[發明專利]復雜地形風電場風速與功率預測方法、系統、設備及存儲介質

有效

• 申請號: 202110476669.8
• 申請日: 2021-04-29
• 公開（公告）號: CN113205210B
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發明（設計）人: 韓毅;韓斌;李穎峰;王迪;王忠杰;馮仰敏;劉瑞;童博;宋子琛
• 申請（專利權）人: 西安熱工研究院有限公司
• 主分類號: G06F17/00
• 分類號: G06F17/00;G06Q10/04;G06F16/2458;G06Q10/06;G06Q50/06
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 馬貴香

本發明提供一種復雜地形風電場風速與功率預測方法、系統、設備及存儲介質。方法包括獲取目標風電場區域輪轂高度處的中尺度氣象預報歷史數據；由不同來流風向扇區下，風電場區域性中尺度氣象歷史風速與各機組機艙風速計測得的同期風速數據的相關關系，建立整場氣象風速與各機組點位風速之間的擬合函數；根據短期氣象預報風速和擬合函數預測出風電場離散機位處的精確風速，并結合各機組實際功率曲線得到功率預測。本發明從數理統計的角度對復雜地形風電場的精細化風速與功率輸出進行了預測，簡化了傳統物理模型的復雜程度，同時可減少短期功率預測與實際功率輸出存在的偏差，為在役復雜地形風電場運維中的能效預測環節提供了有效的解決方法。

技術領域

本發明屬于風力發電的能效評估技術領域，具體涉及一種復雜地形風電場風速與功率預測方法、系統、設備及存儲介質。

背景技術

隨著近年來持續進行的風電大規模開發，陸上適合風電開發的風資源豐富、地形簡單的區域越來越少，風資源相對豐富、地形復雜的區域成為當前和進后陸上風電開發的重點。復雜地形風電場中高低起伏的地形地貌，加劇了地表對大氣邊界層流動的撞擊、環繞、分離、阻滯作用，很大程度上改變了不同高度層面的平均流速與湍流強度，其風況直接影響著各風電機組的功率輸出和發電量。由于風能本身屬于隨機波動的不穩定能源，加之在復雜地形下，各機組所在位置的風況與風質量存在著一定程度的差異，大規模的風電并入電網系統，必將會對系統的穩定性帶來新的挑戰。故風電場在生產、運維的過程中，通常需要對風場區域的平均風速進行預測，進而根據機組容量對未來一段時間內風電場所能輸出的功率大小進行預測，以便電力生產調度機構需要對未來數小時的風電輸出功率有所了解，合理安排調度計劃，減輕風電的出力波動對電網電壓穩定與功率平衡的影響，同時實現風能的科學與最有利用，提升風電場的運行效益。

目前，在役復雜地形風電場的風功率預測，主要是基于風電場所在區域中尺度氣象信息中的風速與風向預報數據，利用物理模擬計算和統計分析方法，對裝機位置附近的風速進行短期預測，進而結合風電機組的功率曲線計算出實際輸出風電功率，預測出整個風電場的功率。然而，由于受到測風裝置的安裝數量以及維護成本等條件限制，復雜地形風電場通常只在1～2處代表性地理位置進行實地測風，模擬計算和統計分析得到的風電場中各風機點位處的風況信息難以得到驗證與校核，加之風機風速和風電功率之間存在非線性關系，使得風速預測值微小誤差將產生較大的功率值誤差，從而給電網系統的安全性、穩定性和可控性造成一定程度的影響。

發明內容

針對上述背景技術中提到的難點問題，本發明的目的在于提供一種復雜地形風電場風速與功率預測方法、系統、設備及存儲介質，該方法簡化了傳統物理模擬預測模型的復雜程度，避免了工時較長的在線數值模擬，節省了風電場運維系統中的計算資源，從數理統計的角度為復雜地形風電場基于風機點位的精細化風速、功率預測提供了一種新的解決途徑。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種復雜地形風電場風速與功率預測方法，包括以下步驟：

獲取目標風電場區域輪轂高度處的中尺度氣象預報歷史數據；

由不同來流風向扇區下，風電場區域性中尺度氣象歷史風速與各機組機艙風速計測得的同期風速數據的相關關系，建立整場氣象風速與各機組點位風速之間的擬合函數；

根據短期氣象預報風速和擬合函數預測出風電場離散機位處的精確風速，并結合各機組實際功率曲線得到功率預測。

作為本發明的進一步改進，所述獲取目標風電場區域輪轂高度處的中尺度氣象預報歷史數據具體是：

獲取目標風電場區域輪轂高度處的中尺度氣象預報歷史數據，并從中提取風電場運行投產以來至今的平均風速與風向的時間序列數據，建立氣象歷史風況數據集。

作為本發明的進一步改進，對氣象歷史風況數據進行不同來流風向扇區下的篩選與歸類得到每個來流扇區方位下的子數據集；