雷陽 馬東

摘要：為快速分析造成風(fēng)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(fēng)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(xì)化電量損失的來源，為風(fēng)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(guān)鍵詞：電量分析;風(fēng)電場;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(dǎo)和技術(shù)進步等因素推動下，全球風(fēng)電得到快速發(fā)展[3-4]。據(jù)全球風(fēng)能協(xié)會統(tǒng)計，截至2018年底，全球風(fēng)電累計裝機容量達到591 GW，風(fēng)電發(fā)電量占全球電力需求6%左右[5]。國內(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，中國新增并網(wǎng)風(fēng)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(fēng)電累計裝機容量將達到10億kW，屆時風(fēng)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(fēng)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(fēng)電場具有代表性的測風(fēng)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(fēng)電場進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)電場概況

新疆哈密某風(fēng)電場一期和二期裝機總?cè)萘烤鶠?9.5 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(fēng)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(fēng)電場的總發(fā)電量較少，導(dǎo)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(guān)方案提供技術(shù)支撐。

分析思路：

（1）依據(jù)風(fēng)電場具有代表性的測風(fēng)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(guān)技術(shù)建議，指導(dǎo)風(fēng)電場有方向、有針對性地解決該問題，最終提高風(fēng)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(fēng)塔基本情況

利用Google Earth地圖結(jié)合實地勘察發(fā)現(xiàn)，該風(fēng)電場地形較為平整，具有代表性的測風(fēng)塔為5016#測風(fēng)塔。依據(jù)《風(fēng)電場風(fēng)能資源評估方法》（GB/T 18710—2002）[9]和《風(fēng)電場風(fēng)能資源測量方法》（GB/T 18709—2002）[10]的要求對測風(fēng)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(fēng)塔平均風(fēng)速和風(fēng)功率密度，如表1所示。

對測風(fēng)塔70 m處的風(fēng)向及風(fēng)能進行分析時，發(fā)現(xiàn)測風(fēng)塔的主風(fēng)向為NW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)電量計算

以一個完整年訂正后的測風(fēng)塔數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以現(xiàn)場地形圖數(shù)據(jù)為依據(jù)，結(jié)合實際風(fēng)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(fēng)電場及各個風(fēng)電機組的理論發(fā)電量。風(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)電場損失電量分析

將風(fēng)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(fēng)速是指風(fēng)電機組風(fēng)速風(fēng)向儀所測量的實際值，實際功率值是指該實際風(fēng)速下對應(yīng)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(fēng)電場一、二期各臺風(fēng)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(fēng)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(fēng)電機組損失電量分析

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

2.3? ? 分析結(jié)果和建議

通過對2018年整年的測風(fēng)塔和SCADA數(shù)據(jù)進行計算分析，認(rèn)為哈密某風(fēng)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(fēng)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(yīng)對策略;對其他損失電量進行細(xì)化，查明具體原因;對風(fēng)電場一、二期因故障損失電量的風(fēng)電機組進行監(jiān)控和維護。

3? ? 結(jié)語

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

[參考文獻]

[1] 費智，符平.我國風(fēng)電發(fā)展的態(tài)勢分析與對策建議[J].科技進步與對策，2011，28（10）：65-68.

[2] 韓東釗.風(fēng)電裝備制造業(yè)發(fā)展研究[D].長春：吉林大學(xué)，2016.

[3] 李俊峰，施鵬飛，高虎.中國風(fēng)電發(fā)展報告2010[M].?？冢汉Ｄ铣霭嫔?，2010.

[4] 吳忠群，李佳，田光寧.世界風(fēng)電政策的分類及其具體措施研究[J].華北電力大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2017（6）：1-8.

[5] 重磅數(shù)據(jù)公布！2018年全球風(fēng)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(fēng)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(xué)，2015.

[8] 高瑜.“十三五”風(fēng)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(fēng)電場風(fēng)能資源評估方法：GB/T 18710—2002[S].

[10] 風(fēng)電場風(fēng)能資源測量方法：GB/T 18709—2002[S].

[11] 蘭維，張中泉，雷陽，等.風(fēng)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(xué)碩士，工程師，主要從事風(fēng)力發(fā)電技術(shù)和機械設(shè)計與制造方面的研究工作。