考虑地形因素的风电场动态同调分群方法研究

针对传统风电场动态等值方法因不考虑复杂地形影响而出现的等值精度偏低的问题,文章提出了一种基于双馈风电机组同调判别的风电场动态分群方法。首先,分析了地形因素对风电场输入风速及风电机组动态特性的影响,其中包括风速分布的影响、尾流效应的影响、机组不规则排布造成的集电线路阻抗影响等;然后,通过分析双馈风电机组多阶模型的特征量对其主导模式的影响作用,提出了以机组转子电流作为观测量进行同调性判别,并根据风电场内各台机组的转子电流动态受扰轨线相似度,利用层级聚类算法完成对场内机组的分群聚类。仿真结果验证了文章所提出方法的有效性。     

不同类型漂浮式风电场内机组塔基载荷研究

构建基于NREL 5 MW 风电机组的海上固定式风电场和不同类型的漂浮式风电场,考虑不同类型风电机组尾流特性、平台漂浮特性的差异,在不同工况下对风电场内机组动力学响应进行仿真计算。通过时域分析与箱线图分析,对风电场内各位置处机组在风、浪、尾流联合作用下的塔基载荷进行对比研究。结果表明：在相同工况下,Spar式风电场内机组风轮与平台位移值、塔基载荷在来流方向上最大;在中低风速下,风电场内机组塔基载荷相差较大;高风速时,塔基载荷相近;随着风速的增大,漂浮式机组塔基载荷呈先增大后减小的规律。     

考虑风速、风向变化及尾流效应的风电场建模

对风电场建模过程中,确立准确的输入风速模型至关重要。风电场中机组排列密集,风机之间存在尾流效应使得各台风机的输入风速不可能完全相同,尾流效应的强弱与很多因素有关,如:风速、风向、机组的排列布置等。利用MATLAB程序实现在不同风速、风向、风机排列情况下输入风速的计算,模拟实现对风速、风向变化情况下风电场的快速建模。可以较准确地描述出当风速、风向变化时风电场功率输出的变化。通过仿真验证了此方法的正确性,该方法的可移植性高,可用于各种规模风电场输入风速模型的计算。     

采用时间序列预测风电场出力

基于时间序列的方法,采用自回归滑动平均(ARMA)模型进行短期风速预测;考虑风力发电机组排列布置时尾流效应的影响、风电场址地面粗糙程度、空气密度、风向变化以及不同型号风机功率特性的差异等因素,采用Jasen尾流模型建立了大型风电场的综合模型。结果表明,合理的风电场布置方案有利于减小尾流效应的影响,从而提高风电场出力。     

基于风电机组无功响应速度的风电场闪变研究

针对风电机组无功响应速度对风电场并网点电压闪变的影响,从风力发电机组特性出发,基于DIg SILENT建立了含风电机组的电网仿真模型,研究风速波动时风机无功响应速度对风电场并网点电压波动与闪变的影响。算例结果表明:风电机组无功响应速度对并网点电压闪变的影响程度与系统短路容量密切相关,加快风电机组无功响应速度能有效抑制风电场并网点的电压闪变。     

不同风电场模型对风电场电压的影响评估

目前,实际的电力系统仿真计算将风电场处理为一台风电机组。随着并入输电网的风电容量持续增加,仍按照一台风机等效对系统仿真计算造成的误差不容忽视,该误差能引起风电场内部保护装置的误动作。文章针对不同风电模型对风电场电压的影响做了详细比较,并给出了量化指标。经过试验仿真分析得出以下结论:不同风电场模型对风电场出口和并网点电压的影响不同,当恒速异步风电机构成的风电场采用一台风电机等效时,将会使风电场出口的相电压计算平均误差达到16.667%。因此,为保证仿真精度与风电场保护的正确动作,在对含风电场的电力系统进行仿真计算时,应将风电场处理为若干台风电机。     

平均风速时距取值对风电场出力计算的影响

针对风电场平均风速的时距取值与风电机组出力对风速的实际响应时间不匹配的问题,基于风机功率曲线、风电场风速测量及风电机组出力特性,分析了风电场测风频率与风机出力特性的匹配程度及不同的平均风速时距取值对风电场出力计算结果的影响,提出了平均风速时距合理取值的建议。     

考虑尾流效应及连接架构的风电场等值方法研究北大核心CSCD

对大型风电场进行完整的仿真分析会消耗巨大的时间成本。文章提出了一种基于尾流效应和连接架构的风电场等值法,考虑了风机位置对输入风速的影响,最大程度地保留了原有结构和性能,建立了简单准确的等值模型。分析了容量加权法的误差及原因,提出了根据风电场连接架构对风机群进行考虑尾流效应的分组方法,并通过容量加权法对分组进行参数聚合。通过Matlab/Simulink建立仿真模型,结果表明,所提模型的各项性能在不同风向下均能与原模型性能相近,具有较高的精确度和适应度。     

基于实测数据的风电场稳态等值建模研究

针对大型风电场仿真模型复杂,计算量大的特点,提出一种利用实测数据建立大型风电场稳态等值模型的新方法。通过粒子滤波算法对原始风速数据进行预处理,消除噪声干扰对真实数据的影响;考虑到风电场内风机的风况差异问题,采用K-均值聚类算法提取反映风电机组风况差异的特征风速,以简化建模过程;选择特征风速和实测风电功率为输入、输出信号,应用BP神经网络拟合风电场稳态等值模型。该模型考虑了风电场地形地貌、机组分布因素,利用实测数据对模型进行泛化能力分析和精度验证,仿真结果表明,该方法具有一定的准确性与合理性。     

计及随机波动风速、风向的风电场建模方法研究

提出风电场建模方法建立风电场随机模型,对风电场运行特性进行仿真,为实现大规模风力发电的可预测、可控制目标服务。通过对风电场等值模型与详细模型的仿真比较,验证建模方法的合理性,并得出在研究风电场动态特性及其对电网影响时应考虑风速、风向的随机波动建立风电场模型。     

基于参考风电机组的风电场宏观选址资源评价方法

以风电场宏观选址中风能资源评价方法为研究对象,首先考察了不同风电机组的能量转换性能,根据风电机组能量转换性能相似的特点,提出参考风电机组的概念。接着,以发电量为衡量标准,提出将参考风电功率密度作为风电场宏观选址中风能资源评价的指标参数,并给出了该参数的计算方法;通过对实际风电场理论发电量的估算,验证了该指标的可行性。最后,结合风电场容量系数与参考风电功率密度的关系,给出了风电场风能资源的等级划分标准。该文提出的风能资源评价指标和标准,为风电场宏观选址时进行风能资源评价提供了一种具有可操作性、相对简单的实现方法。     

风力发电实验用模拟风力机

在风力发电机控制、风力机最大功率点追踪控制(MPPT，Maximum Power Point Tracking)等相关的研究中，风力机是必备的实验设备，但是，在没有风的情况下，或在实验室，就无法进行这些实验和研究。作者开发了一种模拟风力机，有了它，就可以在实验室随心所欲地进行风力发电的初期实验研究工作，从而缩短研发的周期和减小实验研究的费用。首先用6次多项式来拟合风力机的转矩特性曲线。然后根据当前的风速和风力机转速来计算风力机的转矩，将此转矩作为转矩指令控制感应电机来模拟风力机，感应电机通过控制逆变器来驱动。最后，给出了用此模拟风力机所做的MPPT实验研究结果，验证了该模拟风力机的良好特性。     

风电场脉动风模拟及风机塔架动力响应研究

为掌握风载作用下风机结构的动力学特性,采用Davenport脉动风功率谱,基于Shinozuka理论模拟某沿海风电场的脉动风速谱;采用Shiotani简化表达式,以相关系数矩阵考虑脉动风竖向相关性,推导空间脉动风随机过程表达式.建立风机塔底固接和考虑桩基刚度的两种有限元模型,计算自振特性和模拟风载作用下的动力响应.结果表明,该模拟方法能较好地反映风电场实际风况;风机结构自振周期与脉动风变化周期处于同一量级,两者接近时易产生顺风向振动和涡激振动;结构的低阶振型对风致动力响应有重要影响;考虑脉动风效应后,作用于风机上的风荷载和动力响应显著增大.该文成果为进一步开展风机结构的疲劳评价、振动控制及破坏分析奠定基础.     

基于风剪切和塔影效应的风力机风速动态建模

在对三桨叶上风向水平轴风力机的风剪切和塔影效应深入分析的基础上,得到了整个风轮扫掠面上的风速动态模型.并考虑了轮毂高度、轮毂风速、风剪切系数、叶片半径、塔架半径、悬垂距离等参数对计算模型的影响,对一台2MW风力机进行了计算和对比分析,为深入研究风力机的独立变桨、功率控制、疲劳、动力稳定性等奠定了基础.     

风力机风场模型的研究及紊流风场的MATLAB数值模拟

讨论了风剪、塔影和尾流对风场平均速度的影响,介绍了随机理论中离散随机序列与其功率谱、傅立叶谱的关系,研究了紊流风场模型中常用的几种典型的速度功率谱密度模型如Harris速度谱、Kaimal速度谱、Von Karman速度谱等模型。根据随机理论,确定利用速度谱求风速的紊流部分的算法,并用MATLAB编程实现了风力机紊流风场的数值模拟。     

考虑风向影响的风速随机模型研究

为了研究风力发电系统控制、功率输出估计及动态特性需同时考虑风速和风向的随机特征,建立考虑风向影响的风速模型.根据Box-Jenkins的建模思想,以样本相关分析为出发点,并借助于样本典型相关分析的有关概念及分析方法,建立了考虑风向影响的合成风速模型.在Matlab/Simulink仿真平台上对风速模型进行了仿真;实现了与电力系统分析程序DIgSILENT/PowerFactory的接口;通过仿真验证所建模型的合理性.     

风电场中多台风力机的数值模拟

将NREL 5 MW风力机作为基本机型,使用致动线模型和大涡模拟相结合的数值方法,在中性大气边界层中模拟含有多台风力机的风电场。为了模拟风电场的复杂入流条件,首先模拟体积为3000 m(长)×3000 m(宽)×1000m(高)的大气边界层,并对模拟结果进行验证,结果表明:在覆盖逆温层以下,不同高度处的位温不变,平均风速满足剪切特性,脉动风速满足湍流谱特性;然后,分析了致动线模型中风轮直径上的网格节点数量(N)和高斯分布因子(ε)的取值规律,发现ε以网格尺度(η)为自变量取值时,N越大,η的系数越大,当N取63时,η的系数可取2或3,但N取25时,η只能取1.2;最后,使用致动线模型在大气边界层中布置8台风力机,模拟风电场,并对风力机间的相互干扰进行分析,发现第一排风力机功率明显大于其他风力机功率输出,占风场总功率输出的40.3%。     

风速差异条件下的风电场自适应频率响应控制方法

提出一种适用于大型风电场的自适应频率响应控制方法,使风电场能参与电力系统频率调节.低频事件发生后,每台风电机组的下垂控制系数均根据其本地实时风速和功率裕度呈反比例自适应调节.高频事件发生后,每台风电机组的高频响应控制增益随其本地实时风速自适应调节.由此,风电场频率响应支撑功率可自适应的在多台风速各异的风电机组之间实现合...     

一种新型聚能-遮蔽型立轴风力机

提出了一种适合任意风向的新型聚能-遮蔽型立轴风力机,并应用计算流体力学方法,对这种风力机的气动性能进行了数值模拟.研究表明:这种新型立轴风力机比传统的立轴风力机的风能利用率有显著提高.此外,该文还采用了正交优化设计方法,对这种立轴风力机的结构参数进行了优化设计,得到了一组最优的设计参数,该最优设计参数下风力机的风能利用率达37%.     

浓缩风能型风力发电机自动迎风控制系统

浓缩风能型风力发电机具有起动风速低,单机输出功率大,风能利用率高,度电成本低,安全性好等优点,文章针对其特有的形体流场设计了一套可以编程控制器IP612为主控单元的自动迎风控制系统,并能过大量实验此系统能够实现运转平稳,自动切入,准确对风等功能,并且高效节能。