风电功率时变特征分析

本次搜集了2014年某平原风电场全年的发电功率和风速数据，时间分辨率为15min，下文将使用功率数据分析平原风电场功率的时变特征，所采用的分析指标是功率因数。风电场输出功率受风速的影响，具有随机性和波动性，在绝大多数情况下，其出力低于额定容量（即装机容量）。为消除风电装机容量不同对风电功率波动幅度等特征的影响，根据风电场输出功率和装机容量，对风电功率数据进行预处理，计算出风电功率因数 （Capacity Factor，CF）。风电功率因数是一段时间内风电机组的实际发电量与始终运行在额定功率下理想发电量的比值，用来描述风电设备的利用率，其计算公式为

式中 Pi——风电场实时的风电输出功率；

Cap——该风电场的装机容量。

风电功率因数具有原始风电输出功率资料的变化特征，同时是一个无量纲量，更适于对比分析不同风电场风电功率的变化特征。

5.4.3.1　发电功率全年时变特征

计算全年的日平均风速，如图5-28所示。

从图5-28中数据可知，受地形影响，该平原风电场风速在7.5～9.5m／s之间，波动幅度较小，风速比较稳定。最大日平均风速为9.5m／s左右，出现在8月；而最小日平均风速为7.7m／s，出现在2月。总体而言，夏秋风速较快，而冬春则风速较慢。

相应计算平原风电场全年功率因数值，并取每日平均值，得到日均功率因数值，如图5-29示。比较图5-28和图5-29，两图曲线高度吻合，说明风速是决定风电场功率因数的核心因素。该平原风电场功率因数取值在0.3～0.43之间波动，其变化幅度也较小，与风速变换规律相同，夏秋季功率因数取值较大，而冬春季功率因数取值较小。

图5-28　平原风电场日平均风速图

图5-29　平原风电场日平均功率因数图(www.xing528.com)

5.4.3.2 发电功率日内时变特征

年内功率因数变化曲线能够反映出风电输出功率日变化的平均趋势，但不同天气背景时期，风电功率的日变化可能具有不同的特征。采用聚类分析的方法，利用数学模型归纳出平原风电场风电输出功率的典型日变化特征曲线，如图5-30所示。

图5-30　平原风电场风电输出功率典型日变化曲线

图5-30归纳出平原风电场输出功率的8种典型日变化曲线，分别分析其日变化特征，可以发现：

（1）昼夜型 （a曲线）。a类的风电输出功率日变化曲线是全年风电输出功率日变化的代表型变化趋势，风电功率变化呈白天发电功率较低，夜间风电发电功率在夜间20：00之后逐渐上涨的趋势，昼夜差异显著；在夜间4：00和20：00左右存在峰值，风电变异系数最大值超过0.9，出现在夜间4：00。

（2）单主峰型 （b曲线）。全天上午风电功率逐渐下降，中午风电功率达到最小值，下午12：00～18：00呈单峰型塔状分布，夜间18：00开始风电功率再次上涨变化。

（3）上午平缓型 （c曲线）。上午风电功率较大，且变化平缓，中午12：00～夜间24：00风电功率波性较强，存在两个主峰，分别出现在夜间17：00和夜间21：30；

（4）d类风电功率日变化曲线与昼夜型相似，区别在于夜间20：00开始，d类风电输出功率逐渐减小，与昼夜型正好相反。

（5）上午波动型（e曲线）。上午风电功率波动强烈，出现多个峰值，中午12：00～夜间24：00风电功率变化不大，基本为0。

（6）曲线f的风电发电功率在0：00～15：00之间与b类曲线日变化相似，15：00至夜间呈先增后减趋势，风电变异系数峰值为1.0，出现于20：00。

（7）午夜型 （g曲线）。风电功率的高发力值集中于12：00以后的下午和夜间。

（8）双主峰型（h曲线）。全天在上午8：00与下午14：00共出现两个主峰，谷值出现在上午10：00，整体变化趋势与b、d类风电功率的日变化曲线具有相似性。