风电理论发电功率及受阻电量计算方法

风电理论发电功率及受阻电量计算方法

第一章 总则

第一条 为进一步完善电网实时平衡能力监视功能，规范日内市场环境下风电理论发电功率及受阻电量等指标的统计分析，依据《风电场理论可发电量与弃风电量评估导则》（NB/T 31055-2014）、《风电场弃风电量计算办法（试行）》（办输电〔2012〕154号）、《风电受阻电量计算办法》（调水〔2012〕297号）的有关要求，制定本方法。

第二条 本方法适用于国家电网公司各级电力调度机构和调管范围内并网风电场开展理论发电功率及受阻电量统计计算工作。

第二章 术语与定义

第三条 风电场发电功率指标包括理论发电功率和可用发电功率。风电场理论发电功率指在当前风况下场内所有风机均可正常运行时能够发出的功率，其积分电量为理论发电量；风电场可用发电功率指考虑场内设备故障、缺陷或检修等原因引起受阻后能够发出的功率，其积分电量为可用发电量。

第四条 风电场受阻电力分为场内受阻电力和场外受阻电力两部分：场内受阻电力指风电场理论发电功率与可用发电功率之差，其积分电量为场内受阻电量；场外受阻电力指

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风电场可用发电功率与实发功率之差，其积分电量为场外受阻电量。

第五条 全网理论发电功率指所有风电场理论发电功率之和；全网可用发电功率指风电场总可用发电功率与考虑断面约束的风电总受阻电力之差；可参与市场交易的风电富余电力指全网可用发电功率与实发功率之差。

第六条 全网场内受阻电力指所有风电场场内受阻电力之和；全网断面受阻电力为因通道稳定极限、电网设备检修、电网故障等情况导致的风电受阻；全网调峰受阻电力指全网可用发电功率与实发功率之差。

第三章 数据准备

第七条 计算风电场理论发电功率和受阻电力需准备的数据有：样板机型号及其数量、全场风机型号及其数量、样板机实时出力、全场风机状态信息、风机轮毂高度、风轮直径、风机经纬度坐标、风机风速-功率曲线、风电场区域地形地貌数据、测风塔经纬度坐标及其层高、实时测量风速和风向、机舱风速等。

第四章 风电场理论功率计算方法

第八条 风电场理论功率及受阻电量计算主要有三种方法：样板机法、测风塔外推法和机舱风速法。风电场可根据具体情况，采用一种或多种计算方法。

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第九条 样板机法是在选定样板机基础上，建立样板机出力与全场出力之间的映射模型，获得全场理论发电功率。按如下方式计算：

NkMkPj????pj,k,mk?1Mkm?1

KNk?MkPj?????pj,k,mk?1Mkm?1

K 式中，Pj为风电场j理论发电功率，Pj?为风电场j可用发电功率，k为风机型号编号，K为风机型号数量，Mk为型号k风机的样板机数量，Nk为型号k风机的全场总数量，Nk?为型号k风机的开机运行总数量，pj,k,m为风电场j型号k风机第m台样板机的实际功率。

第十条 测风塔外推法是在测风塔优化选址基础上，根据风电场所处区域的地形、地貌，采用微观气象学、计算流体力学理论，将测风塔风速、风向推算至风电场内每台风机轮毂高度处的风速、风向，并通过风速-功率曲线将其转化为单机理论发电功率，进而获得全场理论发电功率。按如下方式计算：

（1）将测风塔风速外推至每台风机轮毂高度处的风速、风向，推算方法详见附录A。

（2）采用经过试验验证的风速-功率曲线或拟合的风速-功率曲线将风机轮毂高度处的风速转化为风机理论发电功

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率。风速-功率曲线确定方法详见附录B。

（3）单机理论发电功率加和获得全场理论发电功率：

Pj??pj,mm?1M

（4）风电场可用发电功率为：

Pj??M?M??m?1pj,m

式中，Pj为风电场j理论发电功率，Pj?为风电场j可用

M?为非限电停运的风机台数，发电功率，M为全场风机台数，

pj,m为风电场

j第m台风机的理论发电功率。

第十一条 机舱风速法是采用拟合的风速-功率曲线将风机机舱实测风速转化为单机理论发电功率，进而获得全场理论发电功率。按如下方式计算：

（1）采用机舱平均风速和单机平均功率拟合的风速-功率曲线，将机舱风速转化为风机理论发电功率pj,m。风速-功率曲线拟合方法见附录B。

（2）单机理论发电功率加和获得风电场理论发电功率：

Pj??pj,mm?1M

（3）风电场可用发电功率：

Pj??M?M??m?1pj,m

式中，Pj为风电场j理论发电功率，Pj?为风电场j可用

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M?为非限电停运的风机台数，发电功率，M为全场风机台数，

pj,m为风电场

j第m台风机的理论发电功率。 第五章 风电场受阻电量计算方法

第十二条 风电场场内和场外受阻电量按如下方式计算 风电场场内受阻电量：

EI,j??t??(Pj,i?Pj,i?)i?1n

风电场场外受阻电量：

EO,j??t??(Pj,i??Tj,i)i?1n

式中，EI,j为风电场j场内受阻电量，EO,j为风电场j场外受阻电量，Pj,i为i时刻风电场j理论发电功率，Pj,i?为i时刻风电场j可用发电功率，Tj,i为i时刻风电场j实发功率，n为统计时段内样本数量，?t为时间分辨率。

第六章 全网理论发电功率计算方法

第十三条 全网理论发电功率通过网内所有并网风电场的理论发电功率加和获得：

P??Pjj?1N

式中，P为全网理论发电功率，Pj为风电场j的理论发电功率，N为网内所有并网风电场的数量。

第十四条 全网可用发电功率是在网内所有并网风电场

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可用发电功率加和的基础上，考虑断面约束后的可用发电功率。全网可用发电功率计算方法如下：

（1）按照断面约束将所有风电场分为不同的风电场群，共计S个风电场群，计算每个风电场群的可用发电功率：

式中，Rs为风电场群s（s=1,2,…S）的可用发电功率，?s为风电场群s中所有风电场的集合，PL,s为风电场群s对应约束断面的限值，Ls、Gs分别为该约束断面下的当前负荷和其它电源实际出力，Pj?为风电场j可用发电功率。不受断面约束的风电场群PL,s取值无穷大。

（2）多级嵌套断面中，根据下级断面风电场群的可用发电功率修正上一级断面风电场群的可用发电功率，若存在多个下级断面则进行合并，一直计算到最上级约束断面对应风电场群的可用发电功率。

式中，Rs?为上一级断面对应风电场群s?的可用发电功率，Ls'、Gs'分别为上一级断面下的负荷和其它电源出力，含所有下级断面的负荷和其它电源出力。

（3）除最上级断面外，剔除嵌套断面中其余断面对应

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的风电场群，则风电场群个数变为S?，计算全网可用发电功率：

式中，P?为全网可用发电功率，Rs为风电场群s的可用发电功率。断面约束和风电场群划分随着运行方式的改变而变化。

第七章 全网受阻电量计算方法

第十五条 全网场内受阻电力通过网内所有并网风电场场内受阻电力累加获得：

?PI??(Pj?Pj?)j?1N

全网场内受阻电量通过全网场内受阻电力积分获得：

EI??EI,j??t???PI,ij?1i?1Nn

EI为全网场内受阻电量，?PI为全网场内受阻电力， 式中，EI,j为风电场

?tj场内受阻电量，n为统计时段内的样本数量，

为时间分辨率，N为网内并网风电场个数。

第十六条 全网断面受阻电力通过所有风电场可用发电功率之和减去全网可用发电功率获得：

?PG??Pj??P?j?1N

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全网断面受阻电量通过全网断面受阻电力积分获得：

EG??t???PG,ii?1n

式中，?PG为全网断面受阻电力，?PG,i为第i时刻的全网断面受阻电力，EG为全网断面受阻电量，n为统计时段内的样本数量，?t为时间分辨率。

第十七条 全网调峰受阻电力为全网可用发电功率与实发电力之差：

?PS?P???TjjN

全网调峰受阻电量通过全网调峰受阻电力积分获得：

ES??t???PS,i

i?1n 式中，?PS为全网调峰受阻电力，?PS,i为第i时刻的全网调峰受阻电力，ES为全网调峰受阻电量，Tj为风电场j实发功率，n为统计时段内的样本数量，?t为时间分辨率，N为网内并网风电场个数。

第八章 附则

第十八条 本办法由国家电力调控中心负责解释。 第十九条 本办法自发布之日起执行。

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附 录 A 测风数据的外推

综合考虑风电场所处区域的地形、粗糙度变化情况，结合风电场布局，建立风电场数字化模型；采用微观气象学理论或计算流体力学的方法，将测风塔风速外推至每台风电机组轮毂高度处，建立各风向扇区的风速转化函数：

式中：

V外推?f(V测风塔,k1,k2,?,kn)

（A.1）

V外推——由测风塔外推至风电机组轮毂高度处的风速； V测风塔——测风塔实测风速；

k1,k2,?,kn——影响因子（地形、粗糙度、尾流效应等）； f——转化函数。

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附 录 B

风速-功率曲线的确定

对于经过认证机构测试的功率曲线，可根据实测空气密度进行校正；无法提供测试功率曲线的机型，需根据风电机组机舱风速及单机功率进行拟合。 B.1 空气密度

空气密度可根据实测气温及气压计算得到，平均空气密度可根据逐5min空气密度平均得到：

?5min?B5min（B.1）

RT5min

1??N式中：

?? （B.2）

ii?1N?5min——5min平均空气密度；

B5min——5min平均气压；

R——气体常数287.05（J/kg.K）；

T5min——5min平均气温；

N——样本个数；

?——平均密度。

B.2 功率曲线的校正

若风电机组的功率曲线经过实验验证，且实测空气密度在1.225kg/m3±0.05kg/m3范围内，功率曲线无需校正；若在此范围以外，则功率曲线需根据以下方法进行校正。 B.2.1 对于失速控制、具有恒定桨矩和转速的风力发电机组，校正功率曲线可利用公式B.3计算：

P校正?P0??（B.3）

?0

B.2.2 对于功率自动控制的风电机组，校正功率曲线可利用公式4计算：

V校正式中：

????V0?0?（B.4）

???13P校正——折算后的功率；

P0——折算前的功率；

?0——标准空气密度（1.225kg/m3）；

V0——折算前的风速；

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V校正——折算后的风速；

?——实测平均密度。

B.3 功率曲线的拟合

若风电机组的功率曲线未经过实验验证，需根据风电机组的机舱风速及单机功率进行拟合。

B.3.1 数据选择准则

a) 应根据机组运行日志剔除机组故障、人为限制出力、测风设备故障等时段的数据； b) 风速及功率数据宜采用5min平均值，数据长度应不少于3个月； B.3.2 功率曲线拟合方法

拟合的功率曲线应采用机舱平均风速及单机平均功率，根据bin方法（method of bins）进行处理，采用0.5m/s bin宽度为一组，利用每个风速bin所对应的功率值根据公式A.5、B.6计算得到：

1Pi?Ni1Vi?Ni式中：

?Pj?1NiNii,j

（B.5）

?Vj?1i,j

（B.6）

Pi——第i个bin的平均功率值；

Pi,j——第i个bin的j数据组的功率值；

Vi——第i个bin的平均风速值；

Vi,j——第i个bin的j数据组的风速值；

Ni——第i个bin的5min数据组的数据数量

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