基于偏航尾流模型的风电场功率协同优化研究

为减小风电场尾流效应的影响,提升风电场整体发电量,提出一种基于偏航尾流模型的风电场功率协同优化方法。首先建立风电场偏航尾流模型,该模型包括用于计算单机组尾流速度分布的Jensen-Gaussian尾流模型、尾流偏转模型及多机组尾流叠加模型,对各机组风轮前来流风速进行求解;再根据来流风速计算风电场输出功率,并以风电场整体输出功率最大为优化目标,利用拟牛顿算法协同优化各机组轴向诱导因子和偏航角度。以4行4列方形布置的16台NREL-5 MW风电机组为对象进行仿真研究。结果表明,所提出的基于偏航尾流模型的风电场功率协同优化方法能显著提升风电场整体输出功率。     

偏航工况下风电机组尾流模型与风电场尾流叠加研究

风电场中通过风电机组主动偏航进行尾流优化控制,可以提高风电场发电量。文中根据偏航工况对风电机组尾流和功率输出的影响,建立了偏航工况下单台风电机组尾流模型和输出功率的简化计算方法。而对于全场不同来流风向,对机组位置进行坐标变换以确定风电机组的迎风顺序,并结合尾流叠加模型建立了偏航工况下风电场尾流分布计算方法。最后,以单列6台风电机组为研究对象进行计算分析,验证了该尾流计算方法的适用性及主动偏航控制对风电场发电量提升的可行性。     

考虑尾流效应的风电场有功功率控制策略研究

随着大型风电场的快速发展,由于尾流效应造成的风电场能量损失成为重要的问题。本文考虑风电场内的尾流效应,提出了优化的有功功率和桨距角曲线以降低独立机组的能量损失,从而达到风电场的总有功功率提升的目的。同时,通过挖掘风电机组有功出力和尾流效应的关系,给出基于有功控制的尾流优化方法,建立了风电场有功出力优化模型。最后,基于某风电场的实际数据建立仿真模型来检验控制策略的有效性,并引入传统单机MPPT方案进行比对,结果证明提出的新型控制策略大大提高了整个风电场的有功功率,并且计算量小,优化方法简单,具有一定的工程应用价值。     

考虑尾流效应的风电场减载出力优化控制

在高风电渗透电力系统中,风电场参与系统调频普遍忽略了尾流效应对风电机组出力的影响。文章提出了一种考虑尾流效应的风电场减载出力优化控制方案。首先,采用改进Jensen尾流模型,给出了任意风向的尾流区域划分方法;其次,在满足系统调频需求的前提下,以风电场有功出力最大为目标,对风电场功率分配进行优化;然后,针对不同风速区间设置了相应的优化控制方案,并给出方案的具体实现方法;最后,以江苏某海上风电场为例进行算例仿真,算例结果表明,所提方案可有效地提高风电场整体出力。     

计及风向不确定性的海上风电场年发电量计算

以欧洲Lillgrund海上风电场为例,建立基于Larsen尾流模型及线性叠加模型的风电场输出功率及发电量计算模型;考虑风电机组偏航偏差等风向不确定性的影响,建立基于高斯平均方法的风电场计算功率修正模型;结合风电场实测数据及发电量计算收敛过程分析,研究了修正模型对风电场功率及发电量计算的影响。结果表明,所建立的尾流作用下的风电场功率计算模型能够较好地反应实际风电场的尾流影响特征,高斯平均修正方法进一步提高了尾流作用下风电场功率计算精度,并提高了发电量计算的收敛速度。在风电场年发电量计算中考虑风向不确定性的影响,对于提高模型评估与验证的准确性具有重要意义。     

风速波动时风电场动态特性分析

为了分析风速波动时风电场的电压特性,建立了考虑风机组尾流效应的风机输入风速模型及考虑风机输入风速不同的风电场动态模型,并对风电场采用不同模型时风电场的输出进行仿真比较,结果表明在分析风速波动风电场动态特性时,采用考虑风机间尾流效应和风电场内机组排列布置的风电场模型能够相对准确地反映实际风电场的动态特性,而采用不考虑风机尾流效应的风电场单机模型,夸大了风电场对系统的影响.同时对风电场分别采用恒速风电机组和双馈变速风电机组时的输出特性进行仿真,分析了以上两种风电机组的无功电压特性.     

考虑风资源特征的海上风电场功率输出精细建模研究

大型海上风电场功率输出会受到多种复杂环境因素的影响。为了研究海上风电场的功率输出特性,建立了考虑海面粗糙度、大气稳定度、尾流效应等因素的海上风电场风资源模型,并对风电机组中的风力机、齿轮箱、发电机、变流器等部件进行精细建模。然后,结合上述模型和集电线路建立了整个风电场的仿真模型,分析了大气稳定度和海、陆风对风电场功率输出的影响。分析结果表明:大气稳定度对风电场功率输出影响较大;海、陆风对风电场功率输出的影响主要体现在机组间的尾流差异。     

考虑疲劳均衡的海上风电场主动尾流控制研究

海上风电场运行维护成本高,而其尾流效应影响更加突出,不但会影响风电场的发电效率,还会增大风电场内机组的疲劳载荷,增加运维成本。文章针对基于疲劳均匀的海上风电场主动尾流控制展开研究,通过GH-Bladed软件计算建立了风电机组在典型控制工况下关键零部件的疲劳损伤量数据库。其中的工况包括最大功率追踪、桨距角控制和偏航控制3种,并引用了量子粒子群算法,通过变桨和偏航两种方法进行优化控制,以实现海上风电场发电量提升和风电机组疲劳均匀的多目标主动尾流优化控制策略,降低海上风电场运维成本。仿真结果表明了所提出控制方法的可行性。     

可用于风电场优化控制的尾流快速计算方法

根据空气动力学原理推导单台风电机组尾流模型,建立多台风电机组的尾流叠加模型。在此基础上,提出一种全场尾流快速计算方法,该方法用经过坐标原点的直线来表示不同的来流风向,计算各风电机组沿此直线方向到坐标原点的距离,以此距离确定风电机组的迎风顺序,根据风电机组单台尾流模型、尾流叠加模型及风电机组的迎风顺序,计算整个风电场的尾流分布。以丹麦Horns Rev风电场为算例进行计算分析,结果表明,该文所述的尾流快速计算方法能准确、快速计算风电场尾流分布。     

基于温度归一化的风电机组发电量模型研究

针对环境温度影响风电机组的输出功率及发电量计算的问题,通过分析风速的分布建立威布尔分布模型;分析温度对风电机组输出功率的影响,推导出温度归一化的功率折算公式,将功率折算到统一基准温度下,提出基于温度归一化的风电机组发电量计算模型。以新疆某风电场为算例,分别计算出4台风电机组的发电量,将温度归一化模型和传统算法计算的发电量与实测SCADA数据进行对比,验证温度归一化模型计算发电量的精确性。     

考虑噪声影响的风电场功率分配优化模型

提出一种考虑噪声影响的场级功率分配算法,在满足电网调度指令的同时最小化风电机组运行产生的噪声。首先,根据采集的有功功率与对应的风电机组声功率级噪声值数据,采用多项式拟合,确定有功功率与风电机组声功率级噪声之间的函数关系。然后,根据GB/T 17247.2—1998提供的噪声传播计算方法,建立有功功率与接收点噪声之间的函数关系。其次,建立考虑功率控制、风电机组启停变化与接收点噪声限值约束的风电场功率分配多目标优化模型,采用遗传算法求解该模型。最后,通过3个不同噪声监测点分布的案例,验证该调度模型能有效满足电网限电要求的同时降低机组运行噪声,并且在实际应用上具有通用性。     

考虑风电机组运行健康状态的风电场优化调度方法

当前风电场功率控制过程中多关注风电机组的发电能力,很少区别对待健康机组和带病机组。对此,以风电机组运行参数为评估指标,计算各指标劣化度,并以综合劣化度为风电机组健康状况的总体评判指标,再结合风电机组启停状态及功率控制要求建立风电场的多目标调度模型。采用混合编码遗传算法优化该模型,获得风电机组启停组合和目标功率值。仿真结果表明,该方法优化了风电机组启停计划,改善了风电机组的整体健康程度,提高了风电场有功输出的可靠性和稳定性,为功率调度过程提供了依据。     

海上风电场功率提升和疲劳平衡综合优化控制

针对海上风电场,综合功率提升和疲劳平衡分配的优化目标,提出一种以天为优化周期的优化策略。在电网高负荷时段,基于Jensen尾流模型,以轴向诱导因子为优化变量,风电场整场功率最大为目标,运用随机粒子群算法进行风功率利用提升优化控制;在电网低负荷时段,基于风电机组综合疲劳系数计算方法,以机组轴向诱导因子为优化变量,应用尾流计算模型调整轴向诱导因子来满足电网限功率指令,以机组疲劳系数标准差最小为目标,采用粒子群算法寻优进行疲劳平衡优化。以某海上风电场进行算例分析,结果表明该优化策略在一天的优化周期内可较好地实现风电场功率提升和疲劳平衡的综合优化。     

限电情况下风电场内机组最优组合方案研究

近年来,由于风电渗透率持续增加而电网消纳能力有限,造成风机产能过剩,"弃风"现象开始凸显。为保证电力系统的稳定运行,要求风电场主动参与系统调频,根据电网调度部门指令控制其功率输出。将风速预测信息与尾流效应模型结合起来,预测场内每台机组的最大出力。在此基础上,以提高风电场效益为目标,建立了限电情况下风电场内机组组合问题的数学模型,并利用改进的粒子群算法进行优化研究,得到限电情况下风电场内机组最优组合方案。最后通过实际算例进行仿真分析,验证了所提出方法的可行性和优越性。     

热稳定性对近海风电场影响研究

通过某近海风电场热稳定性研究,比较得出适合近海风电场的热稳定性判断方法,并研究不同热稳定性下风电机组输出功率特性,分析粗糙度和热稳定性对风电场影响关系,修正Jensen的尾流损耗系数。结果显示:热稳定性随时间变化,对海上风电场风能影响较大,不同热稳定性条件下风力发电机组输出功率变化规律不同,修正后的尾流模型计算结果与实际值接近。     

计及能量掺混的风电机组尾流叠加模型研究

风电机组可能受上游多台机组尾流共同影响,工程中一般应用叠加模型来模拟这种尾流叠加效应。尾流区与周围大气的能量掺混导致了尾流恢复,目前常用的尾流叠加模型无法体现这个效应。应用一维动量理论计算风电机组尾流区从周围大气吸收的能量,在能量守恒叠加模型的基础上,通过补充这部分掺混能量对其进行修正,从而提高了尾流场模拟精度。在Lillgrund海上风电场应用能量掺混叠加模型,流场模拟结果与实测数据对比表明,该模型可以准确模拟风电场内机组功率变化趋势,且相较于传统模型计算精度更高,对风电场发电量计算具有一定的参考价值。     

考虑空气密度变化的风电机组转矩控制算法研究

为了研究在不同空气密度条件下转矩控制修正算法对风电机组功率提升的影响,文章分析了空气密度与最优转矩控制的关系。结合风电场实际测量数据,总结空气密度的变化特点及规律,设计了考虑空气密度变化的最优转矩控制修正算法。利用Bladed软件,在湍流风况下设计了不同空气密度时,有、无空气密度修正的5组对照实验。实验结果表明,空气密度变化直接影响机组的输出功率,但是针对转矩控制的直接修正算法对风电机组发电功率提升效果不明显,有待进一步的综合优化。     

基于主动尾流控制的风电机群协同优化调度

针对机组间尾流效应严重影响风电机组发电效率的问题,提出了风电机组安全偏航约束计算方法、尾流特性混合半机理建模方法以及风电机群多目标协同优化调度方法。基于FAST. FARM平台完善了多自由度可控机组与尾流的动态交互集成仿真环境,对比分析了2台机组串列式排布以及华东地区某海上风电场7台机组实际排布下的协同运行优化性能。结果表明：所建立的集成仿真模型能够合理表征风电机群与空气流场的多领域动态交互特性,所提方法能够有效提升风电机群发电效能,促进经济效益、资源利用和成本控制的均衡优化。     

基于非线性预测控制的风电场功率提升控制

随着大型风电场的快速发展,减小尾流效应造成的风电场能量损失成为研究热点之一。针对风电场实际运行中的风速变化以及尾流延时问题,基于尾流延时模型,建立考虑时间变量的风电场功率预测模型。以风电场输出功率最大化为目标,设计了非线性预测控制器,该控制器采用非线性预测模型,并采用PSO算法对预测时域内的性能指标进行优化,得到各台风机的控制值。基于Sim Wind Farm软件对该控制策略进行验证,并与传统风电场控制策略进行仿真比较,结果表明,这种新控制策略可以有效提升风电场的总体功率。     

基于发电成本和疲劳均匀性的风电场有功功率控制策略研究

针对限功率工况下风电场机组有功分配问题,文章建立了机组发电成本模型和综合疲劳模型。采用改进的粒子群优化算法,在风电场各机组风功率预测信息的基础上,以风电机组疲劳均衡、单位发电成本最低为目标,以功率平衡、出力限制、开停机时间限制等为约束条件,研究限电情况下风电场内有功控制优化策略。最后,对比3种分配方案下风电场的有功总出力、发电成本和疲劳均匀性,分析限功率控制下风电场典型机组的有功出力特征,结果表明,同时考虑发电成本和疲劳均衡条件的优化策略在有效降低成本的基础上能够保证机组间的疲劳均衡,从而降低机组维修频率。