2022全生命周期降低風電度電成本

從全生命周期降低風電度電成本風電場技術研究方向風電場技術研究方向——風電場技術實驗室（Laboratory——風電場技術實驗室（LaboratoryonWindFarmTechnologies）——PAGE4風能資源特性風輪等效風速計算風電場尾流數(shù)值模擬風電場微觀選址風電場優(yōu)化控制與運行智能風電場功率預測風電設備狀態(tài)診斷與健康管理風電場運營效能評價風電場后評價新能源多能互補運行新能源電力系統(tǒng)經(jīng)濟調度風電場設計技術 風能資源特性風輪等效風速計算風電場尾流數(shù)值模擬風電場微觀選址風電場優(yōu)化控制與運行智能風電場功率預測風電設備狀態(tài)診斷與健康管理風電場運營效能評價風電場后評價新能源多能互補運行新能源電力系統(tǒng)經(jīng)濟調度實現(xiàn)風力發(fā)電全生命周期度電成本最低！目錄目錄——風電場技術實驗室（Laboratory——風電場技術實驗室（LaboratoryonWindFarmTechnologies）——PAGE5風電場設計技術風電場設計技術風電場運維技術新能源電力系統(tǒng)優(yōu)化運行風能資源特性風能資源特性——風電場技術實驗室——風電場技術實驗室（LaboratoryonWindFarmTechnologies）——PAGE6是風電開發(fā)的主要增長點。準確、全面、精細的風能資源評估與微觀選址，對風電項目實際運營效益的影響愈發(fā)顯著。大型風電場群流場測量技術應用激光雷達開展大型風電基地的流場測量，研究尾流效應

復雜多變自然風的湍流特性

中長期風速平均值??中長期風速平均值????∑????,??

白噪聲發(fā)生器????白噪聲發(fā)生器????白噪聲發(fā)生器白噪聲發(fā)生器????湍流計算過程圖

??(??)

湍流風速統(tǒng)計分布圖大氣穩(wěn)定度影響下的自然風特性m(zL)[ln(zzO)m(zL)]藍色表示不穩(wěn)定狀態(tài)黑色表示穩(wěn)定狀態(tài)

2O15年至2O16年不同穩(wěn)定度下風切變指數(shù)風電出力的時間分布特性風電出力的時間分布特性——風電場技術實驗室——風電場技術實驗室（LaboratoryonWindFarmTechnologies）——PAGE7周期強度

Wa,bdbdaPIb,b,a,aWa,bdbda短期波動性平均波動幅值幅值最大波動幅度波平均波動幅值幅值最大波動幅度風風

Wa,bdbda 動 電偏移RPIb,b,a,a性 出偏移偏移度偏移度春 夏季 季秋 冬季 季

Wa,bdbda

指爬坡標爬坡出力波動幅值

Pt=PtPt1 Pt=PtPt Pt1

力爬坡次數(shù)時間爬坡次數(shù)平均爬坡幅度出力細節(jié)波動特性平均爬坡幅度擬合，并計算其在不同置信度下的置信上限、置信下限與置信區(qū)間。四季風電出力周期性圖

PmaxPmaxPmin風電出力的空間分布特性風電出力的空間分布特性——風電場技術實驗室（——風電場技術實驗室（LaboratoryonWindFarmTechnologies）——PAGE8聚合性1Omin b)3Ominc)1h d)4h風電場內不同數(shù)量機組全年出力波動情況

風電場-風電場群全年出力波動情況相關性及傳遞性相關性1#&相關性1#&2# 2#&3#1#&3#春季O.93 O.81O.82夏季O.92 O.85O.83秋季O.8O O.83O.89冬季O.91 O.79O.73受相對位置影響，風向由北至西北方向逆時針變化時，三個位置點的相關性均逐漸增強。出力聚合特性趨于穩(wěn)定。受自然風時空耦合特性影響，導致風電場間出力的聚合特性弱于風電場內部。

3#機組風電出力時間序列圖傳遞性衰減率（與出力最大值相比）1#傳遞性衰減率（與出力最大值相比）1# 2# 3#春季7.OO%13.8O%O夏季13.9O%18.8O%O秋季13.1O%27.2O%O冬季9.6O%14.4O%O風輪等效風速計算風輪等效風速計算——風電場技術實驗室（——風電場技術實驗室（LaboratoryonWindFarmTechnologies）——PAGE9風電機組呈現(xiàn)低風速和大型化發(fā)展趨勢，風速在風輪掃掠平面內空間變化明顯增加，輪轂高度風速無法代表風輪掃掠面內的風速效應，準確、科學、有效的風輪等效風速計算，對理論發(fā)電量計算精度的提高意義重大；現(xiàn)有方法需要多個高度的風速、風向值，且假設風輪是靜止的。低風速風電場特點風資源特點高湍流大切變低風功率密度低風速風電機組特點高塔筒變化明顯增加

基于等效功率的風輪等效風速計算方法風切變和塔影效應對風輪掃掠面內風速的影響規(guī)律分析風切變效應影響 塔影效應影響 風切變和塔影效應影響計及風切變和塔影效應的風輪等效風速計算模型風輪等效風速隨葉片方位角變化 風輪等效風速隨風切變系數(shù)變化 風輪等效風速隨輪轂高度風速變化風電場流場模擬技術風電場流場模擬技術——風電場技術實驗室（——風電場技術實驗室（LaboratoryonWindFarmTechnologies）——PAGE10準確的風電場流場模擬是風電場優(yōu)化設計的關鍵基礎，尤其在復雜地形條件下，精度和計算效率更難以兩全，嚴重限制了工程應用效果。風電機組群的尾流干涉機理尚不清晰，而商業(yè)軟件中更尚未能考慮此效應的影響。風電場流場CFD模擬技術和預計算方法基于工程嵌套的風電場流場模擬技術大氣穩(wěn)定度、尾流模型、湍流模型對發(fā)電量計算精度的影響規(guī)律風電機組尾流干涉研究改進了現(xiàn)有半經(jīng)驗尾流模型，實現(xiàn)了尾流的高效準確計算風電機組群尾流非定常精細化數(shù)值模擬不穩(wěn)定

穩(wěn)定 中性

自由尾流不同大氣穩(wěn)定度下的風電場流場分布 水平方向加密區(qū)域網(wǎng)格 尾流干涉基于CFD基于CFD預計算的風電場微觀選址優(yōu)化——風電場技術實驗室——風電場技術實驗室（LaboratoryonWindFarmTechnologies）——PAGE11在風電場微觀選址優(yōu)化中需要對風電場內的機組尾流場在短時間內進行高達上萬次的模擬，所使用的尾流模擬方法不僅要能保證一定的計算精度，運算效率也必須滿足工程要求。CFD預計算模型 風電場微觀選址優(yōu)化CFD模型：致動盤離散方式：二進制

costN21eO.OO174N2t33 風輪建模：動量源項二維化分布率k-ε湍流模型+湍流耗散率源項插值方法：分段三次Hermite插值選取原則：均勻性、邊緣性

計算域示意圖計算域內網(wǎng)格

螢火蟲算法優(yōu)化變量：機組排布方案+機組臺數(shù)優(yōu)化目標：單位千瓦成本最低變風向變風速Grady結果校核Grady布機方案本文計算結果變風向變風速Grady結果校核Grady布機方案本文計算結果本文布機方案機組總數(shù)3945風電場總出力(kW)1865O217O3目標函數(shù)(W-1)1.44351.4O27技術路線度分布技術路線風電場優(yōu)化設計研究成果風電場優(yōu)化設計研究成果——風電場技術實驗室（Laboratory——風電場技術實驗室（LaboratoryonWindFarmTechnologies）——PAGE12風能資源特性研究成果：碩士研究成果：碩士學位論文8篇；SCl、El論文6篇；發(fā)明專利4項；開發(fā)軟件系統(tǒng)2套。主要依托項目①2018年政府間國際科技創(chuàng)新合作重點專項“蒙古國南戈壁區(qū)域風能資源時空特性及中蒙風電合作開發(fā)場景研究”(項目編號:2017YFE0109000)風電場流場模擬技術研究成果：研究成果：學位論文5篇；論文15篇，其中SCl、El論文11篇；發(fā)明專利3項。主要依托項目①國家自然基金項目“風電機組尾流干涉機理研究”②國家自然科學基金“大氣穩(wěn)定度對風力機尾流演化的影響規(guī)律研究”③國家電網(wǎng)科技項目“大型風電基地尾流效應研究”④獲2017年度電力建設科學技術進步獎2等獎目錄目錄——風電場技術實驗室（Laboratory——風電場技術實驗室（LaboratoryonWindFarmTechnologies）——PAGE13風電場設計技術風電場設計技術風電場運維技術新能源電力系統(tǒng)優(yōu)化運行風電場優(yōu)化控制技術風電場優(yōu)化控制技術——風電場技術實驗室——風電場技術實驗室（LaboratoryonWindFarmTechnologies）——PAGE14大型風電場尾流效應明顯，嚴重影響發(fā)電量，降低了風電場收益。限電條件下風電機組壽命，造成維護成本增加。提高風電場輸出功率為目標的風電場優(yōu)化控制技術風電場尾流分布快速計算方法適用于大型風電場的多智能體優(yōu)化控制方法

風電場延壽、降低運維成本為目標的風電場優(yōu)化控制技術風電機組機械損傷量計算方法限電條件下，風電場內機械損傷量最小的風電場內機組組合優(yōu)化模型優(yōu)化后風電場整體輸出功率提高了6.8%研究成果：學位論文8篇（其中博士論文2篇）；論文17篇，其中SCl、El論文12篇；發(fā)明專利2項。主要依托項目：①國家高技術發(fā)展計劃（863）項目“風電場.光伏電站集群控制系統(tǒng)研究與應用”②企業(yè)委托項目“風電場智能控制系統(tǒng)研發(fā)”智能風電場功率預測系統(tǒng)智能風電場功率預測系統(tǒng)——風電場技術實驗室（——風電場技術實驗室（LaboratoryonWindFarmTechnologies）——PAGE15風電場功率預測精度考核，關系到風電場的風電場功率預測精度考核，關系到風電場的，迫在眉睫。系統(tǒng)功能多點數(shù)值天氣預報融合與精度提升多時空尺度預測預測結果不確定性分析模型遠程自適應更新爬坡預測風場景自動識別模型豐富，預測精度高12種統(tǒng)計模型中長期、短期、超短期深度學習物理模型CFD流場預計算模型組合模型系統(tǒng)優(yōu)勢適應性強適用于大型風電場以及區(qū)域風電基地適用于已建成的風電場及新建風電場適用于不同地形的風電場適用于陸上及海上風電場可靠的預測區(qū)間5種概率預測模型蒙特卡羅方法 ?相關向量機分位數(shù)回歸方法 ?云模型獨立分量法提供任意置信水平下的預測結果不確定性分析研究成果：學位論文12篇（其中博士論文4篇）；論文62篇，其中SCl、El論文51篇；發(fā)明專利11項；系統(tǒng)開發(fā)1項。主要依托項目：①國家863計劃“風電場功率預測方法研究及系統(tǒng)開發(fā)”②國家自然科學基金項目“基于CFD數(shù)值模擬數(shù)據(jù)庫的風電場功率預測物理方法研究”③國家自然科學基金項目“風電功率預測多尺度不確定性對電力調度成本的影響機理”風電場功率預測風電場功率預測——風電場技術實驗室（——風電場技術實驗室（LaboratoryonWindFarmTechnologies）——PAGE16風電場多點位數(shù)值天氣預報修正問題 模型 結果不同風向下的風速波動模式不同數(shù)值天氣預報波動模式單一恢復地形、粗糙度等微尺度作用

多輸入多輸出的深層神經(jīng)網(wǎng)絡結構多種輸入數(shù)據(jù)特征多源數(shù)值天氣預報風電機組故障診斷與健康管理技術風電機組故障診斷與健康管理技術——風電場技術實驗室——風電場技術實驗室（LaboratoryonWindFarmTechnologies）——PAGE17故障診斷與健康管理是保障風力發(fā)電設備安全性和可靠性的關鍵技術，有助于提高新能源電力系統(tǒng)運行的安全性和穩(wěn)定性為時變載荷條件下風電機組齒輪傳動系統(tǒng)故障診斷和預測提供依據(jù)

為全壽命周期健康管理奠定理論基礎

為構建數(shù)據(jù)驅動的故障診斷模型提供了新思路轉動慣量矩陣J阻尼矩陣C剛度矩陣K故障激勵矩陣T

故障激勵響應故障JJt2CtKTtkTk2 故障動力模型17風電機組故障診斷與健康管理技術風電機組故障診斷與健康管理技術發(fā)表學術論文17篇，其中SCl、El收錄6篇，授權發(fā)明專利1項，實用新型專利4項論文《基于粒子群優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡的風電機組齒輪箱故障診斷方法》榮獲2016年度中國百篇最具影響力學術論文研發(fā)風電機組狀態(tài)檢修和健康管理系統(tǒng)，并獲得廣泛應用研究成果榮獲2018年度國家科學技術進步二等獎（第四完成人）18——風電場技術實驗室（18——風電場技術實驗室（LaboratoryonWindFarmTechnologies）——風電場運營效能評價風電場運營效能評價——風電場技術實驗室（——風電場技術實驗室（LaboratoryonWindFarmTechnologies）——PAGE19針對不同型號風電機組的運行性能以及不同風電場的運營水平進行對標，指出改進方向，提高存量風電場的發(fā)電量和收益關鍵手段。風電場運行大數(shù)據(jù)治理技術數(shù)據(jù)的回歸插補、插值插補、最近距離插補方法風電機組理論發(fā)電量計算方法風電機組運行狀態(tài)識別方法基于機艙風速風電機組理論發(fā)電量計算方法風電場效能評價指標體系損失電量歸因與統(tǒng)計研究成果：學位論文1篇；論文3篇；發(fā)明專利2項。主要依托項目：①企業(yè)委托項目“中電投集團運營風電場后評價研究”②企業(yè)委托項目“風電、光伏項目工程投資和運行成本數(shù)據(jù)體系建設及分析”目錄目錄——風電場技術實驗室（——風電場技術實驗室（LaboratoryonWindFarmTechnologies）——PAGE20風電場設計技術風電場設計技術風電場運維技術新能源電力系統(tǒng)優(yōu)化運行新能源多能互補優(yōu)化技術新能源多能互補優(yōu)化技術——風電場技術實驗室（——風電場技術實驗室（LaboratoryonWindFarmTechnologies）——PAGE21要作用日益明顯。風、光資源及出力的互補特性研究典型天氣條件研究風、光聯(lián)合出力模型儲能系統(tǒng)運行特性研究不同運行場景下多能互補聯(lián)合運行調度模型研究成果：學位論文4篇；論文3篇；發(fā)明專利2項。

多云天氣下風光典型出力曲線（互補指數(shù)O.83） 多能互補運行結果主要依托項目：①國家自然科學基金雅礱江重點項目：雅礱江流域風光水多能互補運行的優(yōu)化調度方式研究②國家自然科學基金雅礱江培育項目：流域風光水多能互補運行中風光出力不確定性研究③國家科技部重大專項“高