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申请/专利权人：中国电建集团江西省电力设计院有限公司

摘要：本发明涉及一种复杂地形风电场运行风速还原自由风速的方法及系统，该方法包括：选取风电场各风电机组运行风速、风向、发电有功功率数据系列，风功率预测塔风速、风向、气温、气压数据系列，数值天气预报风速和风向数据系列；基于风电场运行资料，将风电场按风向划分风区；基于划分的风区，选择代表风电场风向的代表机位；按代表风机风向，构建风电场风向结构，组建风电场风向结构尾流损耗矩阵，并进行一致性检查和修正；按风电场风向结构及相应的尾流损耗矩阵，还原各风电机组运行风速为自由风风速。本发明可操作性强，能够精准地计算风电场各机位运行风速尾流损失，提高还原各风电机组运行风速为自由风速的准确性。

主权项：1.一种复杂地形风电场运行风速还原自由风速的方法，其特征在于，包括：步骤1，选取风电场各风电机组运行风速、风向、发电有功功率数据系列，风功率预测塔风速、风向、气温、气压数据系列，数值天气预报风速和风向数据系列，每台风电机组逐月实际运行功率曲线，前四者同期完整一年的运行资料，以及风电场实测1：2000地形图；步骤2，基于选取的风电场运行资料，将风电场按风向划分风区；步骤3，基于划分的风区，选择代表风电场风向的代表机位；步骤4，按代表风机风向，构建风电场风向结构，组建风电场风向结构尾流损耗矩阵，并进行尾流损耗矩阵成果一致性检查和修正；步骤5，按风电场风向结构及相应的尾流损耗矩阵，还原各风电机组运行风速为自由风速；所述步骤2包括：1选择风电机组运行风向数据系列组成风向扇区数值矩阵，包括：以风电场风电机组年平均风速最大者为标杆机组，以标杆机组风速大于启动风速2.5ms为条件，选择风电场每台风电机组风向扇区数据；N台风电机组10min平均风向系列组成矩阵F＝fijM×N，其中M表示时间系列数，N表示风电机组台数，f代表风向扇区数值，fij表示第i号风机、第j时间段的风向扇区数值；2风区划分指标的选择，包括：基于风流流经风电场有滞后和受地形扰动现象，以完整年统计，将风向相同或相近且出现的频率在23以上机位划分为一个风区；风区划分方法为：按两台风电机组风向扇区之差振幅为1，且全年出现小于等于1的频率在23以上，属同一风区；3计算风向振幅矩阵，包括：将风向振幅定义为同一时间段两台机组之间风向扇区之差的绝对值；风向振幅矩阵的计算方法为：矩阵F＝fijM×N，以第k号风机为例，计算其它风机是否与第k号风机位于同一风区；矩阵中每一列代表不同的风机风向时间系列，每列数据与第k列数据之差取绝对值，即aij＝|fij-fik|,其中，i＝1,2,3,...,M；j＝1，2,3,....,N，组成A矩阵，A＝aijM×N；4进行同一风区判断，包括：对A矩阵，按列统计出现小于等于1的频率，出现频率23以上的列，组成一个风区；5按照下述步骤进行风电场风区划分：步骤一：选取风电场N台风电机组完整年运行风数据，将N台风电机组全年风向系列转化成风向扇区系列，以标杆机组风速大于2.5ms同步选取N台机组风向系列，系列长M个时间段，组成M×N风向矩阵F＝fijM×N，其中，i＝1,2,3,...,M；j＝1，2,3,....,N；步骤二：判断矩阵中第1列风机是否与其它风机属同一风区；矩阵中每列数据与第1列数据之差取绝对值，即aij＝|fij-fi1|，其中，i＝1,2,3,...,M；j＝1，2,3,....,N，组成风向振幅A矩阵，A＝aijM×N；步骤三：对风向振幅A矩阵，按列统计小于等于1出现的频率，出现频率23以上的列对应的风电机组机位组成一个风区，组成该风区的风电机组台数为S1，该风区至少包括矩阵中序号1风电机组；步骤四：扣除已划分风区风机机组台数及相应机位，对余下N1台机组风向系列M个时间段组成M×N1风向矩阵F1＝fijM×N1；步骤五：按步骤二和步骤三，依次类推，将风电场N台机位划分为H个风区，每个风区所含风机位台数为S1、S2、S3、…、SH；6对风电场风区划分进行一致性检查，包括：按照风区划分指标选择，按两台风电机组风向扇区之差振幅为1，全年出现小于等于1的频次在23以上的为同一风区；以上风区划分构成的风向振幅，只判断矩阵中第1列风机与其他列风机是否在同一风区，而后扣除同一风区机位，再判断其他机位是否在同一风区；检查同一风区内其他机位是否与其他风区机位同属一个风区，如果同属一个风区，就将两个风区合并；7风电场风区划分成果，按照风电场风区划分步骤，经风区划分一致性检查后，将风电场N台机位划分L个风区，每个风区所含机位QS1、QS2、QS3、…、QSL；所述步骤3包括：1选择代表风电场主体风向的代表性风区，包括：对风电场风区划分成果，每个风区所含机位数QS1、QS2、QS3、…、QSL，按大小排序，优先选择所含风电机组机位数最多的风区为代表性风区；如果选择的风区机位数不能达到半数以上，再选择所含机位数最多与次多的风区，组成合并风区为代表性风区；2代表机位选择判断指标，包括：选择风电机组风向扇区与数值天气预报风向扇区之差振幅为1，计算全年振幅小于等于1的出现频率，选择全年出现频率最高的机位为代表机位；3代表机位选择步骤如下：步骤一：代表性风区内风电机组风向数据组成风向矩阵；代表性风区内NN台风电机组机位，全年风向系列M个时间段，将度数风向换成扇区风向，组成风向矩阵FM＝fijM×NN；数值天气预报风向fy数据系列M个时间段，将度数风向换成扇区风向，组成fyi系列，其中，i＝1,2,3,...,M；步骤二：计算风机与数值天气预报的风向振幅矩阵；风向矩阵FM中第k列数据第i时段fik与数值天气预报第i时段fyi数据之差取绝对值，按计算公式bij＝|fik-fyi|计算风向振幅矩阵B＝bijM×NN；步骤三：按风向振幅矩阵B列统计小于等于1出现的频率；第1列出现频率P1,第2列出现频率P2、…，第K列出现频率PK、…，第NN列出现频率PNN，选择频率最大的风机位为代表机位；步骤4中风电场风向结构尾流损耗矩阵组建方法包括：步骤一：按代表风机风向选择风速、风向数据系列；对风电场N台风电机组，每台机组完整年10min平均风速、风向运行数据系列，当代表风机出现某风向时，条件选择风电场N台风机10min平均风速、风向数据系列；步骤二：通过计算得到风电场风向结构的尾流损耗矩阵，包括：将每台风机作为一个测风塔，以步骤一选择的数据系列为输入，通过复杂地形风电场尾流模型发电量计算方法，计算风电场N台机组16个风向扇区的平均尾流损耗，得尾流损耗矩阵W＝wlijN×16,组成N行16列平均尾流损耗矩阵，其中wl表示尾流损耗，wlij表示第i个风电机组在j个风向扇区平均尾流损耗；步骤三：按照步骤二风电场风向结构尾流损耗矩阵计算方法，分别计算代表风机出现风向0、1、2、…、14、15扇区时，风电场N台机组16个风向扇区的平均尾流损耗矩阵为W0、W1、…、Wk、…、W14、W15；步骤4中尾流损耗矩阵成果一致性检查和修正方法包括：若同一机组所在扇区风向上前后两次计算其尾流损耗之差的绝对值在给定的误差范围内，判定尾流损耗成果一致，误差范围设定为0.5％，假定a机组在b风向扇区尾流损耗检查判断：|W前ab-W后ab|×p≤0.5％，W前ab代表前次计算尾流损耗，W后ab代表本次计算尾流损耗，p代表a机组在b风向扇区出现的频率；所述尾流损耗矩阵成果一致性检查和修正具体包括如下步骤：步骤一：按代表风机风向选择风速、风向数据系列；对风电场N台风电机组，每台风电机组完整年10min平均风速、风向运行数据，当代表风机出现M风向时，条件选择风电场N台风机10min平均风速、风向数据系列，计算的尾流损耗矩阵WM＝wlijN×16；步骤二：对风电划分的L个风区，每个风区内任选一台机位出现频率最大的风向扇区，进行一致性检验；除代表风机外，选择a1、a2、a3、...、aL号风机，当代表风机风向扇区为M时，所选的各机位出现频率最大的扇区数，分别为M1、M2、M3、…、ML；步骤三：a1号风机出现风向扇区M1时,条件选择风电场N台风机10min平均风速、风向数据系列；步骤四：按步骤三选择的数据系列，统计计算各台风机出现的风向扇区频率矩阵P＝pijN×16，其中，i＝1,2,3,...,N；j＝0,1,2....,15，p表示j号扇区风向出现的频率，pij表示第i号机组j号扇区风向出现的频率；步骤五：风向结构尾流损耗矩阵计算：每台风机作为一个测风塔，以步骤四选择的数据系列为输入，基于复杂地形风电场尾流损耗模型发电量计算方法，计算风电场N台风电机组16个风向扇区的平均尾流损耗，得尾流损耗矩阵WW＝wwlijN×16，组成N行16列平均尾流损耗矩阵，其中wwl表示尾流损耗，wwlij表示第i个风电机组在j个风向扇区平均尾流损耗；步骤六：对a1号风机风向扇区数M1尾流损耗成果一致性检查：1在WM矩阵中，对a1风机只保留风向扇区数M1的尾流损耗，其他各风向扇区尾流损耗均赋0值，WM＝wlijN×16变成WFM＝wfijN×16；2计算尾流损耗偏差矩阵；对WFM矩阵与WW矩阵按计算式WCij＝|wfij-wwlij|×pij形成尾流损耗偏差矩阵WC＝wcijN×16；3如果尾流损耗偏差矩阵WC每个元素wcij均小于等于0.5％，则尾流损耗成果一致性检查满足要求，进入步骤八，否则细分a1风机风向结构；步骤七：细分a1风机风向结构，修正尾流损耗偏差矩阵，包括：在步骤一的基础上，对a1风机选择风向出现的频率10％以上的风向扇区，分别为Ma11、Ma12、...、Ma1L-1，其他扇区形成组合扇区Ma1L；分别按a1风机出现风向扇区数为Ma11、Ma12、...、Ma1L,条件选择风电场N台风机10min平均风速、风向数据系列；分别按a1风机出现风向扇区数为Ma11、Ma12、...、Ma1L，分别计算风电场N台机组16个风向扇区的平均尾流损耗矩阵，得尾流损耗矩阵Wa11，Wa12、...、Wa1L，将该成果代替代表风机M扇区尾流损耗成果WM＝wlijN×16；步骤八：按类似方法，对风机a2、a3、...、aL进行尾流损耗成果一致性检验，不满足尾流损耗矩阵成果一致性检查时，细分风向结构并对成果进行修正；步骤九：按上述步骤，对代表风机16个风向扇区进行成果一次性检查并修正；所述步骤5包括：步骤一：将风电场N台风机组风向系列的度数风向转化为扇区风向；步骤二：代表风机出现风向扇区k时，选择风电场N台风机10min平均风速、风向数据、有功功率系列；步骤三：选择代表风机出现风向k扇区时，风电场N台风电机组16个风向扇区的尾流损耗矩阵Wk＝wlijN×16，如果存在细分风区结构的尾流修正成果，则采用修正成果；步骤四：对选择的每台风电机组运行风10min平均风速、风向、有功功率数据时间系列，当第m时间段，有功功率大于0时，按机组编号和风向查尾流损耗矩阵，如第L号风电机组m时间段风向为c号扇区，风速为V运ml，在尾流损耗矩阵Wk中查第L号风电机组风向为c号扇区的尾流损耗wlLc，按计算公式还原成不受尾流影响的自由风风速V自ml；步骤五：代表风机风向扇区k分别为0、1、2、…、14、15时，分别选择各风电机组运行风速、风向和有功功率系列，按步骤二至步骤四，将运行风速还原为自由风速。

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