在全球范圍內(nèi)，隨著開發(fā)技術(shù)和相關(guān)配套產(chǎn)業(yè)的持續(xù)進步，海上風電開發(fā)已經(jīng)成為各國能源投資與發(fā)展的新熱點，風電發(fā)展逐漸向具有風能資源豐富、距離負荷中心近、消納能力強等特點的海上轉(zhuǎn)移‍‌‍‍‌‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‍‍‌‍‌‍‌‍‌‍‍‌‍‍‍‍‍‍‍‍‍‌‍‍‌‍‍‌‍‌‍‌‍。 受海洋區(qū)域規(guī)劃條件的限制，海上風電場的規(guī)劃與選址較為集中，大規(guī)模海上風電場的集中并網(wǎng)對電網(wǎng)接納能力產(chǎn)生了極大的挑戰(zhàn)，如何針對海上風電場的不可控性和無功特性復(fù)雜的特點進行發(fā)電預(yù)測，成為了世界風電研究的重點課題‍‌‍‍‌‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‍‍‌‍‌‍‌‍‌‍‍‌‍‍‍‍‍‍‍‍‍‌‍‍‌‍‍‌‍‌‍‌‍。

　　1 發(fā)電量研究成為國內(nèi)外重要研究課題

　　目前很多國家對發(fā)電量預(yù)測開展了相關(guān)研究‍‌‍‍‌‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‍‍‌‍‌‍‌‍‌‍‍‌‍‍‍‍‍‍‍‍‍‌‍‍‌‍‍‌‍‌‍‌‍。 通過WPMS系統(tǒng)預(yù)測，利用數(shù)值天氣預(yù)報數(shù)據(jù)、歷史觀測數(shù)據(jù)、實際測量數(shù)據(jù)建立關(guān)系模型進行預(yù)測，均方根誤差約為7%~19%。 近年來，混沌理論的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)電量預(yù)測方法有了新發(fā)展，利用風力發(fā)電機輸出功率的非線性混沌時間序列特性，用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法進行信息處理和發(fā)電量預(yù)測。 但是上述方法主要適用于發(fā)電量的短期預(yù)測，對現(xiàn)今國內(nèi)外風電場中長期的發(fā)電量預(yù)測及提高預(yù)測精確度的研究比較有限。

　　風電論文范例：基于PLC的風電機組控制系統(tǒng)設(shè)計

　　由于海上風電場特殊的運行環(huán)境，運維成本遠高于陸地風電場，根據(jù)發(fā)電量預(yù)測結(jié)果制定合理的運維檢修策略可最大限度地減少停機帶來的電量損失。 本文提出的月度發(fā)電量預(yù)測方法，是以多年的月度測風數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用WAsP發(fā)電量計算軟件，分月進行發(fā)電量計算，以華南某海上風電場為算例，編制月度發(fā)電計劃，并根據(jù)風電場的實際運行情況進行驗證和評價。

　　2 海上風電場的月度發(fā)電量預(yù)測

　　2.1 試驗場址概況

　　試驗風電場場址離岸約20km，周圍多島環(huán)繞，場內(nèi)海底地貌形態(tài)簡單，水下地形較平坦，泥面標高為-6m至-12m，場址面積約33km2，完成31臺3MW風機并網(wǎng)調(diào)試。

　　試驗風電場場址中心建有一座海上測風塔，在風機輪轂高度90m裝有風速儀和風向標，2012年7月~2013年7月、2013年7月~2014年7月、2015年7月~2016年7月三個完整測風年期間的數(shù)據(jù)獲取率和有效性滿足規(guī)范要求，有效觀測時長為3年，對風電場的風能資源評估具有很強的代表性。根據(jù)測風塔三年完整測風數(shù)據(jù)統(tǒng)計年平均、月平均風速，得到年風向、風能玫瑰圖。

　　2.2 月度發(fā)電量預(yù)測

　　從測試風電場有效測風時間三整年的平均風速比較來看，年平均風速比較穩(wěn)定，在7.00m/s~7.02m/s之間，且風速的季節(jié)分布也比較一致。 用三年的數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)源進行月度電量預(yù)測可以降低預(yù)測的不確定性。

　　本文選取實測三年(2012年7月~2014年7月、2015年7月~2016年7月)90m高度分月的測風數(shù)據(jù)作為輸入條件，應(yīng)用WAsP軟件，設(shè)置計算中所需要的模型參數(shù)(地表粗糙度、尾流衰減系數(shù)、風電場及周邊地形條件、風機功率曲線)，分別對風電場發(fā)電量進行模擬計算，預(yù)測風電場全年的理論發(fā)電量，再折減氣候、線損、功率曲線、可利用率、運維及時性等因素，得到計劃上網(wǎng)電量的預(yù)測結(jié)果。

　　2.3 實際發(fā)電量驗證與分析

　　測試風電場于2018年12月完成31臺風機并網(wǎng)發(fā)電，于2019年1月完成最后一批風機的并網(wǎng)調(diào)試。 本文選取2019年1月(最后一批風機并網(wǎng)調(diào)試)及2019年2月(全部風機正常投產(chǎn))的發(fā)電量，進行與發(fā)電計劃的對比分析。

　　(1)風速評估。

　　選取香港橫瀾島測風三年同期的月平均風速，與測試風電場的測風塔測風期三年的月平均風速進行相關(guān)分析。 相關(guān)系數(shù)R為0.78，認為橫瀾站與測風塔月平均風速具有較好的線性相關(guān)關(guān)系，因此將橫瀾站作為試驗風電場的參證站進行大小風月的評估。

　　橫瀾站2019年1月實測風速22.8km/h，即6.33m/s，將該風速與試驗風電場前三年實測對應(yīng)的橫瀾島1月數(shù)據(jù)6.8m/s進行比較可見，2019年1月較三年測風期間1月的月平均風速較小，風速低約7%。 用線性關(guān)系推算風電場2019年1月實際風速約為6.89m/s。

　　橫瀾站2019年2月實測風速23.4km/h，即6.5m/s，將該風速與試驗風場前三年實測對應(yīng)的橫瀾島2月數(shù)據(jù)6.53m/s進行比較可見，2019年2月與三年測風期間2月的月平均風速持平，測風三年的數(shù)據(jù)可用于試驗風電場2019年2月的發(fā)電量預(yù)測。

　　(2)應(yīng)發(fā)電量。

　　由于1月發(fā)電計劃的制定依據(jù)于三年測風風速7.4m/s，高于2019年1月的實際風速，所以應(yīng)找到接近于實際風速6.89m/s的計劃發(fā)電量，用以評估試驗風電場的實際發(fā)電情況。 實驗風電場測風期間1月、3月及全年的測風風速基本符合韋布爾分布曲線，本文暫取3月(平均風速為6.79m/s)與全年計劃(平均風速為6.97m/s)的均值作為2019年1月的參考理論發(fā)電量：

　　2019年1月應(yīng)發(fā)電量=(1608+(19932×31/365))/2=1650萬kW·h

　　因2019年2月采用測風三年的實際風速，應(yīng)發(fā)電量直接取表2發(fā)電計劃中的2月1939萬kW·h。

　　(3)實際發(fā)電情況分析。

　　2019年1月，31臺風機實際發(fā)電量總計1603萬kW·h，上網(wǎng)電量1551萬kW·h，略低于實際應(yīng)發(fā)電量1650萬kW·h。 從現(xiàn)場調(diào)試情況看，2019年1月最后一批并網(wǎng)風機正處于調(diào)試狀態(tài)，發(fā)電不穩(wěn)定，故障較多。 31臺風機平均可利用率為90%，且6#、8#、9#、13#可利用率不足80%，對發(fā)電量造成較大影響。

　　在2019年1月應(yīng)發(fā)電量中，如扣除6#、8#、9#、13#四臺風機的發(fā)電量，由調(diào)試引起的損失約50%電量118萬kW·h，即1650-118=1532萬kW·h，與實際發(fā)電量的1551萬kW·h較為接近，低約1%。

　　2019年2月31臺風機實際發(fā)電量總計2236萬kW·h，上網(wǎng)電量2172萬kW·h，略高于實際應(yīng)發(fā)電量1939萬kW·h。 2019年2月風機已全部完成調(diào)試，進入正常運行狀態(tài)，風場平均可利用率為98%(高于制訂計劃預(yù)估時采用的預(yù)期值95%)，各風機實發(fā)功率與用于計算的功率曲線吻合度達95%以上，可認為2019年2月風電場實際狀態(tài)略優(yōu)于制定發(fā)電計劃的假定條件。 考慮可利用率對于發(fā)電量的影響，在2019年2月應(yīng)發(fā)電量中應(yīng)增加部分電量即61萬kW·h，即1939+61=2000萬kW·h，略低于實際風況下應(yīng)發(fā)電量2172kW·h，低約8%。

　　經(jīng)上述分析，2019年1月和2月的實際風況下應(yīng)發(fā)電量與實際發(fā)電量的月度比較一致，風電場的風機可利用率直接影響應(yīng)發(fā)電量與實際發(fā)電量的匹配性，誤差可控制在10%以內(nèi)。

　　3 結(jié)論

　　本文以華南某海上風電場為試驗場址，對發(fā)電量的月度預(yù)測及分析方法進行了研究，主要結(jié)論如下：

　　(1)利用WAsP軟件全面考慮地形、氣象條件、地表粗糙度、尾流衰減、阻礙物、風機排布方案等對發(fā)電量的影響，進行海上風電場月度發(fā)電量預(yù)測，可為企業(yè)制定發(fā)電計劃提供科學(xué)的依據(jù)。

　　(2)月度發(fā)電量預(yù)測應(yīng)選擇合適的數(shù)據(jù)源，多年度測風數(shù)據(jù)用于月度發(fā)電量預(yù)測可以降低預(yù)測的不確定性。 測試結(jié)果表明，實際風況下應(yīng)發(fā)電量與實際發(fā)電量的月度比較一致，風電場的風機可利用率直接影響應(yīng)發(fā)電量與實際發(fā)電量的匹配性，誤差可控制在10%以內(nèi)。

　　(3)根據(jù)實際風況下的理論發(fā)電量計算結(jié)果與實際發(fā)電量的對比分析，應(yīng)充分考慮設(shè)備的運行狀況，如風機可利用率、風機功率曲線等因素。

　　【作者簡介】劉沙