基于測(cè)風(fēng)塔和SCADA數(shù)據(jù)的風(fēng)電場(chǎng)損失電量分析

雷陽(yáng) 馬東

摘要：為快速分析造成風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電量偏低現(xiàn)象的原因，依據(jù)具有代表性的測(cè)風(fēng)塔數(shù)據(jù)，利用WT軟件計(jì)算出理論發(fā)電量，將理論發(fā)電量與基于SCADA數(shù)據(jù)計(jì)算出的各類損失電量進(jìn)行對(duì)比分析，可細(xì)化電量損失的來(lái)源，為風(fēng)電場(chǎng)查明電量損失原因及下一步制定提升經(jīng)濟(jì)效益方案提供重要的參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：電量分析;風(fēng)電場(chǎng);SCADA數(shù)據(jù);損失電量;理論發(fā)電量

0? ? 引言

風(fēng)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(guó)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重大戰(zhàn)略[1-2]。在國(guó)家政策引導(dǎo)和技術(shù)進(jìn)步等因素推動(dòng)下，全球風(fēng)電得到快速發(fā)展[3-4]。據(jù)全球風(fēng)能協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，截至2018年底，全球風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到591 GW，風(fēng)電發(fā)電量占全球電力需求6%左右[5]。國(guó)內(nèi)風(fēng)電發(fā)展起步雖較晚，但發(fā)展速率較高。截至2018年底，中國(guó)新增并網(wǎng)風(fēng)電裝機(jī)20 590 MW，累計(jì)并網(wǎng)裝機(jī)容量約188 392 MW，占國(guó)內(nèi)全部發(fā)電裝機(jī)容量的9.7%左右[6]。到2050年，我國(guó)風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量將達(dá)到10億kW，屆時(shí)風(fēng)電將成為電能的主力軍[7]。

近年來(lái)，由于限電、故障、維護(hù)等原因，部分風(fēng)電場(chǎng)總發(fā)電量較低，直接影響運(yùn)營(yíng)單位的經(jīng)濟(jì)效益[8]。為探明電量損失的主要來(lái)源，本文利用風(fēng)電場(chǎng)具有代表性的測(cè)風(fēng)塔數(shù)據(jù)，通過(guò)Meteodyn WT軟件（以下簡(jiǎn)稱“WT”軟件）計(jì)算出理論發(fā)電量，并采集SCADA數(shù)據(jù)計(jì)算得到各類損失電量，對(duì)理論發(fā)電量和損失電量進(jìn)行對(duì)比分析，找出電量損失的主要和次要來(lái)源，為風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)一步查找原因并制定相關(guān)解決方案提供了重要技術(shù)參考。

1? ? 分析背景

1.1? ? 風(fēng)電場(chǎng)概況

新疆哈密某風(fēng)電場(chǎng)一期和二期裝機(jī)總?cè)萘烤鶠?9.5 MW，共計(jì)99 MW。一、二期均安裝33臺(tái)某企業(yè)生產(chǎn)的82/1500型風(fēng)電機(jī)組，機(jī)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(duì)比，自2017年以來(lái)該風(fēng)電場(chǎng)的總發(fā)電量較少，導(dǎo)致其經(jīng)濟(jì)效益較差。需查明造成電量損失的原因，為制定相關(guān)方案提供技術(shù)支撐。

分析思路：

（1）依據(jù)風(fēng)電場(chǎng)具有代表性的測(cè)風(fēng)塔數(shù)據(jù)，利用WT軟件計(jì)算出理論發(fā)電量;

（2）采集SCADA系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，利用擬合的實(shí)際功率曲線通過(guò)計(jì)算得出各類損失電量;

（3）對(duì)各類損失電量和理論發(fā)電量進(jìn)行對(duì)比分析，確定電量損失的主要、次要來(lái)源;

（4）提供相關(guān)技術(shù)建議，指導(dǎo)風(fēng)電場(chǎng)有方向、有針對(duì)性地解決該問題，最終提高風(fēng)電場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效益。

2? ? 計(jì)算和分析

2.1? ? 理論發(fā)電量計(jì)算

2.1.1? ? 測(cè)風(fēng)塔基本情況

利用Google Earth地圖結(jié)合實(shí)地勘察發(fā)現(xiàn)，該風(fēng)電場(chǎng)地形較為平整，具有代表性的測(cè)風(fēng)塔為5016#測(cè)風(fēng)塔。依據(jù)《風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能資源評(píng)估方法》（GB/T 18710—2002）[9]和《風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能資源測(cè)量方法》（GB/T 18709—2002）[10]的要求對(duì)測(cè)風(fēng)塔數(shù)據(jù)進(jìn)行完整性檢驗(yàn)、合理性檢驗(yàn)、處理及訂正，得到2018年1月1日至12月30日期間測(cè)風(fēng)塔平均風(fēng)速和風(fēng)功率密度，如表1所示。

對(duì)測(cè)風(fēng)塔70 m處的風(fēng)向及風(fēng)能進(jìn)行分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)測(cè)風(fēng)塔的主風(fēng)向?yàn)镹W方向，風(fēng)能密度的方向分布和風(fēng)向頻率類似，集中在NW方向上。

2.1.2? ? 理論發(fā)電量計(jì)算

以一個(gè)完整年訂正后的測(cè)風(fēng)塔數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以現(xiàn)場(chǎng)地形圖數(shù)據(jù)為依據(jù)，結(jié)合實(shí)際風(fēng)電機(jī)組位置排布、實(shí)際機(jī)型特點(diǎn)及功率曲線，并充分考慮綜合折減系數(shù)和尾流損失，通過(guò)WT軟件可得到整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)及各個(gè)風(fēng)電機(jī)組的理論發(fā)電量。風(fēng)電場(chǎng)一、二期年發(fā)電量和年利用小時(shí)數(shù)如表2所示。

2.2? ? 發(fā)電量對(duì)比分析

2.2.1? ? 數(shù)據(jù)采集

分析數(shù)據(jù)均來(lái)自于風(fēng)電場(chǎng)SCADA系統(tǒng)，采集時(shí)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(fēng)速、平均功率、發(fā)電量、限電情況、故障統(tǒng)計(jì)情況、機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)值等。

2.2.2? ? 風(fēng)電場(chǎng)損失電量分析

將風(fēng)電場(chǎng)電量損失來(lái)源進(jìn)行分類，大體可分為：（1）維護(hù)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(hù)損失電量、故障損失電量、限功率損失電量計(jì)算公式如下：

公式（1）（2）和（3）中實(shí)際風(fēng)速是指風(fēng)電機(jī)組風(fēng)速風(fēng)向儀所測(cè)量的實(shí)際值，實(shí)際功率值是指該實(shí)際風(fēng)速下對(duì)應(yīng)的實(shí)際功率曲線中的功率值，而實(shí)際功率曲線是通過(guò)擬合一年內(nèi)SCADA數(shù)據(jù)所得到的[11]。

通過(guò)公式（1）（2）和（3）可計(jì)算得到風(fēng)電場(chǎng)一、二期各臺(tái)風(fēng)電機(jī)組累加的因維護(hù)、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(fēng)電場(chǎng)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(dá)到22.60%;其他損失電量占比達(dá)到15.80%;故障損失電量占比為0.71%。

2.2.3? ? 風(fēng)電機(jī)組損失電量分析

風(fēng)電場(chǎng)一、二期各臺(tái)風(fēng)電機(jī)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(fēng)電場(chǎng)一、二期各臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的損失電量來(lái)源主要為限功率;同時(shí)發(fā)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)一期A13、A22、A28和A33以及風(fēng)電場(chǎng)二期B2、B3、B9、B14、B16、B17、B33風(fēng)電機(jī)組的故障損失電量較為顯著。

2.3? ? 分析結(jié)果和建議

通過(guò)對(duì)2018年整年的測(cè)風(fēng)塔和SCADA數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析，認(rèn)為哈密某風(fēng)電場(chǎng)電量損失主要來(lái)源是限功率、其他損失和故障損失。建議風(fēng)電場(chǎng)積極和電網(wǎng)公司協(xié)調(diào)，同時(shí)場(chǎng)內(nèi)制定合理的應(yīng)對(duì)策略;對(duì)其他損失電量進(jìn)行細(xì)化，查明具體原因;對(duì)風(fēng)電場(chǎng)一、二期因故障損失電量的風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行監(jiān)控和維護(hù)。

3? ? 結(jié)語(yǔ)

本文依托新疆哈密某風(fēng)電場(chǎng)的測(cè)風(fēng)塔和SCADA系統(tǒng)數(shù)據(jù)，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)電量進(jìn)行分析，可快速細(xì)化電量損失的來(lái)源，為風(fēng)電場(chǎng)下一步提升經(jīng)濟(jì)效益提供重要的參考依據(jù)。

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收稿日期：2019-12-10

作者簡(jiǎn)介：雷陽(yáng)（1989—），男，江西九江人，工學(xué)碩士，工程師，主要從事風(fēng)力發(fā)電技術(shù)和機(jī)械設(shè)計(jì)與制造方面的研究工作。