基于IEC 61400121: 2017的风轮等效风速研究

2017版风电机组功率特性测试标准与2005版功率测试标准的一大改变在于风速的定义,前者规定应基于风轮等效风速评估风机的功率特性。分析了新版标准中的风轮等效风速的定义,提出了计算叶尖低处区域面积和叶尖高处区域面积的简化算法,验证了两种风轮等效风速计算方法的有效性和可行性。     

区域风能规划中的风资源参数及等效风速序列求解方法

在面积较广阔、建有多个风速观测站的区域风能规划中,缺乏能够描述区域等效风资源状况的风速数据以及相应的求解方法。针对区域等效风速序列及风速分布特性参数难于求解的问题,调查总结了常用风能规划模型中用于描述风速变化特性及风资源分布的重要参数,分析了参数选择对风能规划的影响,提出基于多维自回归模型的区域等效参数及区域等效风速序列求解方法,给出一种仅利用月平均风速合成风速数据的方法。以可再生电力混合优化模型为计算平台,以建有多个风速观测站的某区域为算例,参数求解方法及合成风速方法的合理性进行了验证分析。结果表明,2种方法都能够求得合理的区域等效风速数据;利用月平均风速合成风速数据的方法,能够合成具有一定可参考性的、适用于区域风能规划的风速数据。     

考虑时空分布特性的风速预测模型

随着风电并网规模日益增加,风电功率波动对电网的影响将更加显著。风速预测可以辅助电网制定调度和运行控制决策,合理应对风电功率波动,降低风电功率波动对电网安全稳定运行的影响。考虑风电机组的地理分布和风速的时间、空间分布特性,建立等效风速模型。由该模型建立上、下游风电机组的风速关联关系,修正下游风电机组的风速。在此基础上,提出一种基于修正系数的风速预测方法,以提高预测精度。以实际风电场地理数据和风电机组参数为基础的仿真算例验证了该方法的可行性和合理性。     

基于Copula函数的多维时序风速相依模型及其在可靠性评估中的应用

风速模拟是对含风电的电力系统进行可靠性评估的先决条件.基于Copula函数和马尔科夫过程理论,提出了一种多维时序风速相依模型及该模型的两阶段蒙特卡洛模拟方法.该模型将多维相依关系分解为单维风速时间序列的短期相依关系和多个风速序列之间的同期相依关系.利用1阶连续状态马尔科夫链描述风速时间序列的变化规律;利用Copula函数捕捉风速序列中存在的短期相依关系和同期相依关系.通过实际风速数据对模型进行了验证,结果表明提出的模型能够较好保持风速序列的概率分布、自相关和互相关特性.将该模型应用到IEEE-RTS可靠性测试系统中,结果表明上述模型能够直接用于风电场可靠性效益评估.     

考虑风速相关性的发输电系统可靠性评估

基于Copula函数理论,提出了一种产生多维相关风速的模型并把该模型应用于含多个风电场的发输电系统可靠性评估的蒙特卡洛模拟方法中。通过历史风速数据对模型的验证表明:与常规的矩阵变换法相比,文中所提出的Copula函数模型能够更好地保持历史风速序列的概率分布、基本统计量和相关特性。将所述模型和方法应用到含风电场的IEEE-RTS发输电可靠性测试系统中,证明了与所提出的Copula函数法相比,常规的矩阵变换法会造成对系统可靠性指标的低估。     

考虑风速时空分布及风机运行状态的风电场功率计算方法

大规模风电并网背景下,准确计算风电场输出功率对调度控制和电网安全运行至关重要。以区域内测风塔观测的分钟到小时级平均风速和风向为输入,研究风机地理分布以及风机启停对尾流模型的影响,计及风速在空间分布的时延效应,建立了考虑风速时空分布特性的等效风速模型。在此基础上,进一步考虑风机的机械特性及运行状态,提出了风电场功率计算方法。以某实际风电场地理数据和风机参数为基础的仿真算例验证了所提方法的可行性和合理性。     

基于改进一阶马尔可夫链的风速时间序列模型

模拟风速时间序列在含风电场电力系统的规划及评估等领域应用广泛。传统风速序列建模的一阶马尔可夫链模型无法保留时间序列的自相关特性,同时不能反映出实际风速随季节、天气等因素的变化情况。文中通过将一年分为12个时间段及将一日分为4个时段,在传统一阶马尔可夫链中引入了风速的季节特性和日特性;同时,考虑风速与降水量的关联,引入了风速的干湿特性。在此基础上,提出了风速时间序列模拟的改进一阶马尔可夫链模型。仿真结果表明,该改进模型不仅较好地保留了观测风速的自相关特性,而且提高了模拟风速序列的精度。     

基于等效风轮风速的风电机组功率曲线测试分析

风速测量是风力发电机组功率曲线测试的关键因素之一。随着风力发电机组的大型化,单一高度的测量风速无法准确地表示通过风轮扫掠区域内风能流量的风速。采用激光雷达测风仪,对大型风力发电机组风轮扫掠区域内多个高度段的风速进行测量,通过等效风轮风速公式计算得出等效风轮风速,得出更加客观真实的功率曲线测试,为风机设计、优化提供一定参考。     

包含风电场的发电系统可靠性研究

风力发电对发电系统可靠性具有一定贡献,正确地估算包含风电场的发电系统可靠性有助于更好地规划电源结构。传统的单一风速模型忽略了风速与负荷之间的相关性,会给计算结果带来较大的误差。本文提出了风速的分时段估计模型,即按照风速的时间特性分别估计各个时段风速模型的参数,给出了基于此模型的包含风电场的发电系统可靠性计算的一般方法,并分析了单一风速模型与分时段风速模型之间计算结果差异产生的原因,以及风速与负荷之间的相关性对可靠性计算结果的影响。最后通过一个具体的算例说明了分析的正确性。     

基于等效平均风速的风力发电功率预测

目前应用风速气象数据预测风力发电功率的方法存在较大误差,难以满足工程应用的精度要求.文中基于能量守恒原理提出了风力发电机组等效平均风速的概念,并通过为期1年的现场实验分析得到等效平均风速与最大风速和平均风速的函数关系,由此提出了基于等效平均风速的风力发电功率预测方法,并与以往基于平均风速的风力发电功率预测方法进行了工程应用效果对?栽 比,表明基于等效平均风速的预测方法较基于平均风速的预测方法在预测精度方面有明显提高.     

采用平均风速参与因子法的区域风资源评估

目前多依据风能特征指标对单个风电场进行风资源评估,评估结果对区域能源规划所起到的参考作用比较有限。对此,提出了基于平均风速参与因子的区域风资源评估方法。按照风速观测站的位置进行地理划分,在各站风速历史数据中合理取样;在假设风速服从2参数威布尔(Weibull)分布的基础上,采用矩量法计算出各样本的风速分布参数;之后建立多维自回归模型,求得各样本风速序列的相互影响系数,应用所提平均风速参与因子方法求得区域等效风速分布参数,进行区域风资源评估。以某地10个风速观测站实测数据为样本,进行了算例分析。结果表明,所提风资源评估方法计算结果与实测数据统计结果较为接近,能有效解决区域风能能源规划中风资源评价的瓶颈问题。     

基于Simulink/Matlab的变速风力发电机组在低于额定风速时的仿真研究

用Simulink/Matlab对变速风力发电机组的各模块进行建模.在低于额定风速下运行,变速风力发电机组能根据风速变化,保持最佳叶尖速比以获得最大风能.采用PI控制器进行仿真,研究PI参数的选择对风轮的速度跟踪效果以及电机反转矩的影响.     

风电机组风速功率特性曲线建模研究综述

风速-功率特性曲线是风力发电机组设计的基础,也是考核机组性能、评估机组发电能力的一项重要指标。介绍风速-功率特性曲线的定义、概念和基本特点,分别从参数方法、非参数方法、离散方法、随机方法 4个方面详细阐述风速-功率特性曲线建模的实现方法。分析建模精度的评价方法,提出目前风速-功率特性曲线建模遇到的问题以及需要进行深入研究的发展方向。     

基于叶素理论的风力发电机组风轮建模

风力机风轮部分的建模对搭建风力发电整机运行仿真模型有重要意义。在风力机空气动力学特性分析的基础上,讨论了两种风轮建模的基本方法。通过对这两种方法的比较,选用基于叶素理论的方法建立了风轮模型。此风轮模型可适用于各种风力发电机,在已知风力发电机的固有参数的条件下,可以得到设定风速、风轮角速度以及调节桨距角下的风轮输出转矩值。由模型输出得到风力发电机的运行特性曲线,对分析风力发电机运行特性,制定相应的控制策略有着重要的指导作用。对模型施加实际风速信号,实现了对风力发电机组运行状态下输出转矩的模拟,并运用权系数来分隔桨叶的叶素,这不但进一步证明了所建模型的正确性,而且更加合理和精确地建立桨叶的气动模型。     

大型风力发电机变桨距控制的建模及仿真研究

采用机理建模方法建立变桨距风力发电机组的各个部件的子模型,包括风速、风轮、传动系统和发电机模型,然后组合成整个机组的数学模型,并采用PID控制算法实现风力发电机组在低风速及高风速下对风能利用率的最大化,最后运用Matlab软件的Simulink环境进行仿真验证。     

考虑风速分区的双馈风机并网小干扰稳定分析

双馈风机并网对电网小干扰稳定性的影响,双馈风机低于额定风速运行时,根据功率特性和机械特性将其分为最大功率跟踪区和恒转速区2个分区。针对双馈风机-无穷大系统,采用李雅普诺夫线性化方法,分别建立最大功率跟踪区和恒转速区13阶小信号模型,采用特征根分析法,对比分析了各分区变换器控制器参数和风速对双馈风机-无穷大系统小干扰稳定性的影响。算例结果表明：2个分区内系统小干扰稳定的参数可行域不同,系统小干扰稳定特性不同,低于额定风速下进行分区研究可以更加精确地评估风机并网的小干扰稳定特性。     

考虑不变桨风速范围的风电机组有功功率控制

对于现有基于风轮被动变速的有功功率控制(APC)方法，桨距角改变仅发生在风轮转速达到转速边界时，而且由于其根据反馈控制律调节，被动变速风轮桨距角设定具有很强的随机性。研究发现，桨距角会明显改变被动变速风轮的动态特性，随机设定的桨距角难以适配实际风速的波动范围，引发风轮超速和电磁功率跌落。为此，文中基于不变桨风速范围指标，建立被动变速风轮桨距角与风速变化范围之间的适配关系，并提出考虑不变桨风速范围的风电机组APC方法。该方法通过增加桨距角设定环节，动态设定适配风速波动范围的桨距角，可克服现有APC方法中桨距角设定的随机性，从而降低风轮达到转速边界的频次，缓解风轮超速和电磁功率跌落。最后，基于风电机组动模实验平台的实验验证了所提方法的有效性。     

考虑风速影响的双馈风机调频建模及稳定性分析

由于实际运行中风速的随机性和不确定性,针对风速变化对不同控制策略下双馈风机系统运行稳定性和调频效果影响进行研究,可为多工况下调频控制方法的选择提供依据。首先,分析双馈风机系统的基本控制模型,比较虚拟同步机和下垂控制调频机理的联系和区别;其次,评估不同风速下双馈风机系统的有效调频动能,建立包含风速变量的双馈风机调频系统小信号模型,并在此基础上推导出风机系统等效惯量和风速的耦合关系,根据伯德图和特征根的根轨迹图分析初始运行风速对虚拟同步机和下垂控制双馈风机系统调频动态特性的影响,确定虚拟同步机控制的临界振荡风速;最后,利用DIgSILENT进行时域仿真,验证理论分析的正确性。     

含具有风速相关性风电场的发输电系统可靠性评估

提出了一种改进相关矩阵蒙特卡罗模拟法与拉丁超立方采样法相结合的多维相关风速抽样方法,并把该方法应用于含多个风电场的发输电系统可靠性评估。通过实际风速数据对模型的验证表明：提出的风速相关模型能够充分保持实际风速数据的概率分布,基本统计量和相关特性。将该模型和方法应用到 MRTS可靠性测试系统中,证明了该方法适用于含具有风速相关性的风电场的发输电系统可靠性评估。并通过算例,对风速相关性程度、风电场接入位置和风能渗透水平三个因素对含风电场的发输电系统可靠性的影响进行了分析。     

风速时序仿真模型及其在发电系统可靠性评估中的应用

风速模拟在风电领域相关研究中具有重要的应用。基于多项式正态变换和连续状态马尔科夫链技术,提出了一种时序风速的模拟方法。该方法首先利用多项式正态变换方法将原始数据变换为服从正态分布的数据;然后利用连续状态马尔科夫链描述变换后数据的随机波动过程;最后,通过正态逆变换获得模拟产生的风速数据。实际风速数据验证表明,模型能够较好地保持原始风速数据的概率分布特性和短期相依特性。将该模型应用于IEEE-RTS可靠性测试系统,结果表明模型可进行含风能的电力系统可靠性评估。