基于测风塔和SCADA数据的风电场损失电量分析

雷阳 马东

摘要：为快速分析造成风电场发电量偏低现象的原因，依据具有代表性的测风塔数据，利用WT软件计算出理论发电量，将理论发电量与基于SCADA数据计算出的各类损失电量进行对比分析，可细化电量损失的来源，为风电场查明电量损失原因及下一步制定提升经济效益方案提供重要的参考依据。

关键词：电量分析;风电场;SCADA数据;损失电量;理论发电量

0    引言

风能作为一种重要的绿色清洁能源，其发展已成为世界各国实现可持续发展的重大战略[1-2]。在国家政策引导和技术进步等因素推动下，全球风电得到快速发展[3-4]。据全球风能协会统计，截至2018年底，全球风电累计装机容量达到591 GW，风电发电量占全球电力需求6%左右[5]。国内风电发展起步虽较晚，但发展速率较高。截至2018年底，中国新增并网风电装机20 590 MW，累计并网装机容量约188 392 MW，占国内全部发电装机容量的9.7%左右[6]。到2050年，我国风电累计装机容量将达到10亿kW，届时风电将成为电能的主力军[7]。

近年来，由于限电、故障、维护等原因，部分风电场总发电量较低，直接影响运营单位的经济效益[8]。为探明电量损失的主要来源，本文利用风电场具有代表性的测风塔数据，通过Meteodyn WT软件（以下简称“WT”软件）计算出理论发电量，并采集SCADA数据计算得到各类损失电量，对理论发电量和损失电量进行对比分析，找出电量损失的主要和次要来源，为风电场进一步查找原因并制定相关解决方案提供了重要技术参考。

1    分析背景

1.1    风电场概况

新疆哈密某风电场一期和二期装机总容量均为49.5 MW，共计99 MW。一、二期均安装33台某企业生产的82/1500型风电机组，机组轮毂高度均为70 m。

1.2    分析目的和思路

与往年历史数据对比，自2017年以来该风电场的总发电量较少，导致其经济效益较差。需查明造成电量损失的原因，为制定相关方案提供技术支撑。

分析思路：

（1）依据风电场具有代表性的测风塔数据，利用WT软件计算出理论发电量;

（2）采集SCADA系统的运行数据，利用拟合的实际功率曲线通过计算得出各类损失电量;

（3）对各类损失电量和理论发电量进行对比分析，确定电量损失的主要、次要来源;

（4）提供相关技术建议，指导风电场有方向、有针对性地解决该问题，最终提高风电场的经济效益。

2    计算和分析

2.1    理论发电量计算

2.1.1    测风塔基本情况

利用Google Earth地图结合实地勘察发现，该风电场地形较为平整，具有代表性的测风塔为5016#测风塔。依据《风电场风能资源评估方法》（GB/T 18710—2002）[9]和《风电场风能资源测量方法》（GB/T 18709—2002）[10]的要求对测风塔数据进行完整性检验、合理性检验、处理及订正，得到2018年1月1日至12月30日期间测风塔平均风速和风功率密度，如表1所示。

对测风塔70 m处的风向及风能进行分析时，发现测风塔的主风向为NW方向，风能密度的方向分布和风向频率类似，集中在NW方向上。

2.1.2    理论发电量计算

以一个完整年订正后的测风塔数据为基础，以现场地形图数据为依据，结合实际风电机组位置排布、实际机型特点及功率曲线，并充分考虑综合折减系数和尾流损失，通过WT软件可得到整个风电场及各个风电机组的理论发电量。风电场一、二期年發电量和年利用小时数如表2所示。

2.2    发电量对比分析

2.2.1    数据采集

分析数据均来自于风电场SCADA系统，采集时间为2018年1月1日至12月30日，数据为10 min平均值。数据包括平均风速、平均功率、发电量、限电情况、故障统计情况、机组运行状态值等。

2.2.2    风电场损失电量分析

将风电场电量损失来源进行分类，大体可分为：（1）维护损失;（2）故障损失;（3）限功率损失;（4）除上述原因之外的其他损失。维护损失电量、故障损失电量、限功率损失电量计算公式如下：

公式（1）（2）和（3）中实际风速是指风电机组风速风向仪所测量的实际值，实际功率值是指该实际风速下对应的实际功率曲线中的功率值，而实际功率曲线是通过拟合一年内SCADA数据所得到的[11]。

通过公式（1）（2）和（3）可计算得到风电场一、二期各台风电机组累加的因维护、故障、限功率及其他原因造成的损失电量占理论发电量比值，如表3所示。

由表3可知，风电场损失电量原因主要是限功率和其他损失，其次是故障损失。其中，限功率损失电量最高，比例达到22.60%;其他损失电量占比达到15.80%;故障损失电量占比为0.71%。

2.2.3    风电机组损失电量分析

风电场一、二期各台风电机组损失电量与理论发电量比值如图1和图2所示。

由图1和图2可知，风电场一、二期各台风电机组的损失电量来源主要为限功率;同时发现风电场一期A13、A22、A28和A33以及风电场二期B2、B3、B9、B14、B16、B17、B33风电机组的故障损失电量较为显著。

2.3    分析结果和建议

通过对2018年整年的测风塔和SCADA数据进行計算分析，认为哈密某风电场电量损失主要来源是限功率、其他损失和故障损失。建议风电场积极和电网公司协调，同时场内制定合理的应对策略;对其他损失电量进行细化，查明具体原因;对风电场一、二期因故障损失电量的风电机组进行监控和维护。

3    结语

本文依托新疆哈密某风电场的测风塔和SCADA系统数据，对风电场电量进行分析，可快速细化电量损失的来源，为风电场下一步提升经济效益提供重要的参考依据。

[参考文献]

[1] 费智，符平.我国风电发展的态势分析与对策建议[J].科技进步与对策，2011，28（10）：65-68.

[2] 韩东钊.风电装备制造业发展研究[D].长春：吉林大学，2016.

[3] 李俊峰，施鹏飞，高虎.中国风电发展报告2010[M].海口：海南出版社，2010.

[4] 吴忠群，李佳，田光宁.世界风电政策的分类及其具体措施研究[J].华北电力大学学报（社会科学版），2017（6）：1-8.

[5] 重磅数据公布！2018年全球风电新增装机5 390万千瓦[EB/OL].（2019-02-26）[2019-12-08].http：//news.bjx.com.cn/html/20190226/965018.shtml.

[6] 2018年风电并网运行情况[EB/OL].（2019-01-29）[2019-12-08].http：//www.gov.cn/xinwen/2019-01/29/content_5361945.htm.

[7] 晁晖.中国新能源发展战略研究[D].武汉：武汉大学，2015.

[8] 高瑜.“十三五”风电产业发展的新思维、新战略与新突破[J].宏观经济管理，2016（12）：46-50.

[9] 风电场风能资源评估方法：GB/T 18710—2002[S].

[10] 风电场风能资源测量方法：GB/T 18709—2002[S].

[11] 兰维，张中泉，雷阳，等.风电机组出力性能分析方法研究[J].发电与空调，2017，38（3）：26-29.

收稿日期：2019-12-10

作者简介：雷阳（1989—），男，江西九江人，工学硕士，工程师，主要从事风力发电技术和机械设计与制造方面的研究工作。