基于測風塔和SCADA數(shù)據(jù)的風電場損失電量分析

雷陽 馬東

摘要：為快速分析造成風電場發(fā)電量偏低現(xiàn)象的原因，依據(jù)具有代表性的測風塔數(shù)據(jù)，利用WT軟件計算出理論發(fā)電量，將理論發(fā)電量與基于SCADA數(shù)據(jù)計算出的各類損失電量進行對比分析，可細化電量損失的來源，為風電場查明電量損失原因及下一步制定提升經(jīng)濟效益方案提供重要的參考依據(jù)。

關鍵詞：電量分析;風電場;SCADA數(shù)據(jù);損失電量;理論發(fā)電量

0? ? 引言

風能作為一種重要的綠色清潔能源，其發(fā)展已成為世界各國實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重大戰(zhàn)略[1-2]。在國家政策引導和技術進步等因素推動下，全球風電得到快速發(fā)展[3-4]。據(jù)全球風能協(xié)會統(tǒng)計，截至2018年底，全球風電累計裝機容量達到591 GW，風電發(fā)電量占全球電力需求6%左右[5]。國內(nèi)風電發(fā)展起步雖較晚，但發(fā)展速率較高。截至2018年底，中國新增并網(wǎng)風電裝機20 590 MW，累計并網(wǎng)裝機容量約188 392 MW，占國內(nèi)全部發(fā)電裝機容量的9.7%左右[6]。到2050年，我國風電累計裝機容量將達到10億kW，屆時風電將成為電能的主力軍[7]。

近年來，由于限電、故障、維護等原因，部分風電場總發(fā)電量較低，直接影響運營單位的經(jīng)濟效益[8]。為探明電量損失的主要來源，本文利用風電場具有代表性的測風塔數(shù)據(jù)，通過Meteodyn WT軟件（以下簡稱“WT”軟件）計算出理論發(fā)電量，并采集SCADA數(shù)據(jù)計算得到各類損失電量，對理論發(fā)電量和損失電量進行對比分析，找出電量損失的主要和次要來源，為風電場進一步查找原因并制定相關解決方案提供了重要技術參考。

1? ? 分析背景

1.1? ? 風電場概況

新疆哈密某風電場一期和二期裝機總容量均為49.5 MW，共計99 MW。一、二期均安裝33臺某企業(yè)生產(chǎn)的82/1500型風電機組，機組輪轂高度均為70 m。

1.2? ? 分析目的和思路

與往年歷史數(shù)據(jù)對比，自2017年以來該風電場的總發(fā)電量較少，導致其經(jīng)濟效益較差。需查明造成電量損失的原因，為制定相關方案提供技術支撐。

分析思路：

（1）依據(jù)風電場具有代表性的測風塔數(shù)據(jù)，利用WT軟件計算出理論發(fā)電量;

（2）采集SCADA系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)，利用擬合的實際功率曲線通過計算得出各類損失電量;

（3）對各類損失電量和理論發(fā)電量進行對比分析，確定電量損失的主要、次要來源;

（4）提供相關技術建議，指導風電場有方向、有針對性地解決該問題，最終提高風電場的經(jīng)濟效益。

2? ? 計算和分析

2.1? ? 理論發(fā)電量計算

2.1.1? ? 測風塔基本情況

利用Google Earth地圖結合實地勘察發(fā)現(xiàn)，該風電場地形較為平整，具有代表性的測風塔為5016#測風塔。依據(jù)《風電場風能資源評估方法》（GB/T 18710—2002）[9]和《風電場風能資源測量方法》（GB/T 18709—2002）[10]的要求對測風塔數(shù)據(jù)進行完整性檢驗、合理性檢驗、處理及訂正，得到2018年1月1日至12月30日期間測風塔平均風速和風功率密度，如表1所示。

對測風塔70 m處的風向及風能進行分析時，發(fā)現(xiàn)測風塔的主風向為NW方向，風能密度的方向分布和風向頻率類似，集中在NW方向上。

2.1.2? ? 理論發(fā)電量計算

以一個完整年訂正后的測風塔數(shù)據(jù)為基礎，以現(xiàn)場地形圖數(shù)據(jù)為依據(jù)，結合實際風電機組位置排布、實際機型特點及功率曲線，并充分考慮綜合折減系數(shù)和尾流損失，通過WT軟件可得到整個風電場及各個風電機組的理論發(fā)電量。風電場一、二期年發(fā)電量和年利用小時數(shù)如表2所示。

2.2? ? 發(fā)電量對比分析

2.2.1? ? 數(shù)據(jù)采集

分析數(shù)據(jù)均來自于風電場SCADA系統(tǒng)，采集時間為2018年1月1日至12月30日，數(shù)據(jù)為10 min平均值。數(shù)據(jù)包括平均風速、平均功率、發(fā)電量、限電情況、故障統(tǒng)計情況、機組運行狀態(tài)值等。

2.2.2? ? 風電場損失電量分析

將風電場電量損失來源進行分類，大體可分為：（1）維護損失;（2）故障損失;（3）限功率損失;（4）除上述原因之外的其他損失。維護損失電量、故障損失電量、限功率損失電量計算公式如下：

公式（1）（2）和（3）中實際風速是指風電機組風速風向儀所測量的實際值，實際功率值是指該實際風速下對應的實際功率曲線中的功率值，而實際功率曲線是通過擬合一年內(nèi)SCADA數(shù)據(jù)所得到的[11]。

通過公式（1）（2）和（3）可計算得到風電場一、二期各臺風電機組累加的因維護、故障、限功率及其他原因造成的損失電量占理論發(fā)電量比值，如表3所示。

由表3可知，風電場損失電量原因主要是限功率和其他損失，其次是故障損失。其中，限功率損失電量最高，比例達到22.60%;其他損失電量占比達到15.80%;故障損失電量占比為0.71%。

2.2.3? ? 風電機組損失電量分析

風電場一、二期各臺風電機組損失電量與理論發(fā)電量比值如圖1和圖2所示。

由圖1和圖2可知，風電場一、二期各臺風電機組的損失電量來源主要為限功率;同時發(fā)現(xiàn)風電場一期A13、A22、A28和A33以及風電場二期B2、B3、B9、B14、B16、B17、B33風電機組的故障損失電量較為顯著。

2.3? ? 分析結果和建議

通過對2018年整年的測風塔和SCADA數(shù)據(jù)進行計算分析，認為哈密某風電場電量損失主要來源是限功率、其他損失和故障損失。建議風電場積極和電網(wǎng)公司協(xié)調(diào)，同時場內(nèi)制定合理的應對策略;對其他損失電量進行細化，查明具體原因;對風電場一、二期因故障損失電量的風電機組進行監(jiān)控和維護。

3? ? 結語

本文依托新疆哈密某風電場的測風塔和SCADA系統(tǒng)數(shù)據(jù)，對風電場電量進行分析，可快速細化電量損失的來源，為風電場下一步提升經(jīng)濟效益提供重要的參考依據(jù)。

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[5] 重磅數(shù)據(jù)公布！2018年全球風電新增裝機5 390萬千瓦[EB/OL].（2019-02-26）[2019-12-08].http：//news.bjx.com.cn/html/20190226/965018.shtml.

[6] 2018年風電并網(wǎng)運行情況[EB/OL].（2019-01-29）[2019-12-08].http：//www.gov.cn/xinwen/2019-01/29/content_5361945.htm.

[7] 晁暉.中國新能源發(fā)展戰(zhàn)略研究[D].武漢：武漢大學，2015.

[8] 高瑜.“十三五”風電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新思維、新戰(zhàn)略與新突破[J].宏觀經(jīng)濟管理，2016（12）：46-50.

[9] 風電場風能資源評估方法：GB/T 18710—2002[S].

[10] 風電場風能資源測量方法：GB/T 18709—2002[S].

[11] 蘭維，張中泉，雷陽，等.風電機組出力性能分析方法研究[J].發(fā)電與空調(diào)，2017，38（3）：26-29.

收稿日期：2019-12-10

作者簡介：雷陽（1989—），男，江西九江人，工學碩士，工程師，主要從事風力發(fā)電技術和機械設計與制造方面的研究工作。