng)電量風(fēng)電場理論電量與同期實(shí)際電量相減得到風(fēng)電場總棄風(fēng)電量。調(diào)度限電電量限電時(shí)段理論功率與調(diào)度指令的差值進(jìn)行積分（差值為負(fù)則不參與積分），得到調(diào)度限電電量。風(fēng)電場場內(nèi)棄風(fēng)電量風(fēng)電場總棄風(fēng)電量與調(diào)度限電電量相減得到風(fēng)電場場內(nèi)棄風(fēng)電量。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)誤差應(yīng)小于10%。棄風(fēng)電量的相對(duì)誤差應(yīng)小于3%。

（資料性附錄）

誤差計(jì)算方法A.1均方根誤差（Erms） （A.1）A.2平均絕對(duì)誤差（Eav） （A.2）A.3最大計(jì)算誤差（max） （A.3）A.4電量相對(duì)誤差（d） （A.4）式中： —— i時(shí)刻的實(shí)際電量； —— i時(shí)刻的理論電量；Cap —— 風(fēng)電場的裝機(jī)容量； —— 所有樣本個(gè)數(shù);━━風(fēng)電場實(shí)際電量；━━風(fēng)電場理論電量。前??言根據(jù)****的要求，中國電力科學(xué)研究院開展了《風(fēng)電場理論發(fā)電量與棄風(fēng)電量評(píng)估導(dǎo)則》的編制工作。本規(guī)范由*****歸口；本規(guī)范由中國電力科學(xué)研究院提出并解釋；本規(guī)范主要起草單位：*****；本規(guī)范主要起草人：****