GB/T 40603-2021 风电场受限电量评估导则

　　ICS 29 . 020 CCS F 1 1

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 40603—2021

　　风电场受限电量评估导则

　　Guideonevaluationofcurtailmentelectricityofwindfarm

　　2021-10-1 1 发布 2022-05-01 实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　发

　　布

　　GB/T 40603—202 1

　　GB/T 40603—202 1

　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1 . 1—2020《标准化工作导则 第 1 部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利。 本文件的发布机构不承担识别专利的责任。

　　本文件由中国电力企业联合会提出。

　　本文件由全国电网运行与控制标准化技术委员会(SAC/TC 446)归口 。

　　本文件起草单位：中国电力科学研究院有限公司、国家电网有限公司国家电力调度控制中心、中国南方电网电力调度控制中心、国家电网公司西南分部、国家电网公司西北分部、云南电网有限责任公司、国网冀北电力有限公司、国网甘肃省电力公司、国网宁夏电力有限公司、国网黑龙江省电力有限公司、国网四川省电力公司。

　　本文件主要起草人：梁志峰、王勃、王铮、冯双磊、陈国平、李明节、董存、迟永宁、冷喜武、王皓怀、徐斌、向异、杨永强、王靖然、李晓虎、耿天翔、王莉丽、丘刚、李丹、兰天、汪鹏、车建峰、王钊、赵艳青、姜文玲、张菲、裴岩、汪步惟、靳双龙、宋宗朋、滑申冰、胡菊、刘晓琳、马振强、韩振永、孙晨蕾、郭于阳、张艾虎、兰玥、赵丽君。

　　GB/T 40603—202 1

　　风电场受限电量评估导则

　　1 范围

　　本文件规定了风电场受限电量评估的相关要求和方法。

　　本文件适用于电力调度机构、试运行结束后的并网风电场和受限电量评估服务商等，用于开展风电场理论发电功率、风电场可用发电功率、风电场场内受限电量和风电场场外受限电量评估工作。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。 其中，注 日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件;不注 日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

　　GB/T 18451 . 2 风力发电机组 功率特性测试

　　GB/T 18709 风电场风能资源测量方法

　　GB/T 18710 风电场风能资源评估方法

　　GB/Z 35483 风力发电机组 发电量可利用率

　　3 术语和定义

　　下列术语和定义适用于本文件。

　　3.1

　　单机功率 activepowerofwindturbine

　　风电场内每台风电机组实际输出的有功功率。

　　3.2

　　机舱风速 windturbinenacellewindspeed

　　风电场内每台风电机组机舱顶部监测的风速。

　　注：根据温度和压力修正为标准参考条件。

　　3.3

　　实际风电机组功率曲线 actualpowercurveofwindturbine

　　由风电机组厂家根据现场特定风况给出的风电机组净功率输出与机舱风速的函数关系。

　　3.4

　　理论风电机组功率曲线 theoreticalpowercurveofwindturbine

　　按确定的测量程序测试、修正和标准化处理后，风电机组净功率输出与机舱风速的函数关系。

　　注：用图形和表格表示。

　　3.5

　　单机运行状态 windturbineoperationstatus

　　风电机组的实时发电状态，由待机状态、正常发电状态、场外受限状态、场内受限状态等构成。

　　注 1 ：待机状态以数值 0 标识，包括技术待机状态、无风待机状态、大风切出待机状态。

　　注 2：正常发电状态以数值 1 标识，包括全性能正常发电状态、性能退化但正常发电状态等。

　　注 3：场外受限状态以数值 2 标识，包括调峰受限状态、断面受限状态等。

　　GB/T 40603—202 1

　　注 4：场内受限状态以数值 3 标识，包括覆冰状态、叶片污损状态、环境超限状态、检修状态、故障停机状态、缺陷状态等。

　　3.6

　　受限时段 periodincurtailment

　　至少存在一台风电机组处于场外受限状态的时段。

　　3.7

　　非受限时段 periodofnocurtailment

　　没有任何一台风电机组处于场外受限状态的时段。

　　3.8

　　风电机组理论发电功率 theoreticalgenerationpowerofwindturbine

　　风电机组处于正常发电状态或假设处于正常发电状态，理论上能够发出的有功功率。

　　3.9

　　风电场理论发电功率 theoreticalgenerationpowerofwindfarm

　　风电场内所有设备处于正常状态时能够发出的有功功率。

　　3 . 10

　　风电场可用发电功率 availablegenerationpowerofwindfarm

　　风电场内待机状态和场内受限状态的风电机组单机功率与正常发电状态和场外受限状态的风电机组理论发电功率的总和。

　　3 . 1 1

　　风电场实际发电功率 actualgenerationpowerofwindfarm

　　风电场内所有单机功率的总和。

　　3 . 12

　　风电场场内受限电量 insidecurtailmentpowerofwindfarm

　　风电场内所有处于待机状态和场内受限状态的风电机组可发而未发的损失电量。

　　3 . 13

　　风电场场外受限电量 outsidecurtailmentpowerofwindfarm

　　非风电场自身原因造成的损失电量。

　　4 总体要求

　　4. 1 风电场理论发电功率和风电场可用发电功率应实时评估，数据时间间隔不应大于 5 min,单次评估时间不应大于 3 min。

　　4.2 应每 日评估前一 日的风电场场内受限电量和风电场场外受限电量，单次评估时间不应大于 3 min。

　　4 . 3 风电场实际功率曲线和风电场理论功率曲线应满足 GB/T 18451 . 2 的相关规定，并报送电力调度机构。

　　4 . 4 单机运行状态应满足 GB/Z 35483 的相关规定。

　　5 数据准备

　　5 . 1 风电场受限电量评估所需收集的数据应包括测风数据和风电机组运行数据。

　　5 . 2 风电场测风数据的监测应按照 GB/T 18709 的要求开展，并满足如下要求：

　　— 测风数据应来自测风塔等实时测风设备，测风设备的位置应满足 GB/T 18710 的规定;

　　— 采集量至少应包括 10 m、30 m、50 m、70 m 及轮毂高度的风速和风向，以及 10 m 层高的气温、

　　GB/T 40603—202 1

　　气压、湿度等信息;

　　— 测风数据取 5 min平均值，数据的时间间隔不应大于 5 min,数据传输延时应小于 3 min。

　　5 . 3 风电机组运行数据应带时标，且满足以下要求：

　　— 风电机组运行数据应包括风电场内所有风电机组的单机功率、机舱风速、单机运行状态等;

　　— 风电机组运行数据的时间间隔不应大于 5 min,数据传输延时应小于 3 min。

　　6 评估方法

　　6 . 1 风电机组功率曲线获取

　　6 . 1 . 1 风电机组功率曲线应优先采用实际风电机组功率曲线，实际风电机组功率曲线按照附录 A 的方法根据非受限时段的风电机组运行数据拟合确定，并应满足以下要求：

　　— 用于拟合实际风电机组功率曲线的有效数据长度不应少于 1 个月，且应选择临近时段的数据;

　　— 拟合的实际风电机组功率曲线应定期修正，时间间隔不应超过 1 个月;

　　— 每台风电机组的实际风电机组功率曲线应分别拟合。

　　6 . 1 . 2 对于无法拟合出实际风电机组功率曲线的风电机组，采用理论风电机组功率曲线，理论风电机组功率曲线应符合 GB/T 18451 . 2 的规定，并按照附录 B 的方法进行校正。

　　6 . 2 风电机组轮毂位置测风数据获取及修正

　　6 . 2 . 1 稳定获取风电机组机舱风速数据的风电场，可将风电机组机舱风速作为风电机组轮毂位置测风数据。

　　6 . 2 . 2 不能获取风电机组机舱风速数据或机舱风速数据质量较差的风电场，依据 5 . 2 的测风数据，按照附录 C 的方法计算获得风电机组轮毂位置测风数据。

　　6 . 2 . 3 处于受限状态的风电机组在受限时段内的轮毂位置测风数据，按照附录 D 的方法进行修正。

　　6 . 3 风电机组理论发电功率计算

　　风电机组理论发电功率根据风电机组轮毂位置处、经修正后的测风数据，采用 6 . 1 的风电机组功率曲线，按照附录 E 的方法计算确定。

　　6 . 4 风电场理论发电功率和风电场可用发电功率计算

　　6 . 4 . 1 风电场理论发电功率按照附录 F 中 F. 1 给出的方法确定。

　　6 . 4 . 2 风电场可用发电功率按照 F. 2 给出的方法确定。

　　6 . 5 风电场理论发电电量、风电场可用发电电量和风电场实际发电电量计算

　　6 . 5 . 1 风电场理论发电电量按照附录 G 中 G. 1 给出的方法确定。

　　6 . 5 . 2 风电场可用发电电量按照 G. 2 给出的方法确定。

　　6 . 5 . 3 风电场实际发电电量按照 G. 3 给出的方法确定。

　　6 . 6 计算模型优化

　　6 . 6 . 1 如非受限时段内，计算获得的风电场可用发电电量与风电场实际发电电量的月度电量相对偏差大于 3% ,应对涉及的相关参量进行校验。按照附录 H 的方法计算确定电量相对偏差。

　　6 . 6 . 2 若偏差由模型导致，应对计算模型进行优化，直至满足要求。

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　　6 . 7 风电场场内受限电量和风电场场外受限电量计算

　　6 . 7 . 1 风电场场内受限电量按照附录 I 中 I. 1 给出的方法确定。

　　6 . 7 . 2 风电场场外受限电量按照 I. 2 给出的方法确定。

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　　附 录 A

　　(规范性)

　　实际风电机组功率曲线拟合方法

　　A.1 数据处理

　　根据风电机组运行日志，剔除出力受控、停运等状态的功率数据和测风设备故障等情况下的测风数据。

　　A.2 风电机组实际功率曲线拟合

　　功率曲线拟合采用机舱风速及单机功率，根据非参数回归方法，按照公式(A. 1)计算得到，其中的核函数在本文件中选用标准正态核，按照公式(A. 2)计算得到。

　　Pj

　　K …………………………

　　式中：

　　Pj — 与 vj 对应的拟合出的单机功率，单位为千瓦(kW) ;

　　K — 核函数，常见的有均匀核、标准正态核和抛物线核等;

　　n — 用于拟合的样本数量;

　　vj — 第 j风速水平下的风速，单位为米每秒(m/s) ,在 0 m/s~25 m/s 范围内取值，vj 与vj+1的间隔为 0 . 5m/ s ;

　　vi — 第 i个输入的机舱风速，单位为米每秒(m/s ) ;

　　h — 核窗宽，一般取 0 .1 左右;

　　Pi — 第 i个单机功率，单位为千瓦(kW)。

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　　附 录 B

　　(规范性)

　　理论风电机组功率曲线校正方法

　　B.1 空气密度

　　空气密度可根据实测气温及气压按照公式(B.1)计算得到，平均空气密度可根据逐 5 min 空气密度

　　按照公式(B. 2)计算得到。

　　…………………………( B.1 )

　　i …………………………( B.2 )

　　式中：

　　ρ5min — 5min平均空气密度，单位为千克每立方米(kg/m3 ) ;

　　B5min — 5min平均气压，单位为千帕(kPa) ;

　　R — 气体常数(取 287.05),单位为焦耳每千克开尔文[J/(kg · K)] ;

　　T5min — 5min平均气温，单位为摄氏度(℃) ;

　　ρ — 实测平均密度，单位为千克每立方米(kg/m3 ) ;

　　N — 样本个数。

　　B.2 风电机组理论功率曲线的校正

　　若风电机组理论功率曲线经过实验验证，且实测空气密度在 1.225 kg/m3 ±0.05 kg/m3 范围内，风

　　电机组理论功率曲线无需校正;若在此范围以外，则风电机组理论功率曲线需进行校正。 对于失速控制、具有恒定桨矩和转速的风电机组，按照公式(B. 3)的方法校正;对于功率自动控制的风电机组，按照

　　公式(B.4)的方法校正。

　　P校正=P …………………………( B.3 )

　　V校正=V …………………………( B.4 )

　　式中：

　　P校正 — 折算后的功率，单位为千瓦(kW) ;

　　P0 — 折算前的功率，单位为千瓦(kW) ;

　　ρ — 实测平均密度，单位为千克每立方米(kg/m3 ) ;

　　ρ0 — 标准空气密度(取 1.225),单位为千克每立方米(kg/m3 ) ;

　　V校正 — 折算后的风速，单位为千瓦(kW) ;

　　V0 — 折算前的风速，单位为千瓦(kW)。

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　　附 录 C

　　(规范性)

　　风电场测风数据外推方法

　　综合考虑风电场所处区域的地形、粗糙度变化情况，结合风电场布局，建立风电场数字化模型;采用微观气象学理论或计算流体力学的方法，按照公式(C. 1)的方法将测风风速外推至每台风电机组轮毂高度处，建立各风向扇区的风速转化函数。

　　V外推=f(V测风，k1 ,k2 , … ,kn) …………………………( C.1 )

　　式中：

　　V外推 — 由测风设备外推至风电机组轮毂高度处的风速，单位为米每秒(m/s) ;

　　f — 转化函数;

　　V测风 — 测风塔等实时测风设备实测风速，单位为米每秒(m/s) ;

　　k1 ,k2 ,…,kn— 影响因子(地形、粗糙度、尾流效应等)。

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　　附 录 D

　　(规范性)

　　受限状态风电机组在受限时段内的机舱风速修正方法

　　在风电机组处于正常发电状态时，采用测风设备分别监测风轮前轮毂中心位置处和风轮后机舱处的风速。 风电机组风轮前轮毂中心位置处风速和风轮后机舱处风速呈公式(D. 1)所示的现线性关系。

　　根据辨识出的 α 和 β,在受限时段内，风电机组机舱风速或由实时测风数据外推得到风电机组所在位置的测风数据等于风轮前风速，即公式(D.1)中的犞风轮前，j，利用公式(D.1)计算风轮后的风速。

　　犞风轮后，j = α ·犞风轮前，j + β …………………………( D.1 )

　　式中：

　　α — 修正系数，通过测风设备监测的风轮前轮毂中心位置处风速和风轮后机舱处风速辨识

　　获得;

　　β — 修正系数，可通过测风设备监测的风轮前轮毂中心位置处风速和风轮后机舱处风速辨

　　识获得;

　　犞风轮后，j— 修正后的风电机组测风数据，单位为米每秒(m/s) ;

　　犞风轮前，j— 修正前的风电机组测风数据，单位为米每秒(m/s)。

　　GB/T 40603—202 1

　　附 录 E

　　(规范性)

　　风电机组理论发电功率计算方法

　　利用公式(E. 1)计算风电机组理论发电功率，输入数据为修正后的风电机组轮毂高度处的风速。

　　烄 0 , 犞风轮后 <犞1

　　C(犞风轮后 )， 犞1 ≤犞风轮后 <犞2

　　Pcap , 犞2 ≤犞风轮后<犞3

　　…………………

　　( E. 1 )

　　式中：

　　PWTG — 风电机组的理论发电功率，单位为千瓦(kW) ;

　　犞风轮后 — 修正后的风电机组测风数据，单位为米每秒(m/s ) ;

　　C( · ) — 风电机组功率曲线函数，当 C( · )为实际风电机组功率曲线时，按照附录 A 的方法计算

　　得到;但 C( · )为理论风电机组功率曲线时，按照附录 B 的方法计算得到;

　　Pcap — 风电机组的额定容量，单位为千瓦(kW) ;犞1 — 风电机组切入风速，单位为米每秒(m/s ) ;

　　犞2 — 风电机组额定风速，单位为米每秒(m/s ) ;

　　犞3 — 风电机组切出风速，单位为米每秒(m/s )。

　　GB/T 40603—202 1

　　附 录 F

　　(规范性)

　　风电场理论发电功率和风电场可用发电功率计算方法

　　F.1 风电场理论发电功率计算方法

　　风电场理论发电功率按照公式(F. 1)通过风电场内所有风电机组的理论发电功率加和获得。

　　Ptheory,t …………………………( F.1 )

　　式中：

　　Ptheory,t —t时刻的风电场理论发电功率，单位为兆瓦(MW) ;

　　n — 风电场内所有并网风电机组的数量;

　　PWTG,t，i —t时刻第i风电机组的理论发电功率，单位为千瓦(kW)。

　　F.2 风电场可用发电功率计算方法

　　风电场可用发电功率按照公式(F. 2)通过风电场内处于待机状态、场内受限状态的单机功率和处于正常发电状态、场外受限状态的风电机组理论功率加和获得。

　　式中：

　　Pavailable,t —t时刻风电场可用发电功率，单位为兆瓦(MW) ;

　　n0 — 风电场内处于待机状态的风电机组数量;

　　TWTG,t，i0 —t时刻第i0 风电机组的单机功率，单位为千瓦(kW) ;

　　n1 — 风电场内处于正常发电状态的风电机组数量;

　　PWTG,t，i1 —t时刻第i1 风电机组的理论发电功率，单位为千瓦(kW) ;

　　n2 — 风电场内处于场外受限状态的风电机组数量;

　　PWTG,t，i2 —t时刻第i2 风电机组的理论发电功率，单位为千瓦(kW) ;

　　n3 — 风电场内处于场内受限状态的风电机组数量;

　　TWTG,t，i3 —t时刻第i3 风电机组的单机功率，单位为千瓦(kW)。

　　GB/T 40603—202 1

　　附 录 G

　　(规范性)

　　风电场理论发电电量、可用发电电量和实际发电电量计算方法

　　G.1 风电场理论发电电量计算方法

　　风电场理论发电电量按照公式(G. 1)通过风电场理论发电功率积分获得。

　　Etheory = Δt· Ptheory,t …………………………( G.1 )

　　t= 1

　　式中：

　　Etheory — 风电场理论发电电量，单位为兆瓦时(MW ·h ) ;

　　Δt — 风电场理论发电功率数据的时间间隔，单位为小时(h) ;

　　N — 统计时段内风电场理论发电功率数据的数据量;

　　Ptheory,t—t时刻风电场理论发电功率，单位为兆瓦(MW)。

　　G.2 风电场可用发电功率计算方法

　　风电场可用发电电量按照公式(G. 2)通过风电场可用发电功率积分获得。

　　Eavailable = Δt· Pavailable,t …………………………( G.2 )

　　t= 1

　　式中：

　　Eavailable — 风电场可用发电电量，单位为兆瓦时(MW ·h ) ;

　　Δt — 风电场可用发电功率数据的时间间隔，单位为小时(h) ;

　　N — 统计时段内风电场可用发电功率数据的数据量;

　　Pavailable,t—t时刻风电场可用发电功率，单位为兆瓦(MW)。

　　G.3 风电场实际发电功率计算方法

　　风电场实际发电电量按照公式(G. 3)通过风电场实际发电功率积分获得。

　　Ereal = Δt

　　式中：

　　Ereal — 风电场实际发电电量，单位为兆瓦时(MW ·h ) ;

　　Δt — 风电机组单机功率数据的时间间隔，单位为小时(h) ;

　　N — 统计时段内单台风电机组的采样数;

　　n — 风电场内所有并网风电机组的数量;

　　TWTG,t，i—t时刻第风电机组的单机功率，单位为千瓦(kW)。

　　GB/T 40603—202 1

　　附 录 H

　　(规范性)

　　电量相对偏差计算方法

　　电量相对偏差是非受限时段内风电场可用发电电量与风电场实际发电电量的绝对偏差占风电场实际发电电量的比例，按照公式(H . 1)计算得到。

　　e

　　式中：

　　e — 电量相对偏差;

　　Δt — 功率的采样时间间隔，单位为小时(h) ;

　　N ′ — 非受限时段内的样本数量;

　　Pavailable,t —t时刻风电场可用发电功率，单位为兆瓦(MW) ;

　　n — 风电场内所有并网风电机组的数量;

　　TWTG,t，i —t时刻第i风电机组的单机功率，单位为千瓦(kW)。

　　GB/T 40603—202 1

　　附 录 I

　　(规范性)

　　风电场场内受限电量和场外受限电量计算方法

　　I.1 风电场场内受限电量

　　风电场场内受限电量是风电场理论发电电量与风电场可用发电电量的差值，按照公式(I. 1)的方法计算获得。

　　EI = Etheory - Eavailable …………………………( I. 1 )

　　式中：

　　EI — 风电场场内受限电量，单位为兆瓦时(MW ·h ) ;

　　Etheory — 风电场理论发电电量，单位为兆瓦时(MW ·h ) ;

　　Eavailable — 风电场可用发电电量，单位为兆瓦时(MW ·h )。

　　I.2 风电场场外受限电量

　　风电场场外受限电量是风电场可用发电电量与风电场实际发电电量的差值，按照公式(I. 2)的方法计算获得。

　　EO = Eavailable - Ereal …………………………( I. 2 )

　　式中：

　　EO — 风电场场外受限电量，单位为兆瓦时(MW ·h ) ;

　　Eavailable — 风电场可用发电电量，单位为兆瓦时(MW ·h ) ;

　　Ereal — 风电场实际发电电量，单位为兆瓦时(MW ·h )。