基于实测数据的大型风电场功率模型研究

大型风电场的装机容量已成为风功率波动影响电网安全稳定运行的一个重要因素。针对该问题并结合实测数据,提出基于最大风速的风电场输出功率时序特性建模方法。根据风电机组等效出力模型,引入风能利用系数评价不同机组出力的相互影响,在此基础上建立最大风速条件下的等效风能利用系数矩阵,通过拟合法构建风能利用系数的分布函数相并确定其相关参数,建立风电场输出功率等值模型。对实际风电场进行建模仿真,结果表明考虑风电场时序分布特性的机组功率模型能够准确反映该风场的出力特性,并能有效利用当地风能资源。仿真结果与实测数据的对比结果验证了所提方法的正确性与合理性。     

基于灰色－辨识模型的风电功率短期预测

为了准确预测风电机组的输出功率,针对实际风场,给出一种基于灰色GM(1,1)模型和辨识模型的风电功率预测建模方法,采用残差修正的方法对风速进行预测,得出准确的风速预测序列。同时为了提高风电功率预测的精度,引入FIR-MA迭代辨识模型,从分段函数的角度对风电场实际风速-风电功率曲线进行拟合,取得合适的FIR-MA模型。利用该模型对额定容量为850 kW的风电机组进行建模,采用平均绝对误差和均方根误差,以及单点误差作为评价指标,与风电场的实测数据进行比较分析。仿真结果表明,基于灰色-辨识模型的风电机组输出功率预测方法是有效和实用的,该模型能够很好地预测风电机组的实时输出功率,从而提高风电场输出功率预测的精确性。     

风电场日出力曲线和储能容量关系研究

为了促进风能的利用与发展,减小大型并网风电场输出功率不稳定给电力系统调度带来的影响,提出了一种基于功率预测和储能系统配合的风电场功率波动平抑方法。分析了风电场日出力曲线与储能容量关系,对风电场历史实测风速数据进行统计,给出风电场合理的储能容量,以期为风电场储能系统容量的选取提供参考。根据某额定装机容量为100 MW的风电场实测风速数据对功率波动平抑过程进行仿真分析,验证了所提方法的可行性和有效性。     

基于运行数据的风电机组间风速相关性统计分析

统计分析风电机组间的风速相关性对风电场的等值建模、风速/风功率预测及机组集群控制优化均具有指导意义。鉴于风电机组间的风速相关性研究工作开展较少,首先构建基于风电机组输出功率为索引的风电机组实际运行数据清洗方法与流程,然后基于Copula函数理论建立风电机组间风速相关性计算方法,最后基于张北地区某风电场风电机组运行数据进行案例应用分析。案例分析结果表明,提出的数据清洗整定方法可有效消除异常数据,提高风速相关性分析基础数据的质量;不同的时间尺度、风速、风向下的相同风电机组间的风速相关系数差异较大,案例中相同两台风电机组不同条件下风速运行数据相关性最大可达0.96,最小则降为0.55,风电机组间的风速相关系数表现出的时变性和差异性对基于风速相关性的风电场等值建模、风速/风功率预测精度影响较大。     

风电场尾流分布计算及场内优化控制方法

对于已建风电场,减少尾流效应,提高风电场整体输出功率,是风电场优化控制的目标之一。文中分析了风电机组状态参数变化与输出功率、尾流分布间的耦合关系,建立了尾流与风轮交汇面积的计算方法,以及多台风电机组尾流的叠加模型。针对不同来流风向及来流风速下风电场尾流分布的不同,提出了一种风电场尾流分布计算方法,用于计算每台风电机组位置处的风速;基于该尾流分布计算方法,以风电场整体输出功率最大为目标函数,轴向诱导因子为优化参数,粒子群算法为优化算法,建立风电场优化控制模型。以丹麦Horns Rev风电场为研究对象,进行计算分析,结果表明:风电场尾流分布计算方法能够准确计算风电场尾流分布,风电场优化控制方法能够提高风电场整体输出功率。     

风电场动态分析中风速模型的建立及应用

考虑风电场内机组间尾流效应的风速模型能较准确地描述风速扰动下风电场输出功率的波动，使研究结果更具有实际意义和价值。该文分析了风力机背面风速的计算方法，提出应用风电场及场内风电机组通常可得到的数据，根据在某风向上游风力机对下游风力机的遮挡及遮挡面积的不同，建立考虑机组尾流效应的风速模型，此方法适合于由任何台数风电机组组成的大型风电场风速建模。将输出风速与电力系统分析程序，DIgSILENT/PowerFactory相连，形成了以风速为基础的风电场与电力系统相互影响研究的计算程序，分析了尾流效应对风电场输出特性的影响。     

考虑尾流效应和集电系统元件故障的风电场可靠性建模

分析平坦地形和复杂地形下风电机组间尾流效应对风电场输出功率的影响;建立两状态等值风电机组以及五状态断路器、三状态变压器等集电系统元件的可靠性模型,考虑集电系统元件故障对风电场输出功率的影响。运用威布尔分布模拟风速,对风速、等值风电机组状态、集电系统元件状态等进行非序贯蒙特卡洛抽样仿真,基于MATLAB进行编程计算。结果表明,尾流效应和集电系统元件故障对风电场的输出功率都有不可忽视的影响,综合考虑二者的风电场可靠性模型提高了对风场输出功率计算的真实性和准确性,评估风电场并网可靠性指标时更为精确、贴近实际。     

尾流效应对风电场输出功率的影响

研究了风电机组尾流效应对风电场输出功率的影响,提出了风电机组效率矩阵、风电机组的功率特性矩阵,以及等效输出功率特性等新的概念和相应的算法,从而建立了比较全面的风电场输出功率和风速的关系模型,为研究并网风电场运行和规划方面的有关问题奠定了基础。     

变动风速作用下风电场对电网电压的影响分析

大规模风电场并网运行,在风速扰动过程中其输出功率的变化将对系统潮流产生影响。当遭受快速的风速变化时,不但需要考虑风电机组在风电场内的布置,而且还需要应用风电机组的动态模型来进行仿真计算。本文建立了以风速作为输入量的双馈变速风电机组的动态模型,并对风电场的等值方法作了简单介绍,最后以某实际电网接入风电工程为例,对风速扰动下风电场对电网电压的影响分析方法进行了说明。     

尾流效应和时滞对风电场输出特性的影响

由于大型风电场风电机组数量众多,占地面积较大,风电机组间尾流效应和风速时滞将对风电场并网点输出特性有较大的影响。以定速机组风电场为例,在电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC平台上,搭建了25台750kW风电机组组成的风电场模型。分析和比较了不同风速模型的风电场输出特性。结果表明,时滞会平滑风电场输出功率,使得并网点功率变化率变小,从而提高其电能质量;尾流效应会造成风电场的风能损失。在风电场接入电网检测中,需要考虑尾流效应和时滞的影响。     

计及转子动能损失和风速相关性的风电场有效惯量估计

随着以新能源为主体的新型电力系统建设持续推进，风力发电在全国各区域电网的渗透率快速提升。然而，大规模风电场无法提供惯量支撑，风机引入虚拟惯量控制后，缺乏对风电场虚拟惯量估计及其变化态势的准确感知。对此，根据风机虚拟惯量控制机理和外界风速影响提出一种风电场有效惯量估计方法。该方法首先考虑虚拟惯量响应阶段风机工作点偏移造成的机械能损失，在此基础上提出有效惯量的概念并研究有效惯量与风速的关系。其次，考虑风电场内风速的随机性、相关性，提出了基于Copula函数、尾流效应和时延效应的风速时空分布模型。最后，综合得到风电场有效惯量的时空分布估计。根据甘肃某风场的实际风速及出力数据构建仿真算例，结果表明，所提算法能在变化风速下有效估计风电场内各机组有效惯量的大小和时变特性，能实时反映各机组虚拟惯量支撑能力，为掌握系统频率抗扰性提供数据基础。     

基于经验Copula函数的多风电场出力动态场景生成方法及其在机组组合中的应用

随着大规模风电接入电网,风电功率的随机性与波动性以及多风电场出力的相关性使得电力系统的运行与调度面临着新的挑战。引入经验Copula函数表征多风电场联合出力分布;对风电的波动性进行建模,利用ksdensity函数拟合风电功率波动量,通过逆变换抽样的方法生成符合风电随机性和波动性的场景集合;生成基于经验Copula函数的多风电场出力动态场景,并将其应用于含多风电场的电力系统随机机组组合问题的求解。算例结果验证了所提风电波动性建模方法的有效性与动态场景生成方法的可行性,同时提高了含多风电场电力系统运行的经济性。     

计及风电出力惩罚成本的电力系统经济调度

风电出力具有随机性和间歇性的特点,如何在经济调度模型中处理大型并网风电场模型是长期以来关注的热点.为此,引入高估出力期望、低估出力期望以及惩罚成本系数的概念,在此基础上,提出了计及风电出力惩罚成本的电力系统经济调度模型.通过在目标函数中引入惩罚成本,使优化结果兼顾了风能的利用率和总经济成本.算例结果验证了该方法的有效性.     

大型风电场的风能损失计算

大型风电场由于风机数量众多,各台运转的风机之间的相互干扰作用会影响风机的有功输出,从而造成风电场的风能损失。风能损失将直接影响风电场投入运行后的年度发电能力、发电计划安排以及风电场的运行控制。文中提出了一种新的迭代回归计算方法,可有效分离风机的正常输出和非正常输出,从而正确估算风机的理想输出曲线,并定量计算风电场的风能损失,可服务于已并网的大型风电场。最后,结合实际数据对某风电场的风能损失进行了计算和分析。     

风电场接入容量分析与计算

从环境保护和可再生能源利用的角度考虑,应尽量扩大风力发电的规模,但风电本身的特点使得它的并网运行对电网的电能质量以及安全稳定运行构成一定的威胁。风力发电的原动力是自然风,因此风电场的选址主要受风资源分布的限制;风力发电的原动力是不可控的,它是否处于发电状态以及出力的大小都取决于风速状况,风速的不稳定性和易变性决定了风电场的出力也具有波动性和易变性的特点。因此,计算电网中允许接入的风电场最大装机容量是风电发展亟待解决的问题。本文对风电场接入的无功电压等方面的特性进行分析,并对风电场的接入容量进行分析、计算。     

风电场GM-WEIBULL风速分布组合模型出力预测

针对风电出力的随机性及间歇性,采用灰色理论建立灰色预测-威布尔风速分布组合模型,并对威布尔风速分布参数进行了求解,根据实际地形下风电场风速数据准确预测了风电场的风速分布及有效风电出力密度,进而求得了风电场风机出力功率及发电量等重要数据.     

基于改进Lissaman模型风电场内增设小风机的可行性分析

提出在已建成的风电场中,通过科学合理地优化布置增设小风机,使风电场的整体发电效益最大。在风电场现有风机已并网运行的基础上,分析在场内间隔中增设小风机的技术可行性。研究复杂地形下风电机组尾流效应对风电场输出功率的影响,建立计及遮挡尾流效应的改进Lissaman模型,构建风速与不同塔筒高度的风机出力之间的关系。该模型具有通用性,可给出任意风电场内增设小风机的优化方案。算例仿真分析结果表明,通过合理规划布置场内小风机,能够有效增加风电场的整体发电效益。     

改善接入地区电压稳定性的风电场无功控制策略

针对大规模风电场接入电网带来的电压无功问题,提出一种改善接入地区电压稳定性的变速恒频风电场无功控制策略,在系统发生扰动时,以接入点为电压控制点,扰动前的稳态电压为控制目标,动态调节风电场输出无功功率,维持接入点电压水平。实际应用时,该策略利用系统部分雅可比矩阵推导风电场的电压无功灵敏度信息,并根据风电场的无功输出能力计算风电场无功调整量,同时通过设置控制死区和延时,避免了风电机组的频繁调控。仿真算例表明,采用所提策略能够充分发挥变速恒频电机风电场的快速无功调节能力,有效抑制风速扰动、负荷变化等因素引起的电压波动,维持接入地区电网的电压稳定性。     

基于潮流贡献度方法大规模风场接入系统N-1热稳定分析

针对N-1热稳定问题,应用电力系统商业软件PSASP,提出了一种基于潮流贡献度方法并考虑N-1断面热稳定约束极限的调整风场目标出力的方法。应用该方法对赤峰电网2008年和2010年典型风电大发运行方式的热稳定问题进行了分析计算,发现了赤峰电网的热稳定薄弱环节,并确定了该地区内风电场在线路发生N-1热稳定过载时需要拉限总容量及各个风场所需要拉限的容量。分析结果表明该方法快速、准确,适用于大规模风电接入的电网系统。