以修正风速为基准分析风电并网运行弃风电量评估

韩建辉

摘 要：风电并网安全稳定运行最为重要的一个部分就是弃风电量评估，立足于风能利用系数函数大小，进一步在原来的基础上修正测量风速，此次研究针对某风场的弃风电量开展了有效的评估工作。最首要的工作就是立足于弃风电量评估的重要性以及科学性，对弃风电量评估条件进行了分析。在上述的基础上对风电量评估要求进行分析，之后得出科学的弃风电量计算模型，这个模型主要工作就是在使用风能利用系数的基础上完成风速的修正，同时将理论电量以及实际电量计算出来。之后则再计算实际风场数据，得出弃风电量数值大小，期望为风电并网的进一步深入研究提供相应的参考以及借鉴。

关键词：修正风速  基准  风电并网  弃风电量

中图分类号：TM721             文獻标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）10（c）-0052-02

随着社会的发展，我国的风电发展速度又刷新高。直到2012年末，根据相关调查数据得到，风电装机容量目前已经达到6083万kW，其全年发电量排行全球首位。近几年来，我国风电行业取得了非常巨大的发展，但是在实际工作中，我国风电存在的一些问题也逐渐浮出水面[1]，例如：风电消纳存在很大的困难、弃风电量逐渐增加等。调查相关文献得到，2011年国内弃风电量达到了整体的16%，但是2012年为20%。最主要的原因就是风电存在非常明显的波动性以及随机性，上述存在的缺陷会跟电网存在的稳定供电需求两者之间存在非常显著的矛盾，因为矛盾的存在，就会直接造成弃风电量逐渐上涨。逐渐上涨的弃风电量就会相应的增加风电的成本，继而导致风电行业发展受到阻碍。因此，我们需要从根本上掌握弃风电量评估的作用。

1 构建弃风电量评估模型

计算最为基础的部分就是模型，模型可以当成数据可靠性的基本保障，同时也是数据真实性保障。因此，在模型构建的过程中，需要严格按照相关标准完成数据的采集，促使收集数据准确性、完整性、有效性得到很好地保障，在此基础上，促使风力发电机组的功率输出特性得到进一步的确定，在上述的基础上对风电场的弃风电量大小进行计算评估。

1.1 采集数据

在计算风电场弃风电量的过程中，想要保证风电输出功率值计算值的准确性，同时保证其在不同状况下所展示的真实性，那么我们在采集数据的过程中需要保证采集到以下几个部分：首先是功率因素，其次是风速因素，再次是环境因素等。首先列出风电机组的功率曲线表达式，详细如下：P=1/2ρSV3CP（P代表风电输出功率，V则代表风通过风轮截面积的速度，CP则代表风电机组的风能利用系数，ρ则代表空气密度，S则代表风轮面积）[2]。分析上述公式我们可以得到，不同的空气密度会直接影响到风电功率，在实际计算的过程中，我们一般会选择使用标准的空气密度。所以我们针对的并不是标准的空气密度风电场，而是需要风电场进行进一步的修正。同时修正空气密度中的有效因素：相对湿度、气温、气压等。不仅如此，还要严格按照风向测量结果来将那部分不正确的风速数据过滤掉。进行采集数据的时候，需要保证所使用的风力发电机组时刻处于正常运行下。对选定的数据使用比恩法完成排序，上述所采集的数据组需要将以下范围全部包括进来：≤切入风速每秒1 m直到风力发电机组85.00%额定功率输出时的1.5倍的风速。

1.2 预处理与筛选风速

因为在线监测系统会发现风电机组存在一定程度的误差，因为误差的存在，会直接导致被统计的数据缺乏准确性，并且存在明显的漏洞，所以，在预测各个特征参量之前，我们需要验证按照相关资料对各个特征参量进行分析以及相应的数据质量控制。该项工作最主要的目的就是实现原始数据的查漏补缺，同时在上述的基础上替换修正异常的数据，促使这部分数据可以从根本上满足所需要的连续性、明确性以及完整性需求，并且为并网弃风电量评估提供相应的借鉴以及参考。使用数据周期，一个周期时间间隔10 min[3]。之后按照以下公式将每一周期内功率的平均值计算出来，同时计算出每一周期内功率标准差大小。公式以及公式。公式中，表示这个时期内数据的平均值大小，则表示这个时期内数据的标准差大小，N则表示这个时期内数据的数量，那么，Km则表示这个时期内m数据值的大小。设定相应的区间，顺利的将这个区间的数据排除出去，不仅如此，还可以准确的定位这个功率数据相对于的监测数据。并且可以在预处理数据过程中，将风力发电机组不工作产生的数据排除掉、测试系统发生故障产生的数据排除掉以及风向不在测量扇区内产生的数据排除掉等。最后，将筛选出来的数据集合作为主要的研究对象。

1.3 完成修正风速工作

对于目前存在的风力发电场，很多都是选择使用风电机组自身安装的风速计来测量风速大小。但是其在测量的过程中，存在一定程度的限制，使用风力发电机组上风速计所测量得到的与实际风电机组功率相对于的风度存在一定程度的差异。因此，如果选择使用风速计来进行风速测量，并且实现功率曲线的绘制，那么就很难保证其真实性以及正确性。所以我们需要针对实际情况，对风速进行修正。此次研究使用系数CP来完成风速的修正。我们可以使用检测设备直接得到风轮的转速，将其代表为w，严格按照相关标准按照风轮的转速将风速推导出来。详细的修正步骤如下[4]所示。

首先，风能利用系数函数CP（λ，β）的求取。由P= 1/2ρSV3CP得到公式，在相同时刻下，叶尖速比实质上指的是风轮叶片尖端的线速度跟轮毂高度处风速两者之间的比值。之后我可以将尖速比表达为以下公式：。公式中，w代表风轮转速的大小，则代表叶尖速比大小。代入公式得到2Pλ3=w3R3ρSCP，风电机组的功率曲线一般情况下具有非常显著的相似性，CP（λ，β）实质上代表桨距角β跟尖速比λ所构成的曲线。

其次，计算出叶尖速比λ。将桨距角β设为0，严格按照CP（λ，β）性质将叶尖速比λ计算出来，得到以下公式：，进而得到，上述R是已知的，同时S、w以及P值大小也是已知的。其中，ρ则选取标准值大小--1.225 kg/m3，如果我们想要得到的结果实现进一步的准确化，那么我们也可以严格按照实际风场监测的温度以及气压等数据进行，首先是将满足当地实际情况的空气密度值计算出来。严格按照相应的数学基本知识，在完成方程求解之后可以将λ的3个解求出;之后则在上述的基础上严格按照实际的情况，将其中一个负值解舍去，之后就将另外的两个解值代入上述公式，这时候我们就可以顺利的得出CP的两个值，但是，其中一个值小。严格按照风电机组风能利用系数CP所取值处于不可能的太小的实际情况进行取值，如果其取值明显小于0.1，那么就需要舍去该CP值对应的λ值，之后将剩下的值代入，求出所要求的叶尖速比λ大小。

2 结语

目前我国针对弃风电量评估工作还是较为薄弱的，是因为主要将在电网调度模型中电网接纳风电能力以及其穿透功率下弃风等问题纳入了考虑范围。此次根据实例分析，计算了弃风电量的具体数值，上述方法得到的结果以及经验可以为未来的风电并网消纳研究提供相应的理论参与以及基础。最首要的工作就是立足于弃风电量评估的重要性以及科学性，对弃风电量评估条件进行了分析。在上述的基础上对风电量评估要求进行分析，之后得出科学的弃风电量计算模型，这个模型主要工作就是在使用风能利用系数的基础上完成风速的修正，同时将理论电量以及实际电量计算出来。之后则再计算实际风场数据，得出弃风电量数值大小，期望为风电并网的进一步深入研究提供相应的参考以及借鉴。

参考文献

[1] 宋颖巍，刘岩，韩震焘，等.基于修正风速的风电并网运行弃风电量评估[J].电气应用，2014（23）：42-45.

[2] 万杰.基于SCADA数据的风电机组运行状态评估方法研究[D].华北电力大学，2014.

[3] 姜文玲，冯双磊，孙勇，等.基于机舱风速数据的风电场弃风电量计算方法研究[J].电网技术，2014（3）：647-652.

[4] 白阳.充分利用风电的蒙西电网电量交易方案研究[D].华北电力大学，2013.