风电已成为继火电、水电后中国第三大电源,对各风电场运行效能进行统一、客观评价是迫切需要解决的问题。现阶段粗放式的运营管理模式和以年发电量、年利用小时数为主的考核评价体系忽略了风资源、设计水平、机组性能、运维能力等多方面因素对风电场发电能力的影响,无法科学评价风电场的运行效能,难以实现全生命周期内的标准化管理;更不能对发电量损失因素进行精细化分析与管理,有的放矢地提升风电场的发电能力和经济效益,限制了我国风电的快速、健康发展。因此,作者围绕风电场运行效能评价方法开展研究,分析了风电场发电量的影响因素,提出了风电场设计发电量和理论发电量的计算方法,完善了风电场运行效能评价体系并构建各评价指标的计算方模型。主要工作包括:(1)风电场发电量影响因素分析研究分别从资源、设计、机组性能、运行与维护等方面入手,分析风电场发电量在全寿命周期内各个环节中可能造成损失的影响因素;据此提出风电场设计发电量与理论发电量的定义,为构建运行效能评价体系奠定了基础。(2)基于高密度连通区域聚类的风电机组运行状态识别方法研究针对风电机组运行工况复杂多样、风电场运行数据数量大、参量多、参数间非线性关系复杂等特点,提出了基于高密度连通区域聚类的风电机组运行状态识别方法;建立了DBSCAN聚类模型,实现了对风电机组运行状态相似性的描述与量化。结果表明:该方法可以有效识别出偏航变桨正常的运行数据,也可分辨限电数据、故障造成的欠功率运行数据等。(3)风电机组设计发电量与理论发电量的计算方法研究根据运行状态的划分结果,建立了风电机组设计发电量、理论发电量和损失电量的计算模型;分别提出了基于空气密度修正和湍流强度修正的风电机组设计发电量修正方法;以机舱风速为依据,分别提出了基于机舱风速-理论功率曲线和基于分段支持向量机的风电机组理论发电量计算方法。结果表明:两种理论发电量计算模型均能较为准确地还原风电场的实际发电能力,评估精度分别为97.5%和97.1%。(4)风电场运行效能评价体系研究从风电机组发电效率和风电场运营能力两个层面,构建了风电场运行效能评价框架;风电机组发电效率层面包括:风电机组功率曲线、可利用率和可靠性3个方面共6项评价指标;风电场运维层面包括:风电场优化运行能力、风电场维护能力、风电场管理共6项评价指标。在现有评价指标的基础上,完善了现有的风电场运营评价指标体系;针对机组设计性能与风电场调度策略,建立了风电机组功率曲线偏差与可达性指标,并增加了对尾流管理、载荷管理的考核指标,对未来智能风电场的运行与考核具有重要意义。与现有的效能评价体系相比,更加客观、全面的对风电场发电能力及各类损耗水平进行评估,有针对性的提出风电场效能提升措施。
