风力发电生产数据统计及管理

风力发电生产数据统计及管理

尹男

中国大唐集团新能源科学技术研究院

风能是一种清洁、可再生的能源，正迅速成为可持续发展和能源战略的重要组成部分。随着风电场的不断建设和运营，风电运行数据开始急剧增长，这些数据种类多样、复杂度高且增量巨大，其中含有大量的气象数据、功率预测数据、设备运行数据和状态评估数据，而且随着风电场数量的增加或者风电场内风电机组数量的增加，产生的数据量将是海量的。

进入 21 世纪后，我国已逐渐成为风力发电在全球装机容量最大的国家，从2010 年起也成为总装机容量最多的国家，这样大的风电装机容量意味着有巨大的风电设备运行和维护潜在的市场需求。近年来大规模快速发展期投入运行的许多风力发电设备已经出或即将到检修期，操作、维修保养任务非常繁重。风电设备运行维护管理通过科学的管理方法，提高风电设备的可用性和可靠性，确保风电质量符合国家相关标准。十多年来我国在开发风电的道路上积累了大量的故障数据，利用科学方法对故障数据进行合理分析，总结了风机运行的常见故障情况，为人员提供技术支持和理论基础开发合理的维护措施，降低风机设备的故障率和运行维护成本，确保风机高效可靠运行。

风电管理的数字化建设已经逐渐显现出其存在的必要性，那么在利用数字化手段完成了数据的采集、积累之后，如何利用好这些数据，成为了重中之重。就目前风电数字化建设的成功来看，风电场各类数据的积累，大多应用于在风电前期设计选址阶段以及生产运行阶段，风电场前期设计过程中的风资源评估、微观选址等均可以采用这些数据来实现，技术已经趋于成熟、稳定；而针对风电场生产运行阶段各类设备运行数据的应用，目前还停留在某种特定功能中，例如风电机组的故障诊断预警功能、风电场功率预测等，无法实现全面、宏观地收集运行数据并利用数据分析结果指导实际地生产运行工作，本文主要阐述如何利用数字化平台，整理、分析大量的生产运行数据，总结设备运行阶段

风力发电生产指标体系

面对复杂多样的风电机组运行数据，要实现风电管理的规范统一，将不同区域、不同自然条件、不同发电能力的风力发电机组统一纳入管理、评价分析，就需要设置一套标准的指标体系，指标体系的建立应适用于各类型机组，具有极强的普适性，才可以实现真正统一的风电设备管理、运行评价。

建立了完整的指标体系之后，则可以通过不同设备间多维度的指标对标，解决风电管理的痛点：一是可以解决风资源情况不同、容量不同、限电情况不同的风电场“谁好、谁坏”，真正实现客观、准确的比较、评价风电场的发电能力；二是可以实现风电生产精细化管理提升，能够深入分析影响发电量的各项主客观因素，挖潜电量损失内部原因，同时通过发电电量损失原因，发掘进一步开展生产工作的重点内容。

风电生产的重要指标基本可以分为四大类：资源类指标、发电量类指标、运行维护水平指标、能耗指标。其中资源类指标主要包括平均风速、平均环境温度、平均空气密度等；发电量类指标主要为发电量、利用小时、上网电量、计划发电量完成率等；运行维护水平指标主要包括能量可利用率、时间可利用率、台均平均无故障时长、功率特性一致性系数等；能耗指标主要包括场用电率、综合场用电率、线损率等。其中资源类指标、发电量类指标、运行维护指标维度均应实现区域维度、风电场全场维度、单台风机维度等多维度的综合计算、对比。

各项主要指标的统计、计算方法

首先，任何指标的计算都需要数据源的支持，原始数据至少要满足每台风机、每个测点、每10分钟具备一条平均运行数据的要求，当然如果具备更高分辨率的数据，计算结果将会更精准。

风电机组平均风速是指在统计周期内风电机组瞬时风速的平均值；风电场平均风速是指在统计周期内风电场瞬时风速的平均值，风电场瞬时风速读取场内有代表性测风塔数据或全部机组风速数据的算数平均值，进行平均值计算。

平均空气密度指风电场所在处空气密度在统计周期内的平均值，以功率预测系统或单台风机读取的数值为准，如不具备读取条件，可根据平均空气温度、海拔高度等气象信息进行计算。

电量指标作为反映新能源场站的发电情况的基础指标，可以很好的评价风电场、风电机组在统计周期内的电量情况。单机发电量是指在风电机组出口处计量的输出电能，一般从风电机组监控系统读取。风电场发电量是指每台风电机组发电量的总和。

风电机组利用小时是指风电机组在统计周期内的发电量折算到其满负荷运行条件下的发电小时数；风电场等效利用小时是指风电场发电量折算到该风电场全部装机满负荷运行条件下的发电小时数；风电场建设时期，风电机组不能全部一次性投入，各风电机组实际投运时间存在差异，计算风电场等效利用小时需将装机容量按照实际折算后的容量来计算。

运行维护水平指标中，能量可利用率是一项核心指标。能量可利用率的计算，是统计周期内风电机组实际发电量占应发电量的比例，两者的偏差即为风电机组的损失电量，应依据每台风电机组的实时风速、运行状态、发电量、理论（合同保证）功率特性曲线进行计算。

针对风电机组损失电量，还可以依据详细、具体的实时风机状态进行进一步细分，以得出具体的损失原因及对应的损失时长及损失电量，最终实现精细化对标，优化机组进一步的运行管理。如图所示可将机组损失电量进行细分。

由图可知，实际发电量加上可控损失电量就组成了可控应发电量，可控应发电量是指实际风电机组“应该发出来的”电量，可控应发电量再加上场外的损失构成了我们的实际应发电量，再加上机组自身发电性能原因导致的损失电量就构成了风电机组的设计应发电量。

进一步细化分类中，可控损失电量包括：风电机组故障损失电量、风电机组计划停运损失电量、风电机组自降容损失电量、输变电非计划停运损失电量、输变电计划停运损失电量、风电机组技术待机损失电量；场外损失电量包括电网检修损失电量、电网故障损失电量、电网限电损失电量、风电机组环境因素受累损失电量以及未知损失电量。针对于每一项损失，都可以依据一种风机状态进行统计、计算，这也就需要风电机组的状态数据的精细程度足够满足统计要求。

风电机组故障损失电量是指风电机组因故障导致无法正常发电影响的损失电量；风电机组计划停运损失电量是指风电机组因计划性检修、技改等导致无法正常发电影响的损失电量；风电机组自降容损失电量是指风电机组因自身原因导致降容运行影响的损失电量；风电机组计划停运损失电量、故障损失电量及自降容损失电量之和统称为风电机组损失电量。

输变电设备计划停运损失电量是指风电场因箱变、输电线路（含自建送出线路）及站内变配电设备计划检修导致无法正常发电或停止发电影响的损失电量；输变电设备非计划停运损失电量指风电机组因箱变、输电线路（含自建送出线路）及站内变配电设备故障或临时检修导致无法正常发电或停止发电影响的损失电量；输变电设备计划停运损失电量和输变电设备非计划停运损失电量之和统称为场内受累损失电量。

风电机组技术待机损失电量是指风电机组因解缆、偏航、启动加速等过程导致无法正常发电影响的损失电量。风电机组环境因素受累损失电量是指风电机组因温度过高、过低导致无法正常发电影响的损失电量。

电网故障损失电量是指风电机组因场外电网故障而无法正常发电影响的损失电量。

指标管理

可控损失电量应作为风电场的管理重点，这些损失电量都是风电场可控制、可避免的电量损失，尤其是计划停运损失，是不同于传统火电的计划停运，风电的特性决定了这部分损失是可控的，可依据风资源预测情况合理制定计划。在实际的生产管控中，可控损失电量指标由风电场直接进行管控，通过合理安排工作时间，严格把控检修质量，减少风电机组故障率及停机次数，尽最大努力减少场内损失电量；

场外的损失电量，是风电场不可控的因素导致的损失，主要包括一些电网原因和资源条件限制的损失。在实际的生产管控中，场外损失电量由区域或公司级进行统一管控，通过做好电网联系工作，严格管理升压站送出线路，合理安排检修时间及时机，减少因场外原因导致电量损失。