[發(fā)明專利]一種基于測(cè)風(fēng)塔測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)的風(fēng)電場(chǎng)棄風(fēng)電量確定方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410399912.0
• 申請(qǐng)日: 2014-08-14
• 公開（公告）號(hào): CN105048444B
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王偉勝;馮雙磊;王勃;趙艷青;劉純;姜文玲;車建峰;盧靜;張菲;靳雙龍;胡菊;王錚;楊紅英;馬振強(qiáng);王東升;馬鎖明;崔正湃;孫榮富;王若陽
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國(guó)家電網(wǎng)公司;中國(guó)電力科學(xué)研究院;中電普瑞張北風(fēng)電研究檢測(cè)有限公司;國(guó)網(wǎng)冀北電力有限公司
• 主分類號(hào): H02J3/00
• 分類號(hào): H02J3/00;G06F19/00
• 代理公司: 北京安博達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11271
• 代理人: 徐國(guó)文

1.一種基于測(cè)風(fēng)塔測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)的風(fēng)電場(chǎng)棄風(fēng)電量確定方法，其特征在于，所述方法包括下述步驟：

(1)確定測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)在地形、地貌和風(fēng)機(jī)尾流影響下的變化；

(2)確定風(fēng)電機(jī)組的理論功率；

(3)確定風(fēng)電場(chǎng)理論功率；

(4)從能量管理系統(tǒng)中獲得風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際功率；

(5)確定風(fēng)電場(chǎng)棄風(fēng)電量；

所述步驟(1)包括：

①確定地形對(duì)風(fēng)速的影響：地形擾動(dòng)下的受擾邊界層包括內(nèi)層、外層和中間層；

②確定地貌對(duì)風(fēng)速的影響；

③確定風(fēng)電機(jī)組尾流對(duì)風(fēng)速的影響；

所述①中，風(fēng)電機(jī)組邊界層外層風(fēng)速的擾動(dòng)的求解包括：

邊界層外層在地形擾動(dòng)下的流場(chǎng)變化按照勢(shì)流理論求解，將地形變化看作對(duì)未受擾流場(chǎng)的小擾動(dòng),由勢(shì)流理論得：

u'＝▽?duì)?)；

其中：u'為變化地形對(duì)未受擾流場(chǎng)的擾動(dòng)；χ(r,φ,z)為柱坐標(biāo)下的勢(shì)函數(shù)，▽為哈密頓算子；r、φ、z分別表示柱坐標(biāo)系中的三個(gè)坐標(biāo)變量；

以風(fēng)電機(jī)組所在位置為坐標(biāo)原點(diǎn)，則邊界層外層在地形擾動(dòng)下的流場(chǎng)變化轉(zhuǎn)換為求解以下定解問題：

其中：u₀為上風(fēng)向未受擾水平風(fēng)速矢量；h(r,φ)為地形高度函數(shù)；R為研究區(qū)域半徑，R＝10km為10km外的地形變化將不再影響風(fēng)電機(jī)組位置處的流場(chǎng)；L為地形擾動(dòng)在垂直方向上的長(zhǎng)度；

χ(r,φ,z)的通解：

χ(r,φ,z)=Σn=0∞Σj=1∞Jn(αjr)(Anjcos nφ+Bnjsin nφ)sinhαj(LJ-z)---3);]]>

式中,J_n(α_jr)為n階貝塞爾函數(shù)；

由邊界條件和貝塞爾函數(shù)的正交性以及表達(dá)式1)得：

u→WT′=12RΣj=1∞sinh[cj1R(Lj-z)]cj1[(A1j+B1j)er+(B1j-A1j)eφ]---4);]]>

其中：為地形變化對(duì)風(fēng)電機(jī)組位置處邊界層外層流場(chǎng)的擾動(dòng)，為一階貝塞爾函數(shù)的第j個(gè)零點(diǎn)；e_r、e_φ分別為徑向與方位角方向的單位向量；系數(shù)A_1j、B_1j由下式5)確定：

A1j+iB1j=-2∫0R∫02πu→0·▿h(r,φ)eiφrJ1(cj1Rr)dφdrπR cosh(1)cj1[J2(cj1)]2---5);]]>

其中：▽h(r,φ)包含地形變化信息；

根據(jù)表達(dá)式4)和5)，在給定風(fēng)電機(jī)組地理位置以及地形變化信息后，獲得地形變化對(duì)風(fēng)電機(jī)組位置邊界層外層流場(chǎng)的擾動(dòng)；

所述①中，對(duì)風(fēng)電機(jī)組邊界層內(nèi)層風(fēng)速的擾動(dòng)求解，包括：

邊界層內(nèi)層流場(chǎng)擾動(dòng)隨高度按對(duì)數(shù)風(fēng)廓線變化，在邊界層內(nèi)層層頂擾動(dòng)達(dá)到最大并大于勢(shì)流解，內(nèi)層流場(chǎng)對(duì)于同一高度勢(shì)流解的修正值為：

Δu→j(z)=U0(z)U02(Lj)U02(zj′)▿χj---6);]]>

式中，U₀(z)為上風(fēng)向未受擾風(fēng)矢量在高度z的風(fēng)速，L_j為地形擾動(dòng)在垂直方向上的長(zhǎng)度尺度，z'_j＝max(z,l_j)，其中l(wèi)_j為邊界層內(nèi)層高度，l_j＜＜L_j，l_j由下式確定：z_oj為對(duì)應(yīng)l_j的相對(duì)粗糙度，上風(fēng)向?yàn)榫坏匦螘r(shí)，z_0j＝z₀，上風(fēng)向?yàn)榉蔷坏匦螘r(shí)：其中：D＝5L_j，x_n為第n個(gè)粗糙度變化與風(fēng)電機(jī)組的距離；▽為哈密頓算子；

所述①包括：

邊界層中間層的范圍為l_j≤z≤4l_j，邊界層中間層流場(chǎng)擾動(dòng)為：

u→mj(z)=kwf[Δu→lj(z)+▿χlj]+(1-kwf)▿χ4lj---7);]]>

其中：k_wf為加權(quán)因子，Δu_j(l_j)為邊界層內(nèi)層頂勢(shì)流解修正值；分別為z＝l_j與z＝4l_j的勢(shì)流解；l_j為邊界層內(nèi)層高度，l_j＜＜L_j，l_j由下式確定：z_oj為對(duì)應(yīng)l_j的相對(duì)粗糙度，上風(fēng)向?yàn)榫坏匦螘r(shí)，z_0j＝z₀，上風(fēng)向?yàn)榉蔷坏匦螘r(shí)：其中：D＝5L_j，x_n為第n個(gè)粗糙度變化與風(fēng)電機(jī)組的距離；

所述②包括：

流經(jīng)變化粗糙度的下風(fēng)向風(fēng)廓線描述為：

u(z)=u′ln(z/z01)ln(0.3h/z01)z≥0.3hu′′+(u′-u′′)ln(z/0.09h)ln(0.3/0.09)0.09h≤z≤0.3hu′′ln(z/z02)ln(0.09h/z02)z≤0.09h---8);]]>

其中：z₀₂為風(fēng)電機(jī)組位置的粗糙度，z₀₁為距離風(fēng)電機(jī)組位置最近的上風(fēng)向粗糙度，u_*2、u_*1分別為對(duì)應(yīng)z₀₁、z₀₂的摩擦速度，κ＝0.4為卡曼常數(shù)，u_*1為z₀₁對(duì)應(yīng)的摩擦速度，h為邊界層內(nèi)層高度，由下式確定：

hz0′(lnhz0;-1)=0.9xz0′---9);]]>

其中：z'₀＝max(z₀₁,z₀₂)，x為粗糙度變化位置與風(fēng)電機(jī)組位置的距離；表示研究區(qū)域內(nèi)粗糙度的最大值；

粗糙度變化擾動(dòng)下，摩擦速度之間的關(guān)系，如下式：

u*n+1u*n=ln(h/z0n)ln(h/z0n+1)---10);]]>

式中，z_0n、z_0n+1分別為上風(fēng)向粗糙度與距離最近的下風(fēng)向粗糙度，u_*n、u_*n+1為對(duì)應(yīng)z_0n、z_0n+1的摩擦速度；

粗糙度變化位置距離風(fēng)電機(jī)組位置越遠(yuǎn)其影響亦越弱，加入距離權(quán)重因子表示距離的作用，得：

z0neffe=z0n+1×(z0nz0n+1)wn---11);]]>

式中：z_0effe為等效粗糙度，為第n個(gè)粗糙度的距離權(quán)重因子，D＝10km，即認(rèn)為10km外的粗糙度變化將不再對(duì)風(fēng)電機(jī)組位置的風(fēng)廓線產(chǎn)生影響；

所述③中，確定風(fēng)電機(jī)組尾流對(duì)風(fēng)速的影響包括：確定風(fēng)電機(jī)組尾流模型；

尾流模型被稱為L(zhǎng)arsen尾流模型，假定下風(fēng)向不同位置的風(fēng)速衰減具有相似性，并且風(fēng)速只發(fā)生中等程度的衰減，則通過下式計(jì)算下風(fēng)向L＝x處的尾流影響區(qū)域半徑：

Rw=[352p]15[3c12]15[CTAx]13c1=l(CTAx)-13---12);]]>

其中：c₁為無量綱混合長(zhǎng)；l為普朗特混合長(zhǎng)，A為風(fēng)力機(jī)掃風(fēng)面積，C_T為風(fēng)電機(jī)組推力系數(shù)；

Larsen尾流模型最終的風(fēng)速衰減表達(dá)式為：

DU=-UWT9(CTAx-2)13[Rw32(3c12CTAx)-12-(352π310(3c12)15)]2---13);]]>

式中：U_WT為風(fēng)電機(jī)組輪轂高度的平均風(fēng)速；R_w由式12)確定；

所述步驟(2)中，根據(jù)功率曲線，得到風(fēng)電機(jī)組理論功率；功率曲線由風(fēng)機(jī)制造商提供；

所述步驟(3)中，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)所有風(fēng)電機(jī)組理論功率求和得到風(fēng)電場(chǎng)理論功率；

所述步驟(5)中，將風(fēng)電場(chǎng)理論功率和風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際功率分別對(duì)時(shí)間積分，得到風(fēng)電場(chǎng)理論電量和風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際電量，兩者相減得到風(fēng)電場(chǎng)棄風(fēng)電量；

利用分段二次插值法求出設(shè)定時(shí)段內(nèi)各風(fēng)電機(jī)組理論功率，對(duì)時(shí)間積分得到風(fēng)電場(chǎng)理論電量：其中P_T為風(fēng)電場(chǎng)理論功率，t₀、t₁分別為起始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間；

風(fēng)電場(chǎng)理論電量和風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際電量相減得到風(fēng)電場(chǎng)棄風(fēng)電量，表達(dá)式如下：E_c＝E_T-E_M；其中：E_c為風(fēng)電場(chǎng)棄風(fēng)電量；E_T為風(fēng)電場(chǎng)理論電量；E_M為風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際電量。