基于中尺度WRF模式的海上风电场尾流影响评估

海上风电场群基地的规划设计需要准确、科学地评估风场间的尾流效应。以我国江苏省某300MW海上风电场为研究对象,采用耦合风电场参数化模型的中尺度天气研究与预报(weather research and forecasting,WRF)模式对海上风电场尾流效应影响进行模拟研究。结果表明：WRF模式的计算结果与测风数据吻合较好,准确度满足海上风电前期风资源评估要求;进一步与海上风电场运行数据进行对比,分析了耦合风电场参数化模型的WRF模式计算结果偏高的原因;受上游风电场尾流的影响,下游风电场中心处的风速下降19.3%、尾流长度由14km增加至45km,且总功率下降13.7%。若将海上风电场内额定功率为4.2MW的风力机替换为20MW,一定程度上可减轻上游风场的尾流影响。     

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。     

海上风力发电场投资成本分析与运维管理

<正>风电是目前技术最为成熟、最具规模开发条件的可再生能源发电方式,在当前应对全球气候变化的大背景下,风电发展受到了世界各国的高度重视。发展风力发电是优化能源结构的重要手段。我国海上风电资源丰富,海岸线长度超过1.8万km,海上可开发和利用的风能储量为7.5亿kW,是陆上风能资源量的3倍,开发前景广阔。与陆上风电场相比,海上风速大、湍流度强度低、风向稳定、对环     

海上风电出力特性及其消纳问题探讨

中国海上风电将迎来快速发展,研究其出力特性对海上风电消纳具有重要意义。文中利用实际数据分析与运行模拟相结合的方式,将海上风电的出力特性与陆上风电进行了对比研究。为了对比风电场出力的分布特性,提出了风电场出力分布特征指数的新指标。根据历史出力分析了近岸风电场的随机特性与波动特性;结合测风数据与中长期规划,利用风电场运行模...     

考虑风向和大气稳定度的海上风电功率短期预测

对于海上风电功率的预测,传统预测模型未计及因风向与大气条件改变引起的输出功率差异。为了提升预测精度,在考虑大气稳定度的同时,根据风向与功率损失构建出功率风向(power-direction,Pd)模型,并在此基础上提出基于编码–解码(Encoder-decoder)框架的海上风电功率预测方法。该方法可根据Pd模型更新尾流效应损失,并有效平抑预测功率波动,区分不同大气层结稳定度下的尾流效应。首先,通过长短期记忆神经网络(long-short term memory,LSTM)等预测模型验证大气稳定度及Pd模型的有效性,然后使用Encoder-decoder对实际海上风电场进行风电功率预测。实验结果表明,考虑大气稳定度并使用Pd模型的Encoder-decoder方法,其均方根误差较单一Encoder-decoder预测方法降低了2.39%。     

基于尾流效应的海上风电场有功出力优化

以海上风电场风速平稳和尾流效应影响距离远为背景,提出基于尾流效应的海上风电场有功出力优化方案,使风电场各机组有功出力之和大于传统单机最大风能捕获方案。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定量调控方法,并建立了风电场有功出力优化模型;重点研究了基于现有计算资源实现控制策略的方法:根据尾流传播路径,对风电场进行分组,有效降低控制对象数;根据风电机组运行与有功控制特性,降低优化方程求解的搜索空间,抑制计算规模;通过数据拟合,降低优化变量数,将离散域优化问题转化为连续域优化问题,便于使用具有广泛公信力的优化算法。仿真结果表明,提出的方案能有效提升风电场功率,在不增加风电硬件设备投资的前提下,提高风电场效益。     

SVG对海上风电交流并网系统稳定性影响分析

海上风电交流并网系统具有不同于陆上风电并网系统的结构和运行特点,其动态无功补偿装置(SVG)通常配置在陆上集控站而不是风电场出口,主要工作于补偿交流电缆充电无功的感性区,需要研究SVG对系统振荡特性的影响。针对某直驱型海上风电交流并网系统,基于系统特征模式分析,构建对比算例,研究了SVG容量配置、运行状态及其控制对系统主导振荡模式稳定性的影响。经研究发现,当SVG工作于感性区时,海上风电交流并网系统主导振荡模式稳定性明显弱于SVG工作于容性区。另一方面,SVG电流内环和功率外环控制参数可能导致海上风电并网系统主导振荡模式失稳,需要确定能适应系统运行方式变化的参数取值范围并与风电场控制参数协调以保持系统稳定。基于PSCAD/EMTDC的系统详细电磁暂态仿真验证了所得结论。研究工作对于认识海上风电交流并网系统特性和指导系统规划和优化运行具有较好的参考价值。     

海上风电场电气二次设计原则和要点

正目前已建成的海上风电场大多离岸距离在40 km以内,建设海上交流升压站将电能通过交流海缆接入陆上集控中心后再并网发电。通过对海上风电场工程的设计实践,总结经验,研究提出海上风电场、海上升压站及其陆上集控中心电气二次设计原则和要点,为今后设计提供借鉴。     

基于动态尾流蜿蜒模型的风力机疲劳损伤评估

风电场尾流效应是影响下游风力机载荷的主要因素。选用美国可再生能源实验室（NREL）最新开源的多物理场耦合仿真软件工具——FAST.Farm，以某海上风电场为研究对象，量化评估了风电场前排、中间和后排风力机的尾流效应、载荷及疲劳损伤特征。结果表明：沿流动方向，风电场内部呈现出风速依次降低，湍流强度依次增加的流动特征；随着来流风速提高，前排、中间、后排风力机的疲劳损伤增大；在较高来流风速条件下，中间位置风力机叶根处和塔基处的疲劳损伤成倍增加，且增加幅度明显高于前排和后排风力机，即疲劳损伤最严重的风力机位于风电场中间区域。建议风电前期开发及后期运维工作中，需要重点关注场区中间位置风力机的结构强度。     

基于超级电容的海上风电柔直送出系统协调惯量支撑策略

大型海上风电场经柔性直流输电系统(offshorewind farms+voltagesourceconverterbasedHVDC,OWF+VSCHVDC)接入陆上电网,在传统控制模式下无法直接向陆上电网提供惯量响应。因此,提出了一种面向OWF+VSCHVDC系统的海上风电机组基于超级电容的协调惯量支撑(supercapacitor-based coordinated inertia support,SCIS)策略。在SCIS策略下,风电机组直流侧附加超级电容,通过改变超级电容电压进行充放电以模拟同步机惯量;VSC-HVDC的陆上电网侧换流站采用直流电压/频率(udc/f)下垂控制,将陆上电网频率通过直流电压变化传达给风场侧换流站,再通过风场侧换流站调节海上电网频率,使其与陆上电网频率耦合。此外,通过小信号稳定性分析对该策略的关键参数进行了优化。最后,在MATLAB/Simulink环境中搭建了OWF+VSC-HVDC系统的仿真模型,分别在负荷变化、风速变化、陆上电网故障3种工况下对SCIS策略进行了验证和评估。结果表明,SCIS可利用风电机组的超级电容进行惯量模拟,并通过VSC-...     

交流并网海上风电场无功配置原则研究

海上风电具有年利用小时长,同时具备风速稳定、占用土地少等优势,在我国的发展逐渐受到关注。由于大量使用海底电缆和建设海上升压站的需要,海上风电场的电气结构与陆上风电场有所区别,反映在无功特性方面存在明显差异。海上风电发展较快的国家在并网导则中都提出了海上风电场无功配置要求,而我国尚缺少针对性要求。基于我国目前海上风电以交流并网为主的现状,在总结国内外风电并网的基础上,计算分析了通过交流线路并网的不同规模海上风电场的无功特性,提出了相应的无功配置原则,可为我国海上风电场的并网设计提供参考和借鉴,促进海上风电场和电网的协调发展。     

计及风资源约束的双天气模态海上风电系统可靠性评估

与陆上风电场相比,海上风电场运行条件恶劣,维修困难,对电气系统的可靠性要求更高。沿用常规的可靠性分析方法,仅仅考虑设备电气故障并不能完全反映海上风电场的可靠性水平。提出了一种考虑风资源约束的双天气模态风力发电机可靠性模型,利用基于邻接终点矩阵的最小路集/割集算法完成了从风电机组到集电系统、海上汇集站、输电线缆、岸上变电站的海上风电系统全环节可靠性评估。算例分析表明,风资源约束对海上风电场可靠性的影响要大于电气元件故障的影响,而正常/恶劣的双天气模态更利于精确刻画海上风电系统的可靠性特性。     

我国海上风电场建设拉开序幕

2006年11月22日至24日,上海市东海大桥100MW风电场的招标评标工作在上海开始,标志着我国海上风电场建设拉开了序幕。海上风电场的优点是不占用宝贵的土地资源,基本不受地形地貌影响,风速更高,风能资源更为丰富,而且运输和吊装条件优越,风电机组单机容量更大,年利用小时数更高。海上风电场一般在水深10m、距海岸线10km左右的近海大陆架区域建设。与陆上相比,海上风电机组必须牢固地固定在海底,其支撑结构要求更坚固,所发电能需要铺设海底电缆输送,加之建设和维护工作需要使用专业船只和设备,所以建设成本一般是陆上风电的2~3倍。我国拟通过…     

海上风电场运行控制维护关键技术综述

海上风电是目前和未来几十年我国可再生能源发展的重点。然而,与陆上相比,海上风电面临全寿命周期度电成本偏高、大规模并网冲击大等挑战。数字化、智能化是解决上述问题的关键。为此,该文围绕海上风电场智能运行控制维护关键技术进行了介绍,包括海上风电功率预测技术、海上风电运行控制技术、海上风电设备维护管理技术、海上风电与海域综合利用。首先,针对海上天气环境、资源特性、地理位置、设备运行等因素,分析了海上风电与陆上的差异,据此归纳了上述技术领域所面临的挑战及可能的解决方案,并对这些技术的研究现状及成果进行了分析和总结;最后,指出海上风电场智能运行控制维护关键技术领域的发展趋势及需要进一步研究的方面,为海上风电降本增效和大规模安全经济并网提供支撑和参考。     

大规模风电场的发电充裕度与容量可信度评估

风力发电异于常规电源的运行特性,这使得关于它的系统发电充裕度评估技术与传统方法有所不同.在通用风速模型基础之上,综合考虑风机的输出功率特性以及风向的统计分布特性,建立了风电场的发电可靠性评估模型;同时还考虑了多种尾流情况的影响,建立了尾流效应模型;并采用解析技术,在 IEEE 的可靠性测试系统中对不同实验方案下含风电场的系统总体发电充裕度和风电场的容量可信度进行评估.评估结果验证了混合考虑不同情况尾流对发电充裕度的影响程度,以及在计算时选取的风电场容量模型状态数对结果准确性的影响程度和它与系统风电穿透率水平之间的关系;还验证了风况、风场布局和风电穿透率水平等因素对等风电场的容量可信度的影响程度     

海上风电场降低成本前景分析

目前,海上风电场的经济效益比陆上风电场稍逊一筹。为加强海上风电场的竞争力,迫切需要大幅降低成本。海上风电场大约70%的成本来自于最初的投资成本,包括风机、海上地基、内部和外部电网安装和连接等等。文章分析了海上和陆上风电的技术发展和成本要素,并参考了海上油、汽开发以及高压海底输电的工程信息,肯定海上风电场的成本是可以降低的。分析了影响成本降低的主要因素;提出在不同的增长设想下,到2020年海上风电场的投资成本将降低25%～39%。     

海上风电场经220kV交流海缆送出系统的无功配置方案

在海上风电经交流海缆(submarine cable,SC)送出系统中,随着海上风电场规模逐步增大,交流海缆输电距离不断增加,海缆的充电功率可能会导致海上风电场并网点注入无功过剩,海缆沿线电压越限,海缆沿线载流量过大,海上升压站高压侧电压过高等问题.针对上述问题,文章建立了海上风电场经220 kV交流海缆送出系统的数学模型,结合无功补偿分层分区原则对风电送出系统进行解析计算,在给定海缆沿线电压电流限制条件下确定了所需补偿的海上高抗值;在陆上加装高抗与动态无功补偿装置(static var generator,SVG)使风电送出系统与陆上交流网的并网点无功功率交换为零,考虑接入并网点所需SVG装置容量最小,确定接入系统的陆上高抗值;结合国内某具体工程,具体计算了所推荐的无功配置方案.     

感应电机全功率风电场动态聚合建模与应用

随着风电场规模的扩大,大型风电场逐渐由陆上向海上发展,占据海上风电场主流机型的鼠笼式感应电机（SCIG）成为研究海上风电场动态特性的主要研究对象。为了系统研究海上聚合风电场的动态特性,在保持风电场外部特性不变的聚合原则基础上,提出一种计及集电系统电缆电容聚合的海上鼠笼型感应电机风电场新型聚合算法,包括风力发电机组和集电系统内部参数的聚合算法。最后,以江苏某实际海上风电场为研究案例,在PSCAD仿真软件上建立具有34个鼠笼式感应风电机组的详细风电场模型以及相应的聚合模型,仿真并比较了两种模型在电网故障条件下PCC点的动态特性。结果表明,所提出的动态聚合方法能够准确反映风电场的动态特性,具有较高精确性。     

风力机尾流扰动对大气底层边界层的影响

风力机尾流湍流特性及其对大气底层边界层的影响至关重要,采用雷诺平均N-S方程（RANS）对5MW单台风力机在相同速度廓线不同温度层结下的尾流进行数值模拟,分析风力机下游速度、温度和湍流强度气象因素在不同设置下的变化及特征,得到风力机运行对大气底层边界层的影响机理,为高效率风电场的建立提供一定的理论基础。研究表明：气流经过风力机后,速度明显衰减,且在轮毂附近衰减最大;不同稳定层结下的温度变化差异大;同时风力机叶片旋转产生的涡相互影响,使得湍流扰动加强。