风电功率预测系统测风塔数据测量技术要求（NB/T 31079-2016）
前言
本标准根据国家能源局《关于下达 2011 年第二批能源领域行业标准制（修）订计划的通知》（国能科技〔2011〕252 号）编制。
本标准根据 GB/T 1.1-2009 给出的规则起草。
本标准由中国电力企业联合会提出并归口。
本标准起草单位：中国电力科学研究院、国网电力科学研究院。
本标准主要起草人：周海、丁杰、吴福保、程序、崔方、丁宇宇、曹谦、于炳霞、周强、丁煌。
本标准在执行过程中的意见或建议反馈至中国电力企业联合会标准化管理中心（北京市白广路二条一号，100761）。
1 范围
本标准规定了风电功率预测系统中测风塔气象数据测量的相关技术要求，主要包括测量要素的采样与算法、测量设备技术性能要求、安装要求、实时数据合理性检验、数据上报等。
本标准适用于并网运行风电场的功率预测。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是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 18709 风电场风能资源测量方法
3 术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1 风电场 wind farm
由一批风电机组或风电机组群（包括机组单元变压器）、汇集线路、主升压变压器及其他设备组成的发电站。
3.2 平均风速 average wind speed
给定时段内瞬时风速的平均值，给定时间从几秒到数年不等。
3.3 轮毂高度 hub height
从地面到风轮扫掠面中心的高度，对垂直轴风力机是赤道平面高处。
3.4 风电功率预测 wind power forecasting
以风电场的历史功率、历史风速、地形地貌、数值天气预报、风电机组运行状态等数据建立风电场输出功率的预测模型，以风速、功率或数值天气预报数据作为模型的输入，结合风电场机组的设备状态及运行工况，预测风电场未来的有功功率。
3.5 测风塔位置 met mast seat
应用于风电功率预测系统的测风塔底座中心坐标位置。
3.6 防辐射罩 solar radiation shield
一种安装温、湿度仪器用的防护设备。它的上板为伞形，中间有多层环片，下面为防辐射板。
3.7 测量要素 measurement elements
应用于风电功率预测系统的风速、风向、气温、湿度、气压等气象要素。
4 测量要素的采样与算法
4.1 平均风速
每秒采样 1 次，自动计算和记录每 5min 的算术平均风速，单位为 m/s。
4.2 平均风向
与风速同步采集该风速的风向，自动计算和记录每 5min 的平均风向，单位为（°）。
4.3 风速标准偏差
以 5min 为时段，每秒采集和记录瞬时风速，自动计算和记录每 5min 的风速标准偏差，单位为 m/s。
4.4 气温
每 10s 采样 1 次，在每分钟采样的 6 个样本中去掉异常值、1 个最大值和 1 个最小值，余下样本的算术平均为该分钟的瞬时值，若余下样本数为 0，则本次瞬时值缺测。以瞬时值为样本，自动计算和记录每 5min 的算术平均值，单位为 ℃。
4.5 相对湿度
每 10s 采样 1 次，在每分钟采样的 6 个样本中去掉异常值、1 个最大值和 1 个最小值，余下样本的算术平均为该分钟的瞬时值，若余下样本数为 0，则本次瞬时值缺测。以瞬时值为样本，自动计算和记录每 5min 的算术平均值，无量纲值，一般用百分数表示。
4.6 气压
每 10s 采样 1 次，在每分钟采样的 6 个样本中去掉异常值、1 个最大值和 1 个最小值，余下样本的算术平均为该分钟的瞬时值，若余下样本数为 0，则本次瞬时值缺测。以瞬时值为样本，自动计算和记录每 5min 的算术平均值，单位为 hPa。
5 测量设备技术性能要求
5.1 风速传感器
5.1.1 测量范围：0m/s～60m/s。
5.1.2 分辨力：0.1m/s。
5.1.3 最大允许误差：±（0.5+0.03v）m/s，其中 v 为实际风速。
5.2 风向传感器
5.2.1 测量范围：0°～360°。
5.2.2 分辨力：3°。
5.2.3 最大允许误差：±5°。
5.3 温度传感器
5.3.1 测量范围：-50℃～+50℃。
5.3.2 分辨力：0.1℃。
5.3.3 最大允许误差：±0.2℃。
5.4 湿度传感器
5.4.1 测量范围：0%RH～100%RH。
5.4.2 分辨力：1%RH。
5.4.3 最大允许误差：±4%RH（≤80%RH），±8%RH（＞80%RH）。
5.5 气压传感器
5.5.1 测量范围：500hPa～1100hPa。
5.5.2 分辨力：0.1hPa。
5.5.3 最大允许误差：±0.3hPa。
5.6 数据采集装置
5.6.1 应具有本标准所有测量要素的采集、计算和记录的功能。
5.6.2 应具有远程传输数据和现场下载数据的功能。
5.6.3 应能完整地保存不低于 3 个月采集的数据量。
5.6.4 应具备定时自动校时功能，时钟误差不超过 30s 每月。
5.6.5 应能在现场工作环境下连续可靠运行。
5.6.6 数据采集完整率不低于 95%。
6 安装要求
6.1 基本要求
6.1.1 风速、风向传感器的安装执行 GB/T 18709 的规定。
6.1.2 风向标应根据当地磁偏角修正，按地理“北”定向安装。
6.1.3 温度、湿度传感器应设置在防辐射罩内。
6.1.4 传感器安装支架必须牢固，在高影响天气条件下，应能保持传感器的初始安装状态。
6.2 测风塔位置要求
6.2.1 测风塔位置应具有代表性，能代表风电场风能资源特性。
6.2.2 测风塔位置宜选在风电场主导风向的上风方，距离最近风电机组 3km～5km。
6.2.3 测风塔位置附近应无高大建筑物、树木、输电杆塔等障碍物，与障碍物的距离宜保持在障碍物高度的 10 倍以上。
6.3 测风塔数量要求
6.3.1 测风塔的数量应满足风电功率预测系统要求，应综合考虑风场地形条件、气候特征、风场区域范围、装机容量等。
6.3.2 每套风电场功率预测系统应至少配置 1 个测风塔，对装机规模较大或地形复杂的风电场，应适当增加测风塔的数量。
6.3.3 对于风电场群和大型风电基地，应统一规划确定测风塔位置和数量。
6.4 标定要求
6.4.1 所有传感器在安装之前应经过国家授权的计量检定单位标定。
6.4.2 观测期间应按照传感器设备规定的校验周期进行定期校验。
6.5 安装高度要求
6.5.1 测风塔高度应为 10m 整数倍，且高于风电场风机轮毂高度 10m 以上。
6.5.2 风速风向至少需装四层，即 10m 高度、50m 高度、风电机组轮毂高度附近和测风塔最高层，其他宜选择 10m 的整数倍安装。
6.5.3 温度、湿度和气压传感器应安装在 10m 高度附近，宜在风电机组轮毂高度附近加装温度和湿度传感器。
6.5.4 70m、100m 测风塔传感器安装高度及典型配置见附录 A。
6.6 防雷要求
6.6.1 测风塔塔架需安装有独立引下线的防雷击接地装置，接地电阻宜小于 4Ω。
6.6.2 测风塔与传感器位置应在避雷装置的防护范围内。
7 实时数据合理性检验
数据采集装置采样时应对数据的合理性进行检验，剔除异常数据。
采样值的合理性指标见表 1，所有不满足此表合理性要求的采样值视为异常值。
表 1 采样值的合理性指标
| 气象要素 | 传感器测量范围 | 时间相邻样本最大变化值 |
|---|---|---|
| 风速 | 依照传感器性能指标确定 | 20m/s |
| 风向 | 依照传感器性能指标确定 | 360° |
| 气温 | 依照传感器性能指标确定 | 2℃ |
| 相对湿度 | 依照传感器性能指标确定 | 5% |
| 气压 | 依照传感器性能指标确定 | 0.3hPa |
8 数据上报
8.1 数据格式
需上报的测量值的具体数据格式说明见表 2。
表 2 数据格式
| 数据类型 | 数据格式 |
|---|---|
| 测风塔编号 | 整数，测风塔的唯一性标识 |
| 时标 | 日期时间类型，精确到秒 |
| 第 1 层（最低层）平均风速 | 四字节浮点数，保留 1 位小数 |
| 第 1 层平均风向 | 四字节浮点数，保留 1 位小数 |
| 第 1 层风速标准偏差 | 四字节浮点数，保留 1 位小数 |
| 第 2 层平均风速 | 四字节浮点数，保留 1 位小数 |
| 第 2 层平均风向 | 四字节浮点数，保留 1 位小数 |
| 第 2 层风速标准偏差 | 四字节浮点数，保留 1 位小数 |
| …… | 四字节浮点数，保留 1 位小数 |
| 第 n 层（最高层）平均风速 | 四字节浮点数，保留 1 位小数 |
| 第 n 层平均风向 | 四字节浮点数，保留 1 位小数 |
| 第 n 层风速标准偏差 | 四字节浮点数，保留 1 位小数 |
| 气温 | 四字节浮点数，保留 1 位小数 |
| 相对湿度 | 四字节浮点数，保留 1 位小数 |
| 气压 | 四字节浮点数，保留 1 位小数 |
8.2 数据传输
数据传输应采用可靠的有线或无线传输方式，传输时间间隔应不大于 5min，数据延迟不超过 1min，每天数据传输畅通率应大于 95%，且应具备数据补传功能。
附录 A（资料性附录）测风塔传感器安装高度及典型配置
A.1 70m 测风塔
70m 测风塔传感器安装高度及典型配置见图 A.1。
A.2 100m 测风塔
100m 测风塔传感器安装高度及典型配置见图 A.2。
