风电场理论发电量与弃风电量评估导则

ICSFORMTEXTFORMTEXT点击此处添加中国标准文献分类号FORMTEXTFORMTEXTDLFORMTEXTDL/TFORMTEXTXXXXX—FORMTEXT2012FORMTEXTFORMTEXT风电场理论发电量与弃风电量评估导则FORMTEXTGuidelinesonWindFarmTheoreticalElectricQuantityandElectricQuantityLossbyWindAbandonedEvaluationFORMTEXT点击此处添加与国际标准一致性程度的标识FORMDROPDOWNFORMTEXTFORMTEXT2012-FORMTEXTXX-FORMTEXTXX发布FORMTEXT2012-FORMTEXTXX-FORMTEXTXX实施FORMTEXT发布DL/TXXXXX—2012前言 II引言 III1范围 12规范性引用文件 13术语和定义 14测风塔要求 25功率曲线 36理论发电量计算 47弃风电量计算 58模型评估 59性能指标 6附录A（资料性附录）误差计算方法 1引  言与常规能源发电不同，风电具有随机性和波动性，因此大规模风电并网将对电网造成重大影响。在保证电力系统安全稳定运行的基础上，改善电网接纳风电的能力，提高风电并网容量，需要在特殊时段对风电场的输出功率进行限制。合理有效的计算风电场的理论发电量和弃风电量，有助于电网调度部门在限电时段结束时掌握风电场的理论发电能力并合理安排常规机组的运行方式，同时为电网公司和发电企业合理评估限电措施以及电量结算提供依据。本标准规定了风电场理论发电量和弃风电量的评估方法，主要内容包括测风数据、功率曲线数据等基础数据的获取方式，理论发电量计算和弃风电量的计算方法，模型的评估以及性能指标要求等。标准涉及的主要技术内容均是根据国内外目前使用比较普遍的技术方法制正。风电场理论发电量与弃风电量评估导则范围本标准规定了风电场理论发电量及弃风电量的评估方法，风电场及调度机构可参照使用。规范性引用文件下列文件对于本标准的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本标准。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本标准。GB/T18709-2002风电场风能资源测量方法GB/T18710-2002风电场风能资源评估方法发改能源[2003]1403号风电场风能资源测量和评估技术规定QX/T74-2007风电场气象观测及资料审核、订正技术规范GB/T18451.2-2003/IEC61400-12:1998风力发电机组功率特性实验术语和定义下列术语和定义适用于本文件。 轮毂高度（风机）hubheight(windturbine)从地面到风轮扫掠面中心的高度。有功功率activepower发电机发出电能中可转化为热能、光能、机械能或化学能，用于做功被消耗的部分，本规范简称功率。功率曲线powercurve描绘风电机组有功功率输出与风速的函数关系图和表，功率曲线包括设计功率曲线、计算功率曲线。风速windspeed空气微团的移动速度。根据测量时距的长短，包括瞬时风速、平均风速等，单位为米每秒（m/s）。风向winddirection风的来向，单位为度（°），静风以C表示。地形terrain地表以上分布的固定性物体共同呈现出的高低起伏的各种状态。复杂地形complexterrain地形显著变化或有引起气流畸变的障碍物的地带。地表粗糙度surfaceroughness因地表起伏不平或地物本身几何形状的影响，使风速廓线上风速为零的位置并不在地表（高度为零处），而在离地表一定高度处，这一高度则被定义为地表粗糙度。障碍物obstacles能引起气流不规则变化的固定物体，如建筑、树林、风机发电机等。测风塔要求测风塔位置测风塔位置应具有代表性，可反映风电场所处区域的风能资源特性；测风塔宜在风电场主导风向的上风向，距离风电机组1km~5km；测风塔应避开障碍物，距离障碍物的距离应为障碍物高度的10倍以上。测风塔数量测风塔数量的确定应综合考虑风场地形条件、气候特征、风场区域范围、装机容量等因素；对于地形较为平坦的中小型风电场（装机容量小于100MW、风场覆盖范围小于20km2），应至少配置1座测风塔；地形较为复杂的风电场，应适当增加测风塔的数量；对于大型风电基地和风电场群，应沿主导风向在风场两侧各安装1座测风塔；对于不具备测风塔安装条件的区域（如海上风电场），可考虑使用声雷达（SODAR）或光雷达（LIDAR）。数据采集要求测风数据的采集应满足实时性的要求，包括风速、风向、气温、气压等参数。数据采集频率宜为秒级，自动计算并生成5min的平均值及标准差；风速仪至少应安装于10m、50m及轮毂高程；风向仪至少应安装于10m及轮毂高程；气温和气压传感器应安装在离地面10m以上的高程。功率曲线对于经过认证机构测试的功率特性曲线，可根据实测空气密度进行校正；无法提供测试功率曲线的机型，需根据风机机头风速及单机功率进行拟合。空气密度空气密度可根据实测气温及气压计算得到，平均空气密度可根据逐5min空气密度平均得到：（1）（2）式中：——5min平均空气密度；——5min平均气压；——气体常数287.05（J/kg.K）；——5min平均气温；——样本个数；——平均密度。功率曲线的校正若风电机组的功率特性曲线经过实验验证，且实测空气密度在1.225kg/m3±0.05kg/m3范围内，功率曲线无需校正；若在此范围以外，则功率曲线需根据以下方法进行校正。失速控制、具有恒定桨矩和转速的风力发电机组对于失速控制、具有恒定桨矩和转速的风力发电机组，校正功率曲线可利用公式3计算：（3）功率自动控制的风电机组对于功率自动控制的风电机组，校正功率曲线可利用公式4计算：（4）式中：——折算后的功率；——折算前的功率；——标准空气密度（1.225kg/m3）；——折算前的风速；——折算后的风速；——实测平均密度。功率曲线的拟合若风电机组的功率特性曲线未经过实验验证，需根据风电机组的机头风速及单机功率进行拟合。数据选择准则应选择处于风电场外围、且位于主导风向上风向的风机作为特征风机；应选择机组故障率低、自由运行时间较长的风机作为特征风机；应根据机组运行日志剔除机组故障、人为限制出力、测风设备故障等时段的数据；风速及功率数据宜采用5min平均值；不同机型的功率曲线应分别拟合。功率曲线拟合方法拟合的功率曲线应采用机头平均风速及单机平均功率，根据bin方法（methodofbins）进行处理，采用0.5m/sbin宽度为一组，利用每个风速bin所对应的功率值根据公式5、6计算得到：（5）（5）式中：——第i个bin的平均功率值；——第i个bin的j数据组的功率值；——第i个bin的平均风速值；——第i个bin的j数据组的风速值；——第i个bin的5min数据组的数据数量。理论发电量计算理论功率计算综合考虑风电场所处区域的地形、粗糙度变化情况，结合风电场布局，建立风电场数字化模型。采用微观气象学理论或计算流体力学的方法，将测风塔风速外推至每台风机轮毂高度处，建立各风向扇区的风速转化函数：（6）式中：——由测风塔外推至风机轮毂高度处的风速；——测风塔实测风速；——影响因子（地形、粗糙度、尾流效应等）；——转化函数。采用历史外推风速及同期的机头风速建立回归方程，根据最小二乘等优化算法计算得到对应的回归系数并对外推风速进行修正。以修正风速为基础，结合经校正或拟合的功率曲线，计算得到单机的理论功率。所有风机理论功率累计，得到整场的理论功率。理论发电量计算理论功率通过积分得到计算时段的理论发电量。弃风电量计算风电场实际电量计算风电场实际电量可通过风电场5min功率的平均值积分得到，功率数据应取自升压站主变高压测。风电场理论电量计算风电场理论电量计算可通过风电场理论功率5min平均值积分得到。风电场总弃风电量风电场理论电量与同期实际电量相减得到风电场总弃风电量。调度限电电量限电时段理论功率与调度指令的差值进行积分（差值为负则不参与积分），得到调度限电电量。风电场场内弃风电量风电场总弃风电量与调度限电电量相减得到风电场场内弃风电量。模型评估理论发电量及弃风电量计算模型在应用前应经过专业技术部门评估。模型评估应选择在非限电时段进行。缺测及异常数据时段不参与统计。理论发电量模型应以全场功率为基准进行评估，统计指标至少应包括均方根误差、平均绝对误差、最大相对误差等。理论发电量模型评估指标为电量的相对误差，应以统计时段的理论电量为基准。弃风电量评估应人为设定特征限电时段，根据理论弃风电量与计算弃风电量的差值，以该时段的理论电量为基准进行相对误差统计。性能指标理论发电量的日均方根误差应小于10%。理论发电量的最大相对误差应小于10%。弃风电量的相对误差应小于3%。

（资料性附录）

误差计算方法A.1均方根误差（Erms） （A.1）A.2平均绝对误差（Eav） （A.2）A.3最大计算误差（max） （A.3）A.4电量相对误差（d） （A.4）式中： —— i时刻的实际电量； —— i时刻的理论电量；Cap —— 风电场的装机容量； —— 所有样本个数;━━风电场实际电量；━━风电场理论电量。前  言根据****的要求，中国电力科学研究院开展了《风电场理论发电量与弃风电量评估导则》的编制工作。本规范由*****归口；本规范由中国电力科学研究院提出并解释；本规范主要起草单位：*****；本规范主要起草人：****