以修正風速為基準分析風電并網(wǎng)運行棄風電量評估

韓建輝

摘 要：風電并網(wǎng)安全穩(wěn)定運行最為重要的一個部分就是棄風電量評估，立足于風能利用系數(shù)函數(shù)大小，進一步在原來的基礎(chǔ)上修正測量風速，此次研究針對某風場的棄風電量開展了有效的評估工作。最首要的工作就是立足于棄風電量評估的重要性以及科學性，對棄風電量評估條件進行了分析。在上述的基礎(chǔ)上對風電量評估要求進行分析，之后得出科學的棄風電量計算模型，這個模型主要工作就是在使用風能利用系數(shù)的基礎(chǔ)上完成風速的修正，同時將理論電量以及實際電量計算出來。之后則再計算實際風場數(shù)據(jù)，得出棄風電量數(shù)值大小，期望為風電并網(wǎng)的進一步深入研究提供相應的參考以及借鑒。

關(guān)鍵詞：修正風速 ?基準 ?風電并網(wǎng) ?棄風電量

中圖分類號：TM721 ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）10（c）-0052-02

隨著社會的發(fā)展，我國的風電發(fā)展速度又刷新高。直到2012年末，根據(jù)相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)得到，風電裝機容量目前已經(jīng)達到6083萬kW，其全年發(fā)電量排行全球首位。近幾年來，我國風電行業(yè)取得了非常巨大的發(fā)展，但是在實際工作中，我國風電存在的一些問題也逐漸浮出水面[1]，例如：風電消納存在很大的困難、棄風電量逐漸增加等。調(diào)查相關(guān)文獻得到，2011年國內(nèi)棄風電量達到了整體的16%，但是2012年為20%。最主要的原因就是風電存在非常明顯的波動性以及隨機性，上述存在的缺陷會跟電網(wǎng)存在的穩(wěn)定供電需求兩者之間存在非常顯著的矛盾，因為矛盾的存在，就會直接造成棄風電量逐漸上漲。逐漸上漲的棄風電量就會相應的增加風電的成本，繼而導致風電行業(yè)發(fā)展受到阻礙。因此，我們需要從根本上掌握棄風電量評估的作用。

1 構(gòu)建棄風電量評估模型

計算最為基礎(chǔ)的部分就是模型，模型可以當成數(shù)據(jù)可靠性的基本保障，同時也是數(shù)據(jù)真實性保障。因此，在模型構(gòu)建的過程中，需要嚴格按照相關(guān)標準完成數(shù)據(jù)的采集，促使收集數(shù)據(jù)準確性、完整性、有效性得到很好地保障，在此基礎(chǔ)上，促使風力發(fā)電機組的功率輸出特性得到進一步的確定，在上述的基礎(chǔ)上對風電場的棄風電量大小進行計算評估。

1.1 采集數(shù)據(jù)

在計算風電場棄風電量的過程中，想要保證風電輸出功率值計算值的準確性，同時保證其在不同狀況下所展示的真實性，那么我們在采集數(shù)據(jù)的過程中需要保證采集到以下幾個部分：首先是功率因素，其次是風速因素，再次是環(huán)境因素等。首先列出風電機組的功率曲線表達式，詳細如下：P=1/2ρSV3CP（P代表風電輸出功率，V則代表風通過風輪截面積的速度，CP則代表風電機組的風能利用系數(shù)，ρ則代表空氣密度，S則代表風輪面積）[2]。分析上述公式我們可以得到，不同的空氣密度會直接影響到風電功率，在實際計算的過程中，我們一般會選擇使用標準的空氣密度。所以我們針對的并不是標準的空氣密度風電場，而是需要風電場進行進一步的修正。同時修正空氣密度中的有效因素：相對濕度、氣溫、氣壓等。不僅如此，還要嚴格按照風向測量結(jié)果來將那部分不正確的風速數(shù)據(jù)過濾掉。進行采集數(shù)據(jù)的時候，需要保證所使用的風力發(fā)電機組時刻處于正常運行下。對選定的數(shù)據(jù)使用比恩法完成排序，上述所采集的數(shù)據(jù)組需要將以下范圍全部包括進來：≤切入風速每秒1 m直到風力發(fā)電機組85.00%額定功率輸出時的1.5倍的風速。

1.2 預處理與篩選風速

因為在線監(jiān)測系統(tǒng)會發(fā)現(xiàn)風電機組存在一定程度的誤差，因為誤差的存在，會直接導致被統(tǒng)計的數(shù)據(jù)缺乏準確性，并且存在明顯的漏洞，所以，在預測各個特征參量之前，我們需要驗證按照相關(guān)資料對各個特征參量進行分析以及相應的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制。該項工作最主要的目的就是實現(xiàn)原始數(shù)據(jù)的查漏補缺，同時在上述的基礎(chǔ)上替換修正異常的數(shù)據(jù)，促使這部分數(shù)據(jù)可以從根本上滿足所需要的連續(xù)性、明確性以及完整性需求，并且為并網(wǎng)棄風電量評估提供相應的借鑒以及參考。使用數(shù)據(jù)周期，一個周期時間間隔10 min[3]。之后按照以下公式將每一周期內(nèi)功率的平均值計算出來，同時計算出每一周期內(nèi)功率標準差大小。公式以及公式。公式中，表示這個時期內(nèi)數(shù)據(jù)的平均值大小，則表示這個時期內(nèi)數(shù)據(jù)的標準差大小，N則表示這個時期內(nèi)數(shù)據(jù)的數(shù)量，那么，Km則表示這個時期內(nèi)m數(shù)據(jù)值的大小。設(shè)定相應的區(qū)間，順利的將這個區(qū)間的數(shù)據(jù)排除出去，不僅如此，還可以準確的定位這個功率數(shù)據(jù)相對于的監(jiān)測數(shù)據(jù)。并且可以在預處理數(shù)據(jù)過程中，將風力發(fā)電機組不工作產(chǎn)生的數(shù)據(jù)排除掉、測試系統(tǒng)發(fā)生故障產(chǎn)生的數(shù)據(jù)排除掉以及風向不在測量扇區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)排除掉等。最后，將篩選出來的數(shù)據(jù)集合作為主要的研究對象。

1.3 完成修正風速工作

對于目前存在的風力發(fā)電場，很多都是選擇使用風電機組自身安裝的風速計來測量風速大小。但是其在測量的過程中，存在一定程度的限制，使用風力發(fā)電機組上風速計所測量得到的與實際風電機組功率相對于的風度存在一定程度的差異。因此，如果選擇使用風速計來進行風速測量，并且實現(xiàn)功率曲線的繪制，那么就很難保證其真實性以及正確性。所以我們需要針對實際情況，對風速進行修正。此次研究使用系數(shù)CP來完成風速的修正。我們可以使用檢測設(shè)備直接得到風輪的轉(zhuǎn)速，將其代表為w，嚴格按照相關(guān)標準按照風輪的轉(zhuǎn)速將風速推導出來。詳細的修正步驟如下[4]所示。

首先，風能利用系數(shù)函數(shù)CP（λ，β）的求取。由P= 1/2ρSV3CP得到公式，在相同時刻下，葉尖速比實質(zhì)上指的是風輪葉片尖端的線速度跟輪轂高度處風速兩者之間的比值。之后我可以將尖速比表達為以下公式：。公式中，w代表風輪轉(zhuǎn)速的大小，則代表葉尖速比大小。代入公式得到2Pλ3=w3R3ρSCP，風電機組的功率曲線一般情況下具有非常顯著的相似性，CP（λ，β）實質(zhì)上代表槳距角β跟尖速比λ所構(gòu)成的曲線。

其次，計算出葉尖速比λ。將槳距角β設(shè)為0，嚴格按照CP（λ，β）性質(zhì)將葉尖速比λ計算出來，得到以下公式：，進而得到，上述R是已知的，同時S、w以及P值大小也是已知的。其中，ρ則選取標準值大小--1.225 kg/m3，如果我們想要得到的結(jié)果實現(xiàn)進一步的準確化，那么我們也可以嚴格按照實際風場監(jiān)測的溫度以及氣壓等數(shù)據(jù)進行，首先是將滿足當?shù)貙嶋H情況的空氣密度值計算出來。嚴格按照相應的數(shù)學基本知識，在完成方程求解之后可以將λ的3個解求出;之后則在上述的基礎(chǔ)上嚴格按照實際的情況，將其中一個負值解舍去，之后就將另外的兩個解值代入上述公式，這時候我們就可以順利的得出CP的兩個值，但是，其中一個值小。嚴格按照風電機組風能利用系數(shù)CP所取值處于不可能的太小的實際情況進行取值，如果其取值明顯小于0.1，那么就需要舍去該CP值對應的λ值，之后將剩下的值代入，求出所要求的葉尖速比λ大小。

2 結(jié)語

目前我國針對棄風電量評估工作還是較為薄弱的，是因為主要將在電網(wǎng)調(diào)度模型中電網(wǎng)接納風電能力以及其穿透功率下棄風等問題納入了考慮范圍。此次根據(jù)實例分析，計算了棄風電量的具體數(shù)值，上述方法得到的結(jié)果以及經(jīng)驗可以為未來的風電并網(wǎng)消納研究提供相應的理論參與以及基礎(chǔ)。最首要的工作就是立足于棄風電量評估的重要性以及科學性，對棄風電量評估條件進行了分析。在上述的基礎(chǔ)上對風電量評估要求進行分析，之后得出科學的棄風電量計算模型，這個模型主要工作就是在使用風能利用系數(shù)的基礎(chǔ)上完成風速的修正，同時將理論電量以及實際電量計算出來。之后則再計算實際風場數(shù)據(jù)，得出棄風電量數(shù)值大小，期望為風電并網(wǎng)的進一步深入研究提供相應的參考以及借鑒。

參考文獻

[1] 宋穎巍，劉巖，韓震燾，等.基于修正風速的風電并網(wǎng)運行棄風電量評估[J].電氣應用，2014（23）：42-45.

[2] 萬杰.基于SCADA數(shù)據(jù)的風電機組運行狀態(tài)評估方法研究[D].華北電力大學，2014.

[3] 姜文玲，馮雙磊，孫勇，等.基于機艙風速數(shù)據(jù)的風電場棄風電量計算方法研究[J].電網(wǎng)技術(shù)，2014（3）：647-652.

[4] 白陽.充分利用風電的蒙西電網(wǎng)電量交易方案研究[D].華北電力大學，2013.