[发明专利]复杂地形风电场风速与功率预测方法、系统、设备及存储介质

说明书

本发明提供一种复杂地形风电场风速与功率预测方法、系统、设备及存储介质。方法包括获取目标风电场区域轮毂高度处的中尺度气象预报历史数据；由不同来流风向扇区下，风电场区域性中尺度气象历史风速与各机组机舱风速计测得的同期风速数据的相关关系，建立整场气象风速与各机组点位风速之间的拟合函数；根据短期气象预报风速和拟合函数预测出风电场离散机位处的精确风速，并结合各机组实际功率曲线得到功率预测。本发明从数理统计的角度对复杂地形风电场的精细化风速与功率输出进行了预测，简化了传统物理模型的复杂程度，同时可减少短期功率预测与实际功率输出存在的偏差，为在役复杂地形风电场运维中的能效预测环节提供了有效的解决方法。

技术领域

本发明属于风力发电的能效评估技术领域，具体涉及一种复杂地形风电场风速与功率预测方法、系统、设备及存储介质。

背景技术

随着近年来持续进行的风电大规模开发，陆上适合风电开发的风资源丰富、地形简单的区域越来越少，风资源相对丰富、地形复杂的区域成为当前和进后陆上风电开发的重点。复杂地形风电场中高低起伏的地形地貌，加剧了地表对大气边界层流动的撞击、环绕、分离、阻滞作用，很大程度上改变了不同高度层面的平均流速与湍流强度，其风况直接影响着各风电机组的功率输出和发电量。由于风能本身属于随机波动的不稳定能源，加之在复杂地形下，各机组所在位置的风况与风质量存在着一定程度的差异，大规模的风电并入电网系统，必将会对系统的稳定性带来新的挑战。故风电场在生产、运维的过程中，通常需要对风场区域的平均风速进行预测，进而根据机组容量对未来一段时间内风电场所能输出的功率大小进行预测，以便电力生产调度机构需要对未来数小时的风电输出功率有所了解，合理安排调度计划，减轻风电的出力波动对电网电压稳定与功率平衡的影响，同时实现风能的科学与最有利用，提升风电场的运行效益。

目前，在役复杂地形风电场的风功率预测，主要是基于风电场所在区域中尺度气象信息中的风速与风向预报数据，利用物理模拟计算和统计分析方法，对装机位置附近的风速进行短期预测，进而结合风电机组的功率曲线计算出实际输出风电功率，预测出整个风电场的功率。然而，由于受到测风装置的安装数量以及维护成本等条件限制，复杂地形风电场通常只在1～2处代表性地理位置进行实地测风，模拟计算和统计分析得到的风电场中各风机点位处的风况信息难以得到验证与校核，加之风机风速和风电功率之间存在非线性关系，使得风速预测值微小误差将产生较大的功率值误差，从而给电网系统的安全性、稳定性和可控性造成一定程度的影响。

发明内容

针对上述背景技术中提到的难点问题，本发明的目的在于提供一种复杂地形风电场风速与功率预测方法、系统、设备及存储介质，该方法简化了传统物理模拟预测模型的复杂程度，避免了工时较长的在线数值模拟，节省了风电场运维系统中的计算资源，从数理统计的角度为复杂地形风电场基于风机点位的精细化风速、功率预测提供了一种新的解决途径。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种复杂地形风电场风速与功率预测方法，包括以下步骤：

获取目标风电场区域轮毂高度处的中尺度气象预报历史数据；

由不同来流风向扇区下，风电场区域性中尺度气象历史风速与各机组机舱风速计测得的同期风速数据的相关关系，建立整场气象风速与各机组点位风速之间的拟合函数；

根据短期气象预报风速和拟合函数预测出风电场离散机位处的精确风速，并结合各机组实际功率曲线得到功率预测。

作为本发明的进一步改进，所述获取目标风电场区域轮毂高度处的中尺度气象预报历史数据具体是：

获取目标风电场区域轮毂高度处的中尺度气象预报历史数据，并从中提取风电场运行投产以来至今的平均风速与风向的时间序列数据，建立气象历史风况数据集。

作为本发明的进一步改进，对气象历史风况数据进行不同来流风向扇区下的筛选与归类得到每个来流扇区方位下的子数据集；