大型風(fēng)電場測風(fēng)數(shù)據(jù)全生命周期的探討

李 斌，張海超，白雪峰，侯英俊

(遼寧大唐國際新能源有限公司，遼寧 沈陽 110001)

大型風(fēng)電場測風(fēng)數(shù)據(jù)全生命周期的探討

李 斌，張海超，白雪峰，侯英俊

(遼寧大唐國際新能源有限公司，遼寧 沈陽 110001)

大型新能源公司測風(fēng)塔基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集、處理、管理、分析、挖掘等方面存在不同程度的偏差，為此提出測風(fēng)塔全生命周期管理，分析測風(fēng)塔選址的合理性以及測風(fēng)數(shù)術(shù)在風(fēng)電場發(fā)電量提升、數(shù)據(jù)分析、二次規(guī)劃環(huán)節(jié)的重要性。通過對整個風(fēng)電場測風(fēng)塔數(shù)據(jù)周期全局掌控，進(jìn)行前期測風(fēng)、投產(chǎn)數(shù)據(jù)、產(chǎn)能后評估依據(jù)等各階段的大量基礎(chǔ)測風(fēng)數(shù)據(jù)分析，從源頭把控風(fēng)電項目設(shè)計偏差。通過探討風(fēng)電場測風(fēng)塔數(shù)據(jù)收集可行性，加強(qiáng)對項目的準(zhǔn)確評估，為效益提升提供可靠數(shù)據(jù)支撐，將風(fēng)電場測風(fēng)塔全生命周期數(shù)據(jù)作為衡量產(chǎn)能依據(jù)，采用大量實時數(shù)據(jù)技術(shù)作為故障預(yù)警、設(shè)備診斷、運行優(yōu)化、標(biāo)準(zhǔn)化提升的基礎(chǔ)依據(jù)，將測風(fēng)數(shù)據(jù)進(jìn)行閉環(huán)式管理，為風(fēng)電場設(shè)計建設(shè)各個環(huán)節(jié)提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支持。

風(fēng)電場；測風(fēng)塔；數(shù)據(jù)挖掘；全生命周期

0 引言

隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的不斷成熟，風(fēng)電行業(yè)迅速發(fā)展，各大風(fēng)電開發(fā)商開始關(guān)注和搶占風(fēng)資源，已設(shè)立數(shù)以萬計的風(fēng)電場測風(fēng)塔，但通過測風(fēng)塔實測值計算出的產(chǎn)能與運行值偏差加大[1-6]，造成極大資源浪費，其原因一方面是設(shè)備故障率和棄風(fēng)限電，另一方面是初步設(shè)計的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)問題造成。在項目開展之前的立塔測風(fēng)階段，多數(shù)能源公司通常為減少項目投資，借用其他附近項目測風(fēng)數(shù)據(jù)做可行性研究，而對項目具體設(shè)立幾座測風(fēng)塔，設(shè)立在什么位置以及測風(fēng)數(shù)據(jù)管理方面并沒有投入精力，設(shè)計、測量完全委托測風(fēng)塔公司，后者往往不能從業(yè)主角度統(tǒng)籌考慮區(qū)域資源情況和風(fēng)場二次規(guī)劃問題，且設(shè)備、數(shù)據(jù)的維護(hù)、收集、整理沒有專人監(jiān)管，往往造成數(shù)據(jù)完整度不足，實測數(shù)值偏差較大等問題。本文通過風(fēng)電場測風(fēng)、設(shè)計、投產(chǎn)數(shù)據(jù)對比依托，結(jié)合風(fēng)能資源情況和歷年實測數(shù)據(jù)，分析風(fēng)能評估差距，從源頭把控測風(fēng)塔安裝選址，加強(qiáng)測風(fēng)塔選址深度，同時強(qiáng)調(diào)風(fēng)電場測風(fēng)塔的生命周期性，應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)以充分掌握場區(qū)的地貌和風(fēng)況特征為前提，建立風(fēng)場模型確定每臺風(fēng)機(jī)位置及風(fēng)場陣列的排布方式以用于確認(rèn)選取測風(fēng)塔正確位置[7-9]。調(diào)研風(fēng)電場的前期測風(fēng)塔選址問題、預(yù)測電量偏差、實際發(fā)電能力等數(shù)據(jù)變化的原因，為各風(fēng)電項目前期選址、二次規(guī)劃、優(yōu)化運行提供重要支持依據(jù)，確定風(fēng)電場開發(fā)的意義和價值。

1 風(fēng)電場測風(fēng)數(shù)據(jù)全生命周期管理意義

風(fēng)能作為非化石可再生能源，逐漸占據(jù)各大型能源公司的重要配比，而風(fēng)能資源優(yōu)劣程度直接影響項目投資效益。對風(fēng)電場測風(fēng)數(shù)據(jù)全生命周期管理具有重要意義：

(1)大量精確的項目前期測風(fēng)塔數(shù)據(jù)是對風(fēng)電場投資建設(shè)前資源評定的前提。

(2)連續(xù)年測風(fēng)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性分析是該區(qū)域風(fēng)資源狀況評定，機(jī)型選取，載荷設(shè)計，投資收益，精化設(shè)計的理論依據(jù)。

(3)及時有效的實時測風(fēng)塔數(shù)據(jù)修正是項目設(shè)計糾偏、經(jīng)濟(jì)效益計算的準(zhǔn)確性的保障。

(4)投產(chǎn)項目測風(fēng)數(shù)據(jù)的收集整理是檢驗各運行機(jī)組功率一直性、優(yōu)化機(jī)型、二次研發(fā)的基礎(chǔ)。

(5)投產(chǎn)項目風(fēng)功率測風(fēng)塔數(shù)據(jù)收集是分析場區(qū)預(yù)見性、規(guī)律性、周期性氣象特征的保障。

(6)提升微觀選址深度。

(7)前期測風(fēng)數(shù)據(jù)、投運機(jī)組測風(fēng)數(shù)據(jù)、風(fēng)功率數(shù)據(jù)的連續(xù)年數(shù)據(jù)積累，作為測算風(fēng)電場全生命周期經(jīng)濟(jì)效益分析、投資回報收益率、經(jīng)濟(jì)性評價、風(fēng)電場后評估的基礎(chǔ)。

(8)全生命周期測風(fēng)數(shù)據(jù)收集管理為各臺機(jī)組的運行狀態(tài)、發(fā)電能力、故障報警、技改等服務(wù)提供監(jiān)控、檢測、改造的理論依據(jù)。

科學(xué)高效的管理風(fēng)電場全生命周期的測風(fēng)數(shù)據(jù)，可靠保證測風(fēng)塔測風(fēng)生命周期活性，作為精準(zhǔn)評估經(jīng)濟(jì)效益的理論依據(jù)，加強(qiáng)測風(fēng)塔的后期維護(hù)以及投產(chǎn)后場區(qū)數(shù)據(jù)校驗均將有效提升項目產(chǎn)能。

2 測風(fēng)數(shù)據(jù)全周期管理現(xiàn)狀及存在的問題

大型風(fēng)電場測風(fēng)數(shù)據(jù)全生命周期管理工作的數(shù)據(jù)量大，周期性長，測算比對復(fù)雜，專業(yè)技術(shù)業(yè)務(wù)要求高。全生命周期數(shù)據(jù)包括：項目立項前期該區(qū)域連續(xù)30年的長期氣象數(shù)據(jù)，如氣象站地理資料及設(shè)備參數(shù)、雷暴日、氣溫、氣壓值等。項目可行性研究期間的測風(fēng)塔基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，如測風(fēng)塔地理信息、設(shè)備型號、各高層的風(fēng)向、風(fēng)速、風(fēng)頻、氣溫、氣壓等。項目論證期間的區(qū)域中尺度數(shù)據(jù)(modern era retrospective-analysis, MERRA)，如格林威治平臺數(shù)據(jù)。項目建設(shè)期間的風(fēng)功率預(yù)測數(shù)據(jù)，如短期預(yù)測數(shù)據(jù)、超短期預(yù)測數(shù)據(jù)、同塔不同層的實測數(shù)據(jù)。項目投產(chǎn)期的各個運行機(jī)組瞬時風(fēng)況數(shù)據(jù)對應(yīng)的機(jī)組運行狀態(tài)值。同時應(yīng)注重測風(fēng)期間設(shè)備的及時維護(hù)，服務(wù)平臺的定期檢測和修繕。前期連續(xù)年數(shù)據(jù)的整理、插補(bǔ)、糾偏、同層對比、異層校驗等。機(jī)組投運期間的各風(fēng)機(jī)測風(fēng)設(shè)備的逐時風(fēng)速、風(fēng)向、功率一致性等數(shù)據(jù)的后臺儲存。風(fēng)功率測風(fēng)塔數(shù)據(jù)的定期數(shù)據(jù)分析、存檔等。

部分大型風(fēng)電企業(yè)測風(fēng)數(shù)據(jù)在風(fēng)電場機(jī)組生命周期內(nèi)并未達(dá)成閉環(huán)管理，而影響風(fēng)電場后評估的數(shù)據(jù)多數(shù)出現(xiàn)在測風(fēng)數(shù)據(jù)的收集與整理階段上，測風(fēng)資源各環(huán)節(jié)管理無序、流程混亂、質(zhì)量控制缺失、技術(shù)水平不足、誤差偏高，實際投運測風(fēng)塔暴露的主要有問題：(1)極端自然天氣造成的傷害和物理損耗，基礎(chǔ)承載力不夠造成倒塔。(2)運維記錄不全，統(tǒng)計分析誤差較大。(3)通訊信號干擾嚴(yán)重，地貌特征復(fù)雜，數(shù)據(jù)丟失量大。(4)測風(fēng)設(shè)備損壞嚴(yán)重，慎重丟失。(5)大量數(shù)據(jù)人工整理，比對，分析，效率低下。(6)測風(fēng)塔管理混亂，測風(fēng)塔狀態(tài)監(jiān)控繁瑣。(7)通訊服務(wù)拖欠費用，造成部分測風(fēng)塔正常運轉(zhuǎn)，但測風(fēng)數(shù)據(jù)無法收集。(8)運行機(jī)組測風(fēng)設(shè)備極端天氣冰凍，測風(fēng)失真、風(fēng)速分析后臺人為修正參數(shù)。(9)數(shù)據(jù)服務(wù)器硬盤損壞，歷史測風(fēng)數(shù)據(jù)丟失。

風(fēng)電場測風(fēng)數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確對項目建設(shè)效益產(chǎn)生直接影響，測風(fēng)塔在項目前期測風(fēng)過程中，存在各種自然或人為因素造成數(shù)據(jù)失真。數(shù)據(jù)傳輸故障造成部分傳感器數(shù)據(jù)出現(xiàn)缺失或異常，將導(dǎo)致后期數(shù)據(jù)質(zhì)量篩選、數(shù)據(jù)修正、數(shù)據(jù)插補(bǔ)、長期訂正等過程中會引入很大的不確定性，接近1%的風(fēng)速不確定性，會帶來超過3%的發(fā)電量不確定性，而對于某些投資效益嚴(yán)控的大型風(fēng)電企業(yè)，資本金回報收益率在8%～10%，由于測風(fēng)數(shù)據(jù)造成的3%的發(fā)電量不確定度可能就決定著風(fēng)電場是否盈利。

3 風(fēng)電場測風(fēng)數(shù)據(jù)全生命周期管理

3.1依靠中尺度數(shù)據(jù)擬合場區(qū)風(fēng)況特征

通過專業(yè)的測風(fēng)平臺可獲取相對精確的中尺度數(shù)據(jù)模擬值，例如場區(qū)附近長期氣象觀測站數(shù)據(jù)、格林威治平臺數(shù)據(jù)、中尺度數(shù)據(jù)。通過精細(xì)化的中尺度數(shù)值模擬測算，可有效提供目標(biāo)區(qū)域資源分布圖及擬建設(shè)區(qū)域的虛擬風(fēng)頻時間序列，由風(fēng)速分布圖可以估算擬選場址內(nèi)風(fēng)速水平和可開發(fā)區(qū)域面積及可開發(fā)容量，結(jié)合氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行流場模擬，繪制意向區(qū)域。某風(fēng)電場測風(fēng)塔中尺度數(shù)據(jù)的長期年際變化數(shù)據(jù)如表1。

表1 某風(fēng)電場測風(fēng)塔中尺度數(shù)據(jù)長期年際變化表Table 1 Long-term interannual variation of mesoscale data ofwind tower in a wind farm

由表1可得：該風(fēng)電場擬選區(qū)域范圍內(nèi)近10年中尺度年平均風(fēng)速為6.71 m/s；近20年中尺度年平均風(fēng)速為6.75 m/s；近30年中尺度年平均風(fēng)速為6.75 m/s。以中尺度數(shù)據(jù)模型對風(fēng)電場進(jìn)行長期連續(xù)年數(shù)據(jù)分析，結(jié)合該測風(fēng)塔位置周邊氣象站長期測風(fēng)資料推測該位置的長期年際風(fēng)速變化特征，作為大風(fēng)年、小風(fēng)年判斷參考依據(jù)，有效進(jìn)行代表年折減[10-13]。同時，采用資料同化技術(shù)將區(qū)域觀測數(shù)據(jù)與全球分析場數(shù)據(jù)用作模式初始測算，進(jìn)行多層嵌套的降尺度計算，獲得計算區(qū)域高精度的四維氣象數(shù)據(jù)集，進(jìn)行時間平均，獲得區(qū)域內(nèi)制定高度層的年平均風(fēng)能資源水平分布數(shù)據(jù)。再收集相應(yīng)地區(qū)位置及相應(yīng)時間段內(nèi)的測風(fēng)塔實測數(shù)據(jù)，以備后續(xù)對模擬方法的誤差分析、校正及評價。

結(jié)合實測結(jié)果和數(shù)值模擬計算進(jìn)行誤差評價、校核和可用性分析。以數(shù)值模擬中采用的虛擬測風(fēng)塔進(jìn)行相關(guān)風(fēng)資源指標(biāo)和特征進(jìn)行分析。針對立塔測風(fēng)階段進(jìn)行的精細(xì)化中尺度數(shù)值模擬，模擬范圍一般選定為擬選場址及周邊區(qū)域70～120 km，模擬分辨率為5 km，模擬時間段建議采用3年。

應(yīng)用中尺度數(shù)據(jù)可以推算出擬選用的風(fēng)機(jī)點位的理論風(fēng)機(jī)和風(fēng)向，若具備擬選主機(jī)的功率曲線，結(jié)合復(fù)雜地區(qū)三維地形數(shù)據(jù)，繪制出高分辨率風(fēng)資源圖譜，并且與中尺度數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)合，得出區(qū)域規(guī)劃容量，統(tǒng)籌分析機(jī)組發(fā)電量情況。

3.2先布局再立塔，加強(qiáng)微觀選址深度

測風(fēng)塔的選取應(yīng)注重先風(fēng)機(jī)選址，再測風(fēng)塔選址的原則布置，測風(fēng)塔位置的確認(rèn)應(yīng)像風(fēng)機(jī)微觀選址深度一樣統(tǒng)籌規(guī)劃，不僅保障測風(fēng)塔的代表性、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，還能有效掌握風(fēng)場建設(shè)規(guī)模，機(jī)組布置情況，核算產(chǎn)能效益，并且統(tǒng)籌規(guī)劃可以保障測風(fēng)塔的生命周期，促使測風(fēng)塔收集連續(xù)年數(shù)據(jù)，為項目設(shè)計提供長期穩(wěn)定的數(shù)據(jù)支持。

在海拔較高、地形復(fù)雜的區(qū)域，應(yīng)注重考慮測風(fēng)塔所能代表的區(qū)域范圍，需要通過加密測風(fēng)塔的方式減少代表性差的問題，在及其復(fù)雜的地貌特征區(qū)域，如果不能準(zhǔn)確評估資源情況，除了風(fēng)電場推算產(chǎn)能效益偏高之外，其他所有環(huán)節(jié)都潛藏著風(fēng)險。海拔梯度比較大的場區(qū)，建議制定針對性方案，設(shè)置不同海拔等級的測風(fēng)觀測點，如果海拔梯度變化較大，應(yīng)將測風(fēng)塔安裝在場區(qū)擬布置風(fēng)機(jī)處的平均海拔高度位置，平坦地形下選用1～2個測風(fēng)塔，且測風(fēng)塔位置與風(fēng)機(jī)布置位置相對集中，使測風(fēng)范圍最大程度覆蓋擬建風(fēng)機(jī)點位，有助于收集精準(zhǔn)的低風(fēng)速區(qū)域風(fēng)況信息，作為低風(fēng)速機(jī)型排布策略性優(yōu)化建議依據(jù)。

利用中尺度數(shù)據(jù)擬合場區(qū)內(nèi)資源特征，及風(fēng)況條件，在區(qū)域內(nèi)部統(tǒng)籌布置27臺風(fēng)電機(jī)組，計算各機(jī)組擬選輪轂高度處的相應(yīng)數(shù)據(jù)，依據(jù)邊界條件和建設(shè)規(guī)劃在場區(qū)范圍內(nèi)布置27臺2 MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，并以此27臺風(fēng)電機(jī)組處分別擬設(shè)立為27座測風(fēng)塔。分別計算機(jī)組輪轂高度處的風(fēng)況特征，結(jié)合測風(fēng)塔覆蓋半徑和地貌特征，選取最具有代表性的測風(fēng)塔位置。27座測風(fēng)塔風(fēng)況特征如表2。

微觀選址工作超前開展，借助于中尺度數(shù)據(jù)全面擬合區(qū)域風(fēng)資源情況，將風(fēng)電場設(shè)計階段提前謀劃。針對于中尺度擬合數(shù)據(jù)，初步擬選合理機(jī)型做代表性試算，機(jī)型的葉片長度盡量復(fù)核本區(qū)域風(fēng)況特征。湍流、風(fēng)切變數(shù)據(jù)應(yīng)做以預(yù)度考慮，盡可能將復(fù)核布置風(fēng)機(jī)的山脊全部布置風(fēng)機(jī)，結(jié)合風(fēng)資源軟件測試各機(jī)組產(chǎn)能情況及尾流影響。其中各機(jī)組尾流影響值不作為最終風(fēng)機(jī)布置點位限制條件，只作為輪廓高度擬合風(fēng)資源特征情況的參考依據(jù)。最后通過風(fēng)資源測算程序推算出各個風(fēng)機(jī)輪轂高度處的風(fēng)況條件，選擇最具有代表性的位置確立將場區(qū)內(nèi)能夠布置風(fēng)機(jī)的位置都設(shè)為擬立測風(fēng)塔位置，結(jié)合場均海拔高度、場區(qū)中心位置、測風(fēng)塔覆蓋半徑等條件統(tǒng)籌考慮。某風(fēng)電場測風(fēng)塔中尺度擬合資源布置如圖1，該風(fēng)電場區(qū)域內(nèi)南區(qū)風(fēng)資源較北區(qū)好，優(yōu)化設(shè)計時應(yīng)著重布置在南區(qū)迎風(fēng)山脊處，二次優(yōu)化時對南區(qū)布置風(fēng)機(jī)的安全性能逐一校驗。

表2 某風(fēng)電場擬立27座測風(fēng)塔位置處風(fēng)況條件Table 2 Wind conditions at 27 wind towers in a wind farm

圖1 某風(fēng)電場測風(fēng)塔中尺度數(shù)據(jù)擬合資源布置圖Fig.1 Resource arrangement of mesoscale data fitting for wind tower of a wind farm

通過數(shù)據(jù)對比分析可知：X1，X2號測風(fēng)塔數(shù)據(jù)分別與場區(qū)南北2個半?yún)^(qū)資源特性相近，且覆蓋半徑能夠全局把控，且這2處布置風(fēng)電機(jī)組后的發(fā)電能力較差，且對其他機(jī)組產(chǎn)生的尾流影響偏高，結(jié)合項目其他專題要件的制約條件分析，若其他25個位置可布置風(fēng)電機(jī)組，則X1、X2處設(shè)置為測風(fēng)塔較為合理。擬在這2處分別設(shè)立測風(fēng)塔，并安裝獨立的測風(fēng)裝置，實時收集數(shù)據(jù)作為后續(xù)項目建設(shè)的基礎(chǔ)依據(jù)，待收集完成連續(xù)年數(shù)據(jù)后與原擬立測風(fēng)塔的中尺度擬合數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，并以實測數(shù)據(jù)作為產(chǎn)能計算的數(shù)據(jù)源。

通過實測數(shù)據(jù)分析與中尺度擬合數(shù)據(jù)相近，個別風(fēng)況參數(shù)略有偏差。對于風(fēng)機(jī)和測風(fēng)塔的選定還需結(jié)合風(fēng)電場建設(shè)的綜合因素，若某建設(shè)機(jī)位位置極佳，布置為全生命周期的測風(fēng)塔會造成資源浪費；若風(fēng)機(jī)之間的布置方案不合理，將測風(fēng)塔位置工程建設(shè)期作為風(fēng)機(jī)點位吊裝會造成整體產(chǎn)能下降。測風(fēng)塔的選址與選定必須結(jié)合整個風(fēng)電場總體規(guī)劃，深入應(yīng)用微觀選址技術(shù)統(tǒng)籌設(shè)計，盡可能將測風(fēng)塔布置在滿足所有機(jī)位都專題限制和工程建設(shè)條件下的風(fēng)機(jī)最佳產(chǎn)能狀態(tài)下的備用風(fēng)機(jī)點位處，且此處的風(fēng)況條件能夠滿足場區(qū)代表性，為項目設(shè)計提升4%的產(chǎn)能，提高設(shè)計精度。

3.3數(shù)據(jù)儲備及機(jī)組健康狀況分析

測風(fēng)塔的生命周期不僅體現(xiàn)在前期測風(fēng)的工作期限中，測風(fēng)塔在收集完成1～2年的完整連續(xù)年數(shù)據(jù)后，雖然完成部分測風(fēng)資料收集，但未能及時維護(hù)修繕，無法保持長期工作的測風(fēng)能力，在項目專題開展環(huán)節(jié)會因限制條件制約舍棄部分?jǐn)M選風(fēng)機(jī)點位，對于后期基建時不影響風(fēng)機(jī)吊裝建設(shè)的測風(fēng)塔應(yīng)盡量保留，甚至在投產(chǎn)項目中仍應(yīng)保持繼續(xù)測風(fēng)功能，持續(xù)收集該場區(qū)資源數(shù)據(jù)，為后期大數(shù)據(jù)分析提供基礎(chǔ)性依據(jù)。將保留的測風(fēng)塔數(shù)據(jù)與風(fēng)功率測風(fēng)塔數(shù)據(jù)作以實時對比，同時可供投產(chǎn)風(fēng)機(jī)輪轂高度處的風(fēng)速、風(fēng)向儀設(shè)備收集數(shù)據(jù)進(jìn)行對比參考。某風(fēng)電場瞬時單機(jī)功率一致性統(tǒng)計數(shù)據(jù)如圖2。

圖2 某風(fēng)電場瞬時單機(jī)功率一直性統(tǒng)計圖Fig.2 Statistical of single generation capacity of a wind farm for continuous minutes

具備條件的項目公司應(yīng)建設(shè)完善的查詢統(tǒng)計、測風(fēng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計評估以及發(fā)電量測算管理平臺，建立實時數(shù)據(jù)庫，實時掌握測風(fēng)塔布局和風(fēng)資源的分布情況，實現(xiàn)測風(fēng)塔數(shù)據(jù)后臺實時批量整理分析功能，便于項目立項決策，測風(fēng)塔運行過程，要按照實時校、日收集、周對比、月匯總、年評估的方式監(jiān)管數(shù)據(jù)完整率和可靠性。數(shù)據(jù)源于風(fēng)電機(jī)組運行中實時產(chǎn)生的大量運營數(shù)據(jù)、設(shè)備運行的監(jiān)測數(shù)據(jù)，提取有效的測風(fēng)數(shù)據(jù)與機(jī)組功率數(shù)據(jù)，分析得到各項數(shù)據(jù)的正常閉合值和非正常運行閉合值，整合運行狀態(tài)的數(shù)據(jù)量化統(tǒng)一，實現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組運行狀態(tài)的精準(zhǔn)監(jiān)測評估，同時借助于測風(fēng)數(shù)據(jù)反映出的機(jī)組狀態(tài)精細(xì)化設(shè)備狀態(tài)分析，隨時獲取每臺風(fēng)電機(jī)組的運行數(shù)據(jù)和歷史信息，根據(jù)風(fēng)功率信息調(diào)整檢修計劃，開展風(fēng)電機(jī)組的預(yù)測性維護(hù)和項目計劃性檢修。某風(fēng)電場連續(xù)年單機(jī)功率一致性統(tǒng)計數(shù)據(jù)如表3。

表3 某風(fēng)電場連續(xù)年單機(jī)功率一直性統(tǒng)計表Table 3 Statistical table of single generation capacity ofa wind farm for continuous years

通過對2012—2016年采集的機(jī)組后臺數(shù)據(jù)分析，以單年為統(tǒng)計單位，各風(fēng)機(jī)發(fā)電能力較項目前期測風(fēng)數(shù)據(jù)擬合、中尺度擬合數(shù)據(jù)發(fā)電能力排序相近。以5個連續(xù)年為統(tǒng)計單位，其中2015年為相對高風(fēng)速年，將其各年對應(yīng)的風(fēng)資源數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為同一標(biāo)況下機(jī)組功率輸出能力后進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)2012—2016年風(fēng)機(jī)輸出能力逐年下降，且年發(fā)電量與設(shè)計值均成遞減趨勢，其中連續(xù)年中的1、2、3、4、6號風(fēng)機(jī)在歷年的發(fā)電量均屬前列且運行穩(wěn)定，22、24號風(fēng)機(jī)發(fā)電量較低。結(jié)合各風(fēng)機(jī)輪轂高度處風(fēng)資源數(shù)據(jù)對比，1、2、3、4、5、6、17號風(fēng)機(jī)所處歷年資源情況最優(yōu)，19、22、23、24、25號風(fēng)機(jī)所處資源情況較差。對比前期設(shè)計數(shù)據(jù)各個風(fēng)機(jī)單機(jī)發(fā)電能力，并參考?xì)v年限電、故障維護(hù)、停機(jī)、線路及站內(nèi)電氣設(shè)備故障情況分析1、2、3、4號風(fēng)機(jī)的運行性能較高，其他風(fēng)機(jī)運行穩(wěn)定性偏低，均與設(shè)計值存在較大差異，將各風(fēng)機(jī)發(fā)電能力細(xì)化至每日每時該風(fēng)速下該種機(jī)型對應(yīng)的功率曲線輸出功率對比分析，機(jī)組可利用率成逐年下降趨勢，根據(jù)連續(xù)年測風(fēng)數(shù)據(jù)歷史資料對項目開展投產(chǎn)后評估，針對故障率較高的機(jī)組建立設(shè)備健康檔案，同時制定相應(yīng)檢修方案。

通過該項目的全生命周期測風(fēng)數(shù)據(jù)管理，為項目降低約2%的風(fēng)速不確定性，提升約3%的發(fā)電量測算精度，準(zhǔn)確高效評估項目產(chǎn)能的經(jīng)濟(jì)效益，減少項目投資風(fēng)險，同時在項目后評估中依據(jù)長期的測風(fēng)數(shù)據(jù)及機(jī)組狀態(tài)值積累，為項目技改提升，風(fēng)場深化改造提供有效可靠的技術(shù)支持，制定針對性檢修方案。

4 結(jié)論

大量測風(fēng)數(shù)據(jù)收集的連續(xù)年程度和完整率成為風(fēng)電場精細(xì)化設(shè)計的基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性決定前期微觀選址的深度，制約各機(jī)組的發(fā)電量能力，測風(fēng)數(shù)據(jù)的積累由量變達(dá)成質(zhì)變的過程才能有效為項目后評估、機(jī)組可靠性運行提供可靠有效的技術(shù)支持。對于單一機(jī)組在額定風(fēng)速區(qū)域轉(zhuǎn)換風(fēng)能效率將成為制約產(chǎn)能的主要因素，在同系列不同適用風(fēng)速的機(jī)型間普遍存在發(fā)電性能力差異，同時微觀選址過程中對風(fēng)機(jī)點位資源的針對性設(shè)計同樣影響風(fēng)電場高效產(chǎn)能周期。

測風(fēng)數(shù)據(jù)的長期收集對保持風(fēng)電場全生命周期的高效發(fā)電能力意義重大，對項目電量預(yù)測、數(shù)據(jù)分析、優(yōu)化技改、場區(qū)擴(kuò)建、二次規(guī)劃等建設(shè)性方案均可提供有效數(shù)據(jù)支持，數(shù)據(jù)量化積累作為云計算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，風(fēng)電場測風(fēng)數(shù)據(jù)批量分析處理平臺的建設(shè)對于風(fēng)電行業(yè)穩(wěn)定健康發(fā)展也具有重要意義，通過各大型新能源企業(yè)在投產(chǎn)運行項目中已積累大規(guī)模測風(fēng)數(shù)據(jù)建立大數(shù)據(jù)庫中心，實現(xiàn)貫穿風(fēng)電全生命周期整體發(fā)電量提升，為推動風(fēng)電產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級提供有效數(shù)據(jù)支撐，提高風(fēng)電場機(jī)組可利用率，提升產(chǎn)能效益。

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李 斌

(編輯 蔣毅恒)

FullLifeCycleofWindDatainLargeScaleWindFarm

LI Bin, ZHANG Haichao, BAI Xuefeng, HOU Yingjun

(Liaoning Datang International Renewable Power Limited Company, Shenyang 110001, Liaoning Province, China)

There are different degrees of deviation in the basic data acquisition, processing, management, analysis, mining and other aspects of wind tower in large new energy company. Therefore, this paper proposes the full life cycle management for wind tower, fully analyzes the rationality of site selection of wind tower and the importance of wind test technology in generating capacity improvement of wind farm, data analysis and secondary planning. Through the overall control of the wind tower data cycle in wind farm, we analyze the large amount of basic wind data in each stage such as pre-test wind survey, production data, post-production evaluation basis, in order to control the design deviation of wind power project from source. Through the discussion of wind tower data collection feasibility in wind farm, we strengthen the accurate evaluation of the project, to provide reliable data support for the promotion of benefit. Taking the full life cycle data of wind tower in wind farm as a measure basis of capacity, we adopt a large number of real-time data technology as the basis data for fault warning, equipment diagnosis, operation optimization and standardization promotion, and implement the closed-loop management for wind data, which can provide accurate data support for all aspects of design and construction of wind farms.

wind farm; wind tower; data mining; full life cycle

TK 89

： A

： 2096-2185(2017)04-0040-07

10.16513/j.cnki.10-1427/tk.2017.04.007

2017-06-03

李 斌(1988—)，男，學(xué)士，工程師，研究方向為風(fēng)電新能源開發(fā)，資源評估、微觀選址、風(fēng)電場集控運行，大數(shù)據(jù)分析等， 347382203@qq.com；

張海超(1984—)，男，學(xué)士，工程師，研究方向為風(fēng)電場管理，設(shè)備治理，經(jīng)濟(jì)性評價等；

白雪峰(1981—)，男，碩士，工程師，研究方向為新能源計劃營銷、發(fā)展規(guī)劃、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、經(jīng)濟(jì)性評價等；

侯英俊(1985—)，男，大專，研究方向為新能源計劃營銷、發(fā)展規(guī)劃、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、經(jīng)濟(jì)性評價等。