韓建輝

摘 要：風(fēng)電并網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行最為重要的一個(gè)部分就是棄風(fēng)電量評(píng)估，立足于風(fēng)能利用系數(shù)函數(shù)大小，進(jìn)一步在原來(lái)的基礎(chǔ)上修正測(cè)量風(fēng)速，此次研究針對(duì)某風(fēng)場(chǎng)的棄風(fēng)電量開(kāi)展了有效的評(píng)估工作。最首要的工作就是立足于棄風(fēng)電量評(píng)估的重要性以及科學(xué)性，對(duì)棄風(fēng)電量評(píng)估條件進(jìn)行了分析。在上述的基礎(chǔ)上對(duì)風(fēng)電量評(píng)估要求進(jìn)行分析，之后得出科學(xué)的棄風(fēng)電量計(jì)算模型，這個(gè)模型主要工作就是在使用風(fēng)能利用系數(shù)的基礎(chǔ)上完成風(fēng)速的修正，同時(shí)將理論電量以及實(shí)際電量計(jì)算出來(lái)。之后則再計(jì)算實(shí)際風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)，得出棄風(fēng)電量數(shù)值大小，期望為風(fēng)電并網(wǎng)的進(jìn)一步深入研究提供相應(yīng)的參考以及借鑒。

關(guān)鍵詞：修正風(fēng)速 ?基準(zhǔn) ?風(fēng)電并網(wǎng) ?棄風(fēng)電量

中圖分類號(hào)：TM721 ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）10（c）-0052-02

隨著社會(huì)的發(fā)展，我國(guó)的風(fēng)電發(fā)展速度又刷新高。直到2012年末，根據(jù)相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)得到，風(fēng)電裝機(jī)容量目前已經(jīng)達(dá)到6083萬(wàn)kW，其全年發(fā)電量排行全球首位。近幾年來(lái)，我國(guó)風(fēng)電行業(yè)取得了非常巨大的發(fā)展，但是在實(shí)際工作中，我國(guó)風(fēng)電存在的一些問(wèn)題也逐漸浮出水面[1]，例如：風(fēng)電消納存在很大的困難、棄風(fēng)電量逐漸增加等。調(diào)查相關(guān)文獻(xiàn)得到，2011年國(guó)內(nèi)棄風(fēng)電量達(dá)到了整體的16%，但是2012年為20%。最主要的原因就是風(fēng)電存在非常明顯的波動(dòng)性以及隨機(jī)性，上述存在的缺陷會(huì)跟電網(wǎng)存在的穩(wěn)定供電需求兩者之間存在非常顯著的矛盾，因?yàn)槊艿拇嬖?，就?huì)直接造成棄風(fēng)電量逐漸上漲。逐漸上漲的棄風(fēng)電量就會(huì)相應(yīng)的增加風(fēng)電的成本，繼而導(dǎo)致風(fēng)電行業(yè)發(fā)展受到阻礙。因此，我們需要從根本上掌握棄風(fēng)電量評(píng)估的作用。

1 構(gòu)建棄風(fēng)電量評(píng)估模型

計(jì)算最為基礎(chǔ)的部分就是模型，模型可以當(dāng)成數(shù)據(jù)可靠性的基本保障，同時(shí)也是數(shù)據(jù)真實(shí)性保障。因此，在模型構(gòu)建的過(guò)程中，需要嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)完成數(shù)據(jù)的采集，促使收集數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性、完整性、有效性得到很好地保障，在此基礎(chǔ)上，促使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功率輸出特性得到進(jìn)一步的確定，在上述的基礎(chǔ)上對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的棄風(fēng)電量大小進(jìn)行計(jì)算評(píng)估。

1.1 采集數(shù)據(jù)

在計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)棄風(fēng)電量的過(guò)程中，想要保證風(fēng)電輸出功率值計(jì)算值的準(zhǔn)確性，同時(shí)保證其在不同狀況下所展示的真實(shí)性，那么我們?cè)诓杉瘮?shù)據(jù)的過(guò)程中需要保證采集到以下幾個(gè)部分：首先是功率因素，其次是風(fēng)速因素，再次是環(huán)境因素等。首先列出風(fēng)電機(jī)組的功率曲線表達(dá)式，詳細(xì)如下：P=1/2ρSV3CP（P代表風(fēng)電輸出功率，V則代表風(fēng)通過(guò)風(fēng)輪截面積的速度，CP則代表風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)能利用系數(shù)，ρ則代表空氣密度，S則代表風(fēng)輪面積）[2]。分析上述公式我們可以得到，不同的空氣密度會(huì)直接影響到風(fēng)電功率，在實(shí)際計(jì)算的過(guò)程中，我們一般會(huì)選擇使用標(biāo)準(zhǔn)的空氣密度。所以我們針對(duì)的并不是標(biāo)準(zhǔn)的空氣密度風(fēng)電場(chǎng)，而是需要風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行進(jìn)一步的修正。同時(shí)修正空氣密度中的有效因素：相對(duì)濕度、氣溫、氣壓等。不僅如此，還要嚴(yán)格按照風(fēng)向測(cè)量結(jié)果來(lái)將那部分不正確的風(fēng)速數(shù)據(jù)過(guò)濾掉。進(jìn)行采集數(shù)據(jù)的時(shí)候，需要保證所使用的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組時(shí)刻處于正常運(yùn)行下。對(duì)選定的數(shù)據(jù)使用比恩法完成排序，上述所采集的數(shù)據(jù)組需要將以下范圍全部包括進(jìn)來(lái)：≤切入風(fēng)速每秒1 m直到風(fēng)力發(fā)電機(jī)組85.00%額定功率輸出時(shí)的1.5倍的風(fēng)速。

1.2 預(yù)處理與篩選風(fēng)速

因?yàn)樵诰€監(jiān)測(cè)系統(tǒng)會(huì)發(fā)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組存在一定程度的誤差，因?yàn)檎`差的存在，會(huì)直接導(dǎo)致被統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)缺乏準(zhǔn)確性，并且存在明顯的漏洞，所以，在預(yù)測(cè)各個(gè)特征參量之前，我們需要驗(yàn)證按照相關(guān)資料對(duì)各個(gè)特征參量進(jìn)行分析以及相應(yīng)的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制。該項(xiàng)工作最主要的目的就是實(shí)現(xiàn)原始數(shù)據(jù)的查漏補(bǔ)缺，同時(shí)在上述的基礎(chǔ)上替換修正異常的數(shù)據(jù)，促使這部分?jǐn)?shù)據(jù)可以從根本上滿足所需要的連續(xù)性、明確性以及完整性需求，并且為并網(wǎng)棄風(fēng)電量評(píng)估提供相應(yīng)的借鑒以及參考。使用數(shù)據(jù)周期，一個(gè)周期時(shí)間間隔10 min[3]。之后按照以下公式將每一周期內(nèi)功率的平均值計(jì)算出來(lái)，同時(shí)計(jì)算出每一周期內(nèi)功率標(biāo)準(zhǔn)差大小。公式以及公式。公式中，表示這個(gè)時(shí)期內(nèi)數(shù)據(jù)的平均值大小，則表示這個(gè)時(shí)期內(nèi)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差大小，N則表示這個(gè)時(shí)期內(nèi)數(shù)據(jù)的數(shù)量，那么，Km則表示這個(gè)時(shí)期內(nèi)m數(shù)據(jù)值的大小。設(shè)定相應(yīng)的區(qū)間，順利的將這個(gè)區(qū)間的數(shù)據(jù)排除出去，不僅如此，還可以準(zhǔn)確的定位這個(gè)功率數(shù)據(jù)相對(duì)于的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。并且可以在預(yù)處理數(shù)據(jù)過(guò)程中，將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組不工作產(chǎn)生的數(shù)據(jù)排除掉、測(cè)試系統(tǒng)發(fā)生故障產(chǎn)生的數(shù)據(jù)排除掉以及風(fēng)向不在測(cè)量扇區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)排除掉等。最后，將篩選出來(lái)的數(shù)據(jù)集合作為主要的研究對(duì)象。

1.3 完成修正風(fēng)速工作

對(duì)于目前存在的風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)，很多都是選擇使用風(fēng)電機(jī)組自身安裝的風(fēng)速計(jì)來(lái)測(cè)量風(fēng)速大小。但是其在測(cè)量的過(guò)程中，存在一定程度的限制，使用風(fēng)力發(fā)電機(jī)組上風(fēng)速計(jì)所測(cè)量得到的與實(shí)際風(fēng)電機(jī)組功率相對(duì)于的風(fēng)度存在一定程度的差異。因此，如果選擇使用風(fēng)速計(jì)來(lái)進(jìn)行風(fēng)速測(cè)量，并且實(shí)現(xiàn)功率曲線的繪制，那么就很難保證其真實(shí)性以及正確性。所以我們需要針對(duì)實(shí)際情況，對(duì)風(fēng)速進(jìn)行修正。此次研究使用系數(shù)CP來(lái)完成風(fēng)速的修正。我們可以使用檢測(cè)設(shè)備直接得到風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速，將其代表為w，嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)按照風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速將風(fēng)速推導(dǎo)出來(lái)。詳細(xì)的修正步驟如下[4]所示。

首先，風(fēng)能利用系數(shù)函數(shù)CP（λ，β）的求取。由P= 1/2ρSV3CP得到公式，在相同時(shí)刻下，葉尖速比實(shí)質(zhì)上指的是風(fēng)輪葉片尖端的線速度跟輪轂高度處風(fēng)速兩者之間的比值。之后我可以將尖速比表達(dá)為以下公式：。公式中，w代表風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的大小，則代表葉尖速比大小。代入公式得到2Pλ3=w3R3ρSCP，風(fēng)電機(jī)組的功率曲線一般情況下具有非常顯著的相似性，CP（λ，β）實(shí)質(zhì)上代表槳距角β跟尖速比λ所構(gòu)成的曲線。

其次，計(jì)算出葉尖速比λ。將槳距角β設(shè)為0，嚴(yán)格按照CP（λ，β）性質(zhì)將葉尖速比λ計(jì)算出來(lái)，得到以下公式：，進(jìn)而得到，上述R是已知的，同時(shí)S、w以及P值大小也是已知的。其中，ρ則選取標(biāo)準(zhǔn)值大小--1.225 kg/m3，如果我們想要得到的結(jié)果實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的準(zhǔn)確化，那么我們也可以嚴(yán)格按照實(shí)際風(fēng)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的溫度以及氣壓等數(shù)據(jù)進(jìn)行，首先是將滿足當(dāng)?shù)貙?shí)際情況的空氣密度值計(jì)算出來(lái)。嚴(yán)格按照相應(yīng)的數(shù)學(xué)基本知識(shí)，在完成方程求解之后可以將λ的3個(gè)解求出;之后則在上述的基礎(chǔ)上嚴(yán)格按照實(shí)際的情況，將其中一個(gè)負(fù)值解舍去，之后就將另外的兩個(gè)解值代入上述公式，這時(shí)候我們就可以順利的得出CP的兩個(gè)值，但是，其中一個(gè)值小。嚴(yán)格按照風(fēng)電機(jī)組風(fēng)能利用系數(shù)CP所取值處于不可能的太小的實(shí)際情況進(jìn)行取值，如果其取值明顯小于0.1，那么就需要舍去該CP值對(duì)應(yīng)的λ值，之后將剩下的值代入，求出所要求的葉尖速比λ大小。

2 結(jié)語(yǔ)

目前我國(guó)針對(duì)棄風(fēng)電量評(píng)估工作還是較為薄弱的，是因?yàn)橹饕獙⒃陔娋W(wǎng)調(diào)度模型中電網(wǎng)接納風(fēng)電能力以及其穿透功率下棄風(fēng)等問(wèn)題納入了考慮范圍。此次根據(jù)實(shí)例分析，計(jì)算了棄風(fēng)電量的具體數(shù)值，上述方法得到的結(jié)果以及經(jīng)驗(yàn)可以為未來(lái)的風(fēng)電并網(wǎng)消納研究提供相應(yīng)的理論參與以及基礎(chǔ)。最首要的工作就是立足于棄風(fēng)電量評(píng)估的重要性以及科學(xué)性，對(duì)棄風(fēng)電量評(píng)估條件進(jìn)行了分析。在上述的基礎(chǔ)上對(duì)風(fēng)電量評(píng)估要求進(jìn)行分析，之后得出科學(xué)的棄風(fēng)電量計(jì)算模型，這個(gè)模型主要工作就是在使用風(fēng)能利用系數(shù)的基礎(chǔ)上完成風(fēng)速的修正，同時(shí)將理論電量以及實(shí)際電量計(jì)算出來(lái)。之后則再計(jì)算實(shí)際風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)，得出棄風(fēng)電量數(shù)值大小，期望為風(fēng)電并網(wǎng)的進(jìn)一步深入研究提供相應(yīng)的參考以及借鑒。

參考文獻(xiàn)

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