联网风电机组风速-功率特性曲线的研究

介绍了变速恒频风力发电机的基本运行机理及其PSASP/UPI仿真模型的开发原理。采用统计学方法分析了风电场中风电机组的实测运行数据,并在此基础上重新建立了适用于联网风电机组仿真模型的风速–功率特性曲线。仿真结果表明,该曲线更接近于风电机组的实际运行情况,在变速恒频风力发电机的仿真模型中,采用上述曲线能显著提高仿真的精确性。     

计及风速波动特性的风电穿透功率极限计算

随着风电接入电网的容量日益增加,系统本身的调峰能力、电网输送空间和安全裕度成为制约电网消纳风电的因素;风速及风电系统的随机波动特性给系统的运行带来冲击和影响,并且风电的接入增加了系统节点电压、频率和支路潮流的随机波动性。基于风电场穿透功率极限的概念,从随机过程的角度分析出风速随机波动特性,提出了风速随机波动特性修正的风电场穿透功率极限优化算法。采用IEEE 30节点系统算例进行了对比验证。研究结果表明,该方法实现了对风电出力随机性的客观描绘,提高了风电并网容量规划方案的灵活性和可靠性。     

基于实测数据的风电场风速功率特性仿射建模方法

提出基于实测数据的风电场风速-功率曲线仿射建模方法。以预报误差、地形差异以及尾流效应影响因素作为噪声元,建立输入风速的仿射模型;将风电场功率实测数据划分为多个所属风速区间,求取各个风速区间的中心值,拟合仿射中心值曲线,进而辨识风速-功率仿射模型中的噪声元系数。实测数据验证了所提方法的有效性。     

双馈风电机组系统功率响应特性建模方法

为分析双馈风电机组并网特性,建立其并网点处功率响应特性的准确模型极为重要.文中提出一种建模方法以解决双馈风电机组并网点处功率响应特性的建模问题.首先,针对双馈风电机组的矢量控制与虚拟同步机控制,分别进行功率响应特性建模及分析.然后,基于对双馈风电机组施加功率指令扰动得到的并网点处功率响应数据,提出阻尼最小二乘法中阻尼因...     

基于比恩法的风电场风速-功率曲线建模误差分析

以预测风速为输入进行风电功率预测时,风电场风速-功率曲线的建模精度至关重要。提出一种基于比恩法的风电场风速-功率曲线建模方法,并分析不同风速区间下各建模误差的变化情况。分析结果表明,忽略风速-功率传变特性差异导致风速较小时建模曲线偏高,风速较大时建模曲线偏低,而忽略风速空间分散性对建模曲线的影响则相反,因此两者对建模精度的影响有明显的抵消现象,且各建模误差的变化情况与风速大小密切相关。     

基于修改功率跟踪特性曲线的风电机组减载调频策略研究

针对现有风电机组调频策略中增益系数难以选取的问题,提出一种新颖的风电机组减载调频策略,创新性地取消了辅助频率控制,通过修改功率跟踪特性曲线来提供惯性和一次调频响应。该策略可保证调频过程中任意风速下,机组都可收敛到平衡点,避免因能量过度释放而引起欠速停机问题。该策略在调频控制环节中不含有增益系数,适用于不同风速下的风电机组。最后,通过不同风速下的对比仿真结果验证了所提策略的有效性和优越性。     

风力发电系统不同风速建模方法的对比研究

为了建立真实有效的风速模型,分别给出组合风速模型以及风轮等效风速模型具体的建模过程和参数的设定.以风速的功率谱密度和自相关特性作为评价指标,分别将这两种不同的风速模型与真实的风场风速参数进行对比评估.评估结果表明,风轮等效风速模型更加符合风电场风速的变化规律和相关特性,为风力发电系统变桨距控制算法的改进和机组的故障诊断预测等研究提供必要的理论基础。     

大型风电机组的功率曲线自寻优控制策略

大型风电机组在额定风速以下一般采用最大功率曲线法进行机组的最大功率跟踪控制,但机组的最大功率曲线一般通过实验获得,很难保证精度。为优化风电机组在低风速区域对风能的利用率,提出了基于微分跟踪器的功率曲线自寻优控制策略。采用微分跟踪器提取出机组转速和机械功率的微分值,并由此判断实际功率曲线与最大功率点之间的位置关系,然后采用三维模糊控制器对功率曲线的系数进行实时调整。以2MW双馈风力发电系统为基础,在Bladed仿真环境中对自寻优控制策略进行了仿真研究。仿真结果表明所提出的自寻优控制策略对机组参数如功率特性或转矩特性等依赖性较小,在风速变化的情况下能够对机组功率曲线的系数进行实时的修改,并有效地将机组的功率曲线调整到最大功率曲线的位置,从而证明了该策略的正确性和可行性。     

风电机组最大功率点跟踪控制的影响因素分析

将影响风电机组最大功率点跟踪(MPPT)控制的因素划分为风力机的动态性能和最大功率点的跟踪要求两大方面。以此为指导,围绕风速条件和风力机结构提取出多个具体的影响因素,包括平均风速、湍流强度、空气密度、风力机的转动惯量、叶片尺寸和最佳叶尖速比。通过仿真分析这些具体因素与现有两种功率曲线改进方法中的设定参数的量化关系,探讨它们对MPPT控制的影响与作用机理。研究结果表明,风速环境和风力机结构参数的变化都会改变风电机组的MPPT效果。因此,在设计与应用MPPT控制时,需要全面考虑上述因素的影响,并相应调整控制器参数。文中工作将为MPPT控制的优化设计奠定基础。     

基于混合半云模型的风速-功率曲线建模方法

风速-功率曲线的准确建模是风电机组出力态势评估和风电功率预测的关键基础之一。计及风电映射关系的不确定性及功率曲线的分布形态,提出一种基于混合半云模型的建模策略来实现对风功率数据固有和随机分布特征的挖掘和建模。引入最优组内云熵算法快速有效地剔除异常数据;采用逆向云发生器求取期望、熵与超熵数字特征来定量刻画风速-功率对应关系的不确定性,构建腰部数据的半云模型;通过X条件云发生器和正向云发生器分别求取腰部和上部数据的功率云滴,实现定性数字特征向定量数据的转换。以中国东北某大型风电场的实测数据为例,从数据质量、频率分布和风功率预测等维度分析混合半云模型,验证了所提方法的可行性。     

风特性的一种工程建模方法

风速的大小、方向和湍流强度等反映风特性的特征量计算是风能利用过程的重要工作,这些参数是风力发电机组设计以及零部件受风脉动影响分析的重要参数。根据工程需求,研究直观、简便的小时间尺度风特性建模和计算方法;以风脉动为矢量,分析反映风特性关系的“湍流圆”;并通过对实测风数据的统计分析,建立包括风速度和方向参变量的湍流和湍流强度计算方法。采用实测数据的验证表明,这种建模方法能够较好地反映小尺度气流的变化。与经典湍流强度等特征量计算方法比较,风特征量的数值分析方法具有足够的工程精度,且实时性更强,可以用于确定风力机动态及静态设计过程的基本设计参数,同时也可以为风力机运行过程提供控制基础参数,对确定捕获风能与偏航角的关系具有重要意义。     

大型风电场建模综述

风电场建模是研究风电场接入电网运行和控制的基础。随着我国千万千瓦级风电场陆续投入电网运行,建立描述大型风电场的稳态和动态行为的数学模型是一个关键课题。对现有风电场建模研究成果从风速—功率关系模型、稳态潮流计算模型、动态模型和暂态模型四方面进行分析和总结;并针对近期出现的大型风电场连锁切机事故,提出了风电场连锁动态过程建模的概念和必要性。通过对现有风电场建模方法的综述,旨在指出目前大规模风电场建模存在的问题和需要进一步研究的方向。     

风力发电机运行特性分析研究

介绍了不同类型的风力发电机组的数学模型,采用PSASP软件,以WSCC3机9节点为例,分析了不同类型风电接入系统的暂态稳定性,通过仿真结果表明,对于小干扰稳定,风电接入后对系统的阻尼特性均有不同程度的改善;系统发生故障时,双馈风电机较直驱风电机的功率输出平滑,但双馈风电机的在电压恢复上更为有利。     

基于学习曲线法的风电成本研究

通过对风电成本和装机容量历史数据的统计和分析,建立了德国和中国风电成本的学习曲线模型,通过该模型分析了德、中两国风电成本的经济性。通过对风机容量增长率的几种假设,预测了2025年中国的风电成本,并对风电产业的发展提出了建议。     

面向低频振荡分析的直驱风电机组阻尼转矩建模

针对直驱风电机组直流电压环和锁相环失稳问题,基于直驱风电机组电流源型线性化模型,分析了电网强度、直流电容输入功率以及控制参数对直驱风电机组稳定性的影响;建立了适用于直流电压环和锁相环稳定性分析的电流源型阻尼转矩模型,通过阻尼转矩法揭示了直驱风电机组失稳机理;进一步地将阻尼转矩法拓展至多机并联系统。研究结果表明：电网强度的减小、直流电容输入功率的增加、控制参数(直流电压环比例参数、锁相环比例参数)的减小会降低直驱风电机组低频振荡模式(直流电压环模式、锁相环模式)的阻尼系数,当阻尼系数小于0时,该模式下系统失稳,表现为直驱风电机组发生低频振荡。     

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。     

兆瓦级风力机特性模拟器

针对传统的风力机特性模拟器只能对等功率风力机特性进行模拟的缺点,开发了一套新型的兆瓦级风力机模拟器实验平台。首先对实际风力机静态和动态转矩特性进行了分析,搭建了由变流器、异步电机和减速箱构成的风力机模拟实验平台,采用矢量控制方案分别对异步电机和发电机进行转矩和转速控制,使减速机输出的转速符合兆瓦级风力机实际运行的工况特性。在MATLAB/Simulink环境中,分别对风速变化和转速变化2种情况进行了仿真分析,结果表明该方案能准确模拟兆瓦级风力机的运行特性。     

风电场内机群间次同步振荡相互作用

大型风电场内部包含大量控制参数各异、运行状态不同甚至类型多样的风电机组,其并网引发的次同步振荡问题日益凸显。研究了风电场内部不同风电机群之间次同步振荡相互作用及其影响因素,从而明确次同步振荡在风电场内的演化过程;建立了直驱风电场的并网导纳模型;应用广义奈奎斯特判据分析了风电场内不同风电机群并网的次同步振荡稳定性,在此基础上研究了风电场内不同风电机群之间的次同步振荡相互作用。结果表明,“振荡机群”能够引起“稳定机群”也发生次同步振荡,二者的并网机组台数比例对风电场次同步振荡特性具有显著的影响,“振荡机群”的锁相环参数对整座风电场的次同步振荡频率具有重要的影响。在MATLAB/Simulink中搭建了直驱风电场的并网仿真模型,时域仿真结果验证了上述理论分析的正确性。