一种基于实测数据风电场稳态输出功率的计算方法

摘要

本发明是一种基于实测数据风电场稳态输出功率的计算方法，其特点是，它包括以下步骤：数据采集，采集风电场迎风方向外端风速Vout、各风力机输出功率Pi、风电场实测风向角α；数据处理，分别对风电场实测风向角α不同风向的数据进行划分，按α＝10°～360°得到36个数据库，再分别对不同风向建立数据表得到风电场风功率利用系数；仿真计算，输入仿真输入量，根据风电场实测风向角α选定数据库，根据C′P-Vwout曲线和CPi-Vwout曲线求出Vout对应的C′P和CPi，得到风电场总输出功率；误差分析，采用平均绝对百分比误差评价标准把该方法计算出的风电场稳态输出功率与实测功率通过误差评价标准进行误差计算，给出该计算方法的精确度。具有计算方法简单，计算速度快，精度更高，能够满足在线使用要求等优点。

主权项

1.一种基于实测数据风电场稳态输出功率的计算方法，其特征在于它包括以下步骤：(1)数据采集采集风电场迎风方向外端风速V_out、风电场第i台风电机的实测输出功率P_i，i＝1，…，n、风电场实测风向角α，风电场迎风方向外端风速V_out的数据采集范围必须在风力机运行范围内，即切入风速与切出风速之间，一般取3m/s～21m/s，步长取0.1m/s；风电场第i台风电机的实测输出功率P_i，i＝1，…，n，n为风电场风电机组数；风向的细微差别对于系统输出功率的影响很小，故将风向角度的间隔设计为10°，因此风向角α的取值范围为10°～360°，一共36个值；(2)数据处理按数据采集步骤(1)采集的数据，分别对风电场实测风向角α不同风向的数据进行划分，按α＝10°～360°得到36个数据库；再分别对不同风向建立数据表，当风电场实测风向α为α_i时得到不同的V_out的值所对应的P_i、C_Pi、P_∑和C′_P的值，其中：P_i为风电场第i台风电机组的实测输出功率；ρ_air：空气密度；A_i：风电场中第i台机扫风面积；A_∑：各风力机扫风面积之和V_out：风电场迎风方向外端风速；P_∑：风电场风电机组全部运行时的总输出功率，利用公式进行计算；C_Pi为风电场中第i台风力机对于风电场迎风方向外端风速的风功率利用系数，通过公式进行计算；C′_P：风电场风功率利用系数，通过计算公式进行计算；得到不同的V_out值所对应的P_i、C_Pi、P_∑和C′_P的值，对于不同的V_out值所对应的C′_P值，绘制横坐标为V_out、纵坐标为C′_P的散点图，令起始点为散点图内横坐标最小风速点，终止点为散点图内横坐标最大风速点，把该范围分为n等份，间隔为ΔV，对于每个等份求取一个点，对于第i等份横坐标范围为V_i到V_i+ΔV，取横坐标为V_i+1/2ΔV，纵坐标为所有在该范围内的点纵坐标的平均值，得到了n个点，利用三次样条插值，得到C′_P-V_out曲线，同理得到C_Pi-V_out曲线，从而得到不同风向的C′_P-V_out曲线和C_Pi-V_out曲线；(3)仿真计算输入仿真输入量：风电场实测风向角α、风电场迎风方向外端风速V_out、风电场中各风力机扫风面积A_i，其中i＝1，…，n、空气密度ρ_air、停机风力发电机编号m₁，m₂…m_t，其中1≤m≤n且1≤t≤n；根据风电场实测风向角α选定数据库，根据C′_P-V_wout曲线和C_Pi-V_wout曲线求出V_out对应的C′_P和C_Pi，其中i＝m₁，m₂…m_t；则，风电场稳态输出功率为：$P_{\mathrm{out}}=P_{\Sigma }-\Sigma P_i=\frac{1}{2}{C}_P^{\prime }{\rho }_{\mathrm{air}}{A}_{\Sigma }{V}_{\mathrm{out}}^3-\frac{1}{2}\underset{i=m_1,m_2...,m_t}{\Sigma }{C}_{\mathrm{Pi}}{\rho }_{\mathrm{air}}{V}_{\mathrm{out}}^3$其中，i＝m₁，m₂…m_t；(4)误差分析误差评价标准采用的是传统的平均绝对百分比误差(Mean AbsolutePercentage Error，MAPE)，设V_a是实际值，而V_f是预测值，那么百分比误差(Percentage Error，PE)定义为：PE＝(V_f-V_a)/V_a×100％绝对百分比误差(Absolute Percentage Error，APE)定义为：APE＝|PE|平均绝对百分比误差定义为：$\mathrm{MAPE}=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\mathrm{APE}}_i$最大绝对百分比误差定义为：${\mathrm{APE}}_{\max }=\underset{i=1}{\overset{n}{\max }}\left({\mathrm{APE}}_i\right)$给出风电场记录的实测风电场迎风方向外端风速V_out、风向角α、空气密度ρ_air、风电场内各风电机组停机情况作为输入，把本方法计算出的风电场稳态输出功率与实测功率通过上述误差评价标准进行误差计算，给出该计算方法的精确度。