提出了一种比较风电机组布置优劣的系统和方法,属于风电场设计技术领域。该系统包括与多个风电场中每个风电场对应的上风向测风塔、下风向测风塔、风电机组侧发电量采集器以及风电场升压站主变压器低压侧发电量采集器;与所述上风向测风塔、下风向测风塔、风电机组侧发电量采集器以及风电场升压站主变压器低压侧发电量采集器相连的综合应用服务器;定时器,与所述综合应用服务器相连。本系统和方法解决了不能自动比较风电机组布置并且比较结果与现实不符等问题。
1.一种比较风电机组布置优劣的系统,其特征在于,所述系统包括:与多个风电场中每个风电场对应的上风向测风塔、下风向测风塔、风电机组侧发电量采集器以及风电场升压站主变压器低压侧发电量采集器;与所述上风向测风塔、下风向测风塔、风电机组侧发电量采集器以及风电场升压站主变压器低压侧发电量采集器相连的综合应用服务器;定时器,与所述综合应用服务器相连。
2.根据权利要求1所述的系统,其特征在于:其中,所述上风向测风塔用于测量风电场自由来流风速U_∞;所述下风向测风塔用于测量风电场经过风电机组后下游的风速u;所述风电机组侧发电量采集器用于采集风电机组出口的发电量E₁;所述风电场升压站主变压器低压侧发电量采集器用于采集通过风电场集电线路进入升压站主变压器低压侧的风电场发电量E₂。
3.根据权利要求2所述的系统,其特征在于:其中,所述上风向测风塔和下风向测风塔用于采集风电场完整一年的逐时风速信息并将所述逐时风速信息发送给综合应用服务器;所述综合应用服务器用于接收所述逐时风速信息,计算风电场的尾流折减系数。
4.根据权利要求3所述的系统,其特征在于:所述风电机组侧发电量采集器和风电场升压站主变压器低压侧发电量采集器用于采集风电场完整一年的逐时发电量信息并将所述逐时发电量信息发送给综合应用服务器;所述综合应用服务器用于接收所述逐时发电量信息,计算风电场集电线路的线损折减系数。
5.根据权利要求4所述的系统,其特征在于:综合应用服务器还用于根据所述尾流折减系数和线损折减系数,计算风电场完整一年的风电机组布置系数;以及将与所述多个风电场相应的多个风电机组布置系数排序和归一化,获得风电机组布置分值,将所述风电机组布置分值反馈给每个风电场。
6.根据权利要求1所述的系统,其特征在于:所述定时器用于向综合应用服务器发送定时信号;所述综合应用服务器用于收到所述定时信号后,向上风向测风塔和下风向测风塔请求逐时风速信息以及向风电机组侧发电量采集器和风电场升压站主变压器低压侧发电量采集器请求逐时发电量信息。
7.一种比较风电机组布置优劣的方法,其特征在于,所述方法包括:步骤一,接收定时信号,基于定时信号向多个风电场中每个风电场的上风向测风塔和下风向测风塔请求逐时风速信息以及向每个风电场的风电机组侧发电量采集器和风电场升压站主变压器低压侧发电量采集器请求逐时发电量信息;步骤二,接收所述逐时风速信息和所述逐时发电量信息;步骤三,根据所述逐时风速信息,计算风电场的尾流折减系数;步骤四,根据所述逐时发电量信息,计算风电场的线损折减系数;步骤五,根据尾流折减系数和线损折减系数,计算完整一年的风电机组布置系数;步骤六,对多个风电场的多个风电机组布置系数排序,将排序结果发送至所述多个风电场的每一个。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于:所述逐时风速信息包括由上风向测风塔采集的逐时风电场自由来流风速U_∞(i)和由下风向测风塔采集的逐时风电场经过风电机组后下游的风速u(i);其中i表示具体时刻;以及,通过下式计算尾流折减系数C_wake: C wake = u ( i ) U ∞ ( i ) = 1 - ( 1 - 1 - C t ( i ) ) ( D rotor D rotor + 2 kd ) 2 ]]>其中,C_t(i)为推力系数;D_rotor为风电机组风轮直径;d为风电机组间的距离;k为尾流衰减常数,陆上风电场取值为0.075。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于:所述逐时发电量信息包括由风电机组侧发电量采集器采集的逐时风电机组出口的发电量E₁(i)和风电场升压站主变压器低压侧发电量采集器采集的逐时通过风电场集电线路进入升压站主变压器低压侧的风电场发电量E₂(i),其中i表示具体时刻;以及,通过下式计算线损折减系数E_loss: E loss = E 2 ( i ) E 1 ( i ) = 1 - f ( i ) × d ]]>其中,f(i)为集电线路电流的函数,对相同电压等级、相同导线型号的风电场为常数;d为风电机组间的距离。
10.根据权利要求9所述的方法,其特征在于:所述步骤五包括计算逐时的风电机组布置系数,根据下述公式计算: P ( i ) = 1 1 - u ( i ) U ∞ ( i ) / 1 - 1 - C t ( i ) - 1 1 - E 2 ( i ) E 1 ( i ) ]]>并根据逐时的风电机组布置系数p(i),计算完整一年的风电机组布置系数p: p = Σ i = 1 m p ( i ) / m ]]>对于逐时信号,m值普通年取值为8760,闰年取值为8784。
11.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述步骤六包括:对与每个风电场相应的风电机组布置系数进行排序和归一化处理,通过分别计算不同风电场的风电机组布置系数,将最大值作为参考值,其他数值除以参考值,进行归一化处理,以得到不同风电场的风电机组布置分值,将不同风电场的风电机组布置分值反馈给每个风电场。技术领域
本发明属于风电机组设计技术领域,尤其涉及一种比较风电机组布置优劣的系统和方法。
背景技术
中国风电场分布较广,西至青海、新疆几百兆瓦级别的大型风电场,东至上海洋山港东海大桥海上风电场,南至广东几十兆瓦小型风电场,北至内蒙古的千万千瓦大型风电基地。不同区域地理特征、气候条件各不相同,风资源条件差异较大。工程设计中常用“风电场年等效满负荷小时数”和“风电场容量系数”等性能参数反映地区风能资源的特性。在风电场设计中可采用上述性能参数比较多个风电场的风电机组布置优劣,但这种比较并不具有自动、实时的特点,而是人工进行,从而浪费人力物力。也就是说,不存在系统化的比较装置,为设计人员提供风电场设计的参考。并且,如果统一采用上述两个参数来比较风电场的设计水平,则会出现风资源条件好的地方上述指标客观偏高的情况,从而得出风资源越丰富的地区其风电场设计水平越高。该比较方法显然不能真实体现设计工作的价值和充分反映设计技术对工程的影响,而且实践证明与实际情况也不符。影响风电场发电量的主要因素是:风能资源情况与风电机组的选型和布置。对于一个特定的场址,其风能资源情况是无法改变的固有条件,严格按照设计规程和通用的技术手段完成风资源评估利用设计应该不会出现较大的差异,而真正体现设计水平和技术能力,同时对风电场设计水平有直接影响的工作是风电机组的选型和布置方案。
发明内容
本发明的目的在于针对不同风资源条件的风电场建立一种自动比较风电机组布置优劣的综合系统,克服现有技术中比较风电机组布置与现实不符的问题,实现对多个风电场风电机组布置的自动比较,以指导设计人员对风电机组布置进行实时优化。为实现以上目的,本发明提出一种比较风电机组布置优劣的系统,该系统包括:与多个风电场中每个风电场对应的上风向测风塔、下风向测风塔、风电机组侧发电量采集器以及风电场升压站主变压器低压侧发电量采集器;与所述上风向测风塔、下风向测风塔、风电机组侧发电量采集器以及风电场升压站主变压器低压侧发电量采集器相连的综合应用服务器;定时器,与所述综合应用服务器相连。根据本发明的一个方面,其中,所述上风向测风塔用于测量风电场自由来流风速U_∞;所述下风向测风塔用于测量风电场经过风电机组后下游的风速u;所述风电机组侧发电量采集器用于采集风电机组出口的发电量E₁;所述风电场升压站主变压器低压侧发电量采集器用于采集通过风电场集电线路进入升压站主变压器低压侧的风电场发电量E₂。根据本发明的一个方面,其中,所述上风向测风塔和下风向测风塔用于采集风电场完整一年的逐时风速信息并将所述逐时风速信息发送给综合应用服务器;所述综合应用服务器用于接收所述逐时风速信息,计算风电场的尾流折减系数。根据本发明的一个方面,所述风电机组侧发电量采集器和风电场升压站主变压器低压侧发电量采集器用于采集风电场完整一年的逐时发电量信息并将所述逐时发电量信息发送给综合应用服务器;所述综合应用服务器用于接收所述逐时发电量信息,计算风电场集电线路的线损折减系数。根据本发明的一个方面,综合应用服务器还用于根据所述尾流折减系数和线损折减系数,计算风电场完整一年的风电机组布置系数;以及将与所述多个风电场相应的多个风电机组布置系数排序和归一化,获得风电机组布置分值,将所述风电机组布置分值反馈给每个风电场。根据本发明的一个方面,所述定时器用于向综合应用服务器发送定时信号;所述综合应用服务器用于收到所述定时信号后,向上风向测风塔和下风向测风塔请求逐时风速信息以及向风电机组侧发电量采集器和风电场升压站主变压器低压侧发电量采集器请求逐时发电量信息。本发明还提出了一种比较风电机组布置优劣的方法,所述方法包括:步骤一,接收定时信号,基于定时信号向多个风电场中每个风电场的上风向测风塔和下风向测风塔请求逐时风速信息以及向每个风电场的风电机组侧发电量采集器和风电场升压站主变压器低压侧发电量采集器请求逐时发电量信息;步骤二,接收所述逐时风速信息和所述逐时发电量信息;步骤三,根据所述逐时风速信息,计算风电场的尾流折减系数;步骤四,根据所述逐时发电量信息,计算风电场的线损折减系数;步骤五,根据尾流折减系数和线损折减系数,计算完整一年的风电机组布置系数;步骤六,对多个风电场的多个风电机组布置系数排序,将排序结果发送至所述多个风电场的每一个。根据本发明的一个方面,所述逐时风速信息包括由上风向测风塔采集的逐时风电场自由来流风速U_∞(i)和由下风向测风塔采集的逐时风电场经过风电机组后下游的风速u(i);其中i表示具体时刻;以及,通过下式计算尾流折减系数C_wake: C wake = u ( i ) U ∞ ( i ) = 1 - ( 1 - 1 - C t ( i ) ) ( D rotor D rotor + 2 kd ) 2 ]]>其中,C_t(i)为推力系数;D_rotor为风电机组风轮直径;d为风电机组间的距离;k为尾流衰减常数,陆上风电场取值为0.075。根据本发明的一个方面,所述逐时发电量信息包括由风电机组侧发电量采集器采集的逐时风电机组出口的发电量E₁(i)和风电场升压站主变压器低压侧发电量采集器采集的逐时通过风电场集电线路进入升压站主变压器低压侧的风电场发电量E₂(i),其中i表示具体时刻;以及,通过下式计算线损折减系数E_loss: E loss = E 2 ( i ) E 1 ( i ) = 1 - f ( i ) × d ]]>其中,f(i)为集电线路电流的函数,对相同电压等级、相同导线型号的风电场为常数;d为风电机组间的距离。根据本发明的一个方面,所述步骤五包括计算逐时的风电机组布置系数,根据下述公式计算: P ( i ) = 1 1 - u ( i ) U ∞ ( i ) / 1 - 1 - C t ( i ) - 1 1 - E 2 ( i ) E 1 ( i ) ]]>并根据逐时的风电机组布置系数p(i),计算完整一年的风电机组布置系数p: p = Σ i = 1 m p ( i ) / m ]]>对于逐时信号,m值普通年取值为8760,闰年取值为8784。根据本发明的一个方面,所述步骤六包括:对与每个风电场相应的风电机组布置系数进行排序和归一化处理,通过分别计算不同风电场的风电机组布置系数,将最大值作为参考值,其他数值除以参考值,进行归一化处理,以得到不同风电场的风电机组布置分值,将不同风电场的风电机组布置分值反馈给每个风电场。
附图说明
图1是本发明提出的比较风电机组布置优劣的系统的示意图;图2是本发明提出的比较风电机组布置优劣的方法的示意图。
具体实施方式
以下所述为本发明的较佳实施实例,并不因此而限定本发明的保护范围。如图1所示,T1为风电场主导风向上风向测风塔,用来测量风电场自由来流风速U_∞;T2为风电场主导风向下风向测风塔,用来测量风电场经过风电机组后下游的风速u;W1为风电机组侧发电量采集器,用来采集风电机组出口的发电量E₁;W2为风电场升压站主变压器低压侧发电量采集器,用来采集通过风电场35kv集电线路进入升压站主变压器低压侧的风电场发电量E₂。C1为综合应用服务器,用来采集来自T1、T2、W1和W2的信号。T1,T2,W1,W2和C1之间采用通信光纤相连接。其中,T1和T2用于采集风电场完整一年的逐时(或10分钟)(用i表示)风速信息并将所述风速信息发送给综合应用服务器。综合应用服务器接收所述风速信息,用于计算风电场的尾流折减系数,如下式所示: C wake = u ( i ) U ∞ ( i ) = 1 - ( 1 - 1 - C t ( i ) ) ( D rotor D rotor + 2 kd ) 2 ]]>其中,C_t(i)为推力系数;D_rotor为风电机组风轮直径;d为风电机组间的距离;k为尾流衰减常数,陆上风电场一般取值为0.075。W1和W2用于采集风电场完整一年的逐时(或10分钟)(用i表示)发电量信息并将所述发电量信息发送给综合应用服务器。综合应用服务器接收所述发电量信息,用于计算风电场集电线路的线损折减系数,如下式所示: E loss = E 2 ( i ) E 1 ( i ) = 1 - f ( i ) × d ]]>其中,f(i)为集电线路电流的函数,对相同电压等级、相同导线型号的风电场可以近似为常数;d为风电机组间的距离。综合应用服务器,用于根据所述尾流折减系数和线损折减系数计算风电机组布置系数,在某一时间点(i)(逐时或每10分钟)如下式所示: P ( i ) = 1 1 - u ( i ) U ∞ ( i ) / 1 - 1 - C t ( i ) - 1 1 - E 2 ( i ) E 1 ( i ) ]]>并计算完整一年的风电机组布置系数: p = Σ i = 1 m p ( i ) / m ]]>其中,对于逐时信号,m值普通年取值为8760,闰年取值为8784。在本系统中,对于每个风电场,都有其相应的T1,T2,W1和W2。这样,综合应用服务器与每个参与比较的风电场的T1,T2,W1和W2通过通信光纤连接,以获取与每个风电场相应的完整一年的风电机组布置系数。综合应用服务器还用于对与每个风电场相应的风电机组布置系数进行排序和归一化处理,得到与每个风电场相应的风电机组布置分值。可通过分别计算不同风电场的风电机组布置系数,将最大值作为参考值,其他数值除以参考值,进行归一化处理,以得到不同风电场的风电机组布置分值。综合应用服务器用于将获得的不同风电场的风电机组布置分值反馈给各个风电场。在本发明的一个实施例中,综合应用服务器中具有定时器,或者定时器与综合应用服务器相连,用于将定时信号发送给综合应用服务器。综合应用服务器在接收到所述定时信号后,向每个风电场的T1,T2,W1和W2请求所述风速信息和发电量信息。本发明还提出了一种基于上述系统的比较风电机组布置优劣的方法,如图2所示,包括:步骤一,接收定时信号,基于定时信号向多个风电场中每个风电场的上风向测风塔和下风向测风塔请求逐时风速信息以及向每个风电场的风电机组侧发电量采集器和风电场升压站主变压器低压侧发电量采集器请求逐时发电量信息。所述逐时风速信息包括由上风向测风塔采集的逐时风电场自由来流风速U_∞(i)和由下风向测风塔采集的逐时风电场经过风电机组后下游的风速u(i);其中i表示具体时刻。所述逐时发电量信息包括由风电机组侧发电量采集器采集的逐时风电机组出口的发电量E₁(i)和风电场升压站主变压器低压侧发电量采集器采集的逐时通过风电场集电线路进入升压站主变压器低压侧的风电场发电量E₂(i),其中i表示具体时刻。步骤二,接收所述逐时风速信息和所述逐时发电量信息。步骤三,根据所述逐时风速信息,计算风电场的尾流折减系数。通过下式计算尾流折减系数C_wake: C wake = u ( i ) U ∞ ( i ) = 1 - ( 1 - 1 - C t ( i ) ) ( D rotor D rotor + 2 kd ) 2 ]]>其中,C_t(i)为推力系数;D_rotor为风电机组风轮直径;d为风电机组间的距离;k为尾流衰减常数,陆上风电场取值为0.075。步骤四,根据所述逐时发电量信息,计算风电场的线损折减系数。通过下式计算线损折减系数E_loss: E loss = E 2 ( i ) E 1 ( i ) = 1 - f ( i ) × d ]]>其中,f(i)为集电线路电流的函数,对相同电压等级、相同导线型号的风电场为常数;d为风电机组间的距离步骤五,根据尾流折减系数和线损折减系数,计算完整一年的风电机组布置系数;所述步骤五包括计算逐时的风电机组布置系数,根据下述公式计算: P ( i ) = 1 1 - u ( i ) U ∞ ( i ) / 1 - 1 - C t ( i ) - 1 1 - E 2 ( i ) E 1 ( i ) ]]>并根据逐时的风电机组布置系数p(i),计算完整一年的风电机组布置系数p: p = Σ i = 1 m p ( i ) / m ]]>对于逐时信号,m值普通年取值为8760,闰年取值为8784。步骤六,对多个风电场的多个风电机组布置系数排序,将排序结果发送至所述多个风电场的每一个。所述步骤六包括:对与每个风电场相应的风电机组布置系数进行排序和归一化处理,通过分别计算不同风电场的风电机组布置系数,将最大值作为参考值,其他数值除以参考值,进行归一化处理,以得到不同风电场的风电机组布置分值,将不同风电场的风电机组布置分值反馈给每个风电场。应注意,本发明所提出的具体实施方式及应用领域仅为说明的目的,并不作为对本发明保护范围的限制,本领域技术人员可对本发明的具体实施方式进行修改以满足实际需要。