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。     

基于改进光滑样条的风电机组功率曲线建模方法

风功率曲线是风电机组的重要性能指标,准确高效地建立风功率曲线模型对风电场的运行管理具有重要意义。为此,在分析风功率曲线模型工程应用典型需求的基础上,提出了一种基于改进光滑样条的风功率曲线建模方法,并开展了案例验证。所提方法采用三次样条对风速-功率数据进行拟合,利用粗糙度惩罚对拟合函数的系数进行正则化,并通过交叉验证求取最优光滑参数,以实现风功率曲线平滑、高精度的建模。案例分析结果表明:提出的基于改进光滑样条的风功率曲线建模方法可以有效对风功率曲线进行拟合,具有准确度高、平滑度和普适性好的特点。研究成果可为风电机组风功率曲线建模提供参考。     

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。     

大型风电机组最大功率曲线自校正方法

大型风电机组的最大功率点跟踪控制是以机组的最大功率曲线为基础,而一个机型的最大功率曲线应用到某具体机组时存在一定的误差,另外机组长时间运行及外部环境条件变化会使机组最大功率曲线发生偏移。为进一步提高风电机组的风能利用率,提出一种基于单纯形加速法自动获取最大功率曲线的方法。该方法可在机组详细数据缺失或环境变化的条件下,实现风力发电机组功率曲线自校正。主控制器硬件在环RTDS(10)Bladed联合仿真实验及1.5 MW风力发电系统在Matlab/simulink平台的仿真结果验证了该方法的有效性。     

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。     

湍流强度规格化风电机组测量功率曲线的方法研究

风电机组的功率曲线是发电量的直接保证。但是,风电机组的测量功率曲线在很大程度上会受到测试场地湍流强度的影响。湍流强度不仅会造成风电机组测量功率曲线和保证功率曲线之间的区别;而且还会影响风电场设计,使风电场的实际发电量与设计发电量产生较大的差别。详细介绍了一种湍流强度规格化风电机组测量功率曲线的方法,可以将不同湍流强度下的功率曲线规格化至同样的湍流强度,可用于不同功率曲线的比较,也可用于指导风电场设计。     

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。     

大型风电机组全功率试验研究与故障分析

文章对风电机组全功率试验台的构建方案进行了比较和选择,研究了试验项目的设计和实施以及保护方式的优化,并分析了试验过程中的故障现象,提出了多种解决措施。通过电气机械等各种技术手段排除故障和消缺,确保被测机组达到设计标准和劳埃德船级社规范,避免出现由于某些部件或设计技术的缺陷而造成的重大损失,为外场的顺利调试和并网发电打下良好的基础。     

嵌入式风电机组多螺栓应力监测系统设计

针对风电机组高强度螺栓在复杂的载荷作用下轴向应力监测的需求,基于声弹性效应和嵌入式技术,设计并实现了一种适用于风电机组螺栓轴向应力在线监测的系统.系统由超声波换能器、基于ZYNQ的嵌入式设备和远程监控计算机等3部分构成.采用电平比较法和最大峰值过零点法相结合的方法求取超声波渡越时间,并基于TCP/IP协议建立稳定可靠的...     

直驱风电机组建模与仿真

针对研究对象直驱式永磁同步风力发电机进行了d-q坐标系下数学模型分析,主要包括风力机、永磁同步发电机、变流器数学模型的分析.从最大功率点跟踪原理出发,提出了风力机组网侧控制策略和发电机侧控制策略.在仿真软件MATLAB/Simulink下搭建了直驱风力发电机组的仿真模型;在正常和故障状态下对其进行仿真研究,并验证了控制策略的合理性和正确性.     

基于功率跟踪曲线切换的变速风电机组虚拟惯量控制

提出一种基于功率跟踪曲线切换的变速风电机组虚拟惯量控制方法:在电网正常时,风电机组接近最大功率跟踪曲线工作并储存动能;当电力系统频率发生跌落时,风电机组切换至另一近最大功率跟踪曲线工作,并释放转子动能。采用次优曲线切换机制可极大削弱惯量响应过程中原控制系统外环对df/dt前馈控制环节的抵消作用,提高惯量响应的动态性能。通过合理选择次优功率跟踪曲线,可减少因惯量控制导致的风能利用效率的降低。仿真中所选取的次优功率跟踪曲线可保证风电机组在惯量控制过程中,捕获的风功率始终不低于最大跟踪功率的98%。     

基于减载功率跟踪曲线切换的风电机组调频策略

变速恒频风电机组通过变流器并网后,机组转速不再与系统频率发生耦合,导致系统总的转动惯量不断下降,严重威胁到了电力系统频率稳定性。根据频率发生变化时减载后的功率跟踪曲线比例系数的变化,提出了一种基于减载功率跟踪曲线切换的风电机组调频策略,并对各风速区间减载控制的具体过程进行了详细的分析,根据给定减载指令和减载策略的不同,对风速区间进行划分,各风速区间采用不同的减载策略（低风速的超速点采用二分法,中风速采用变参考功率的思想,高风速采用牛顿法求解附加桨距角或给定减载功率）。仿真结果表明,所提调频控制策略在保证自身稳定运行的同时,能够提高电力系统的频率稳定性。     

中长期风电功率的多气象变量模型组合预测方法

为了预防和控制危害性风电功率事件,提出多气象变量模型的组合预测方法,以实现中长期高精度风电功率预测。该方法利用数值天气预报提供的气象数据预测长期风电趋势,同时局部采用多变量模型改善预测精度。为了保证多变量模型的有效性,首先采用Granger因果检测法筛选出对风电功率预测有效的气象变量。其次,针对不同气象变量进行数据结构分析,并根据其动力学特性单独建立合适的预测模型,然后采用线性或非线性机制对不同气象变量预测结果进行组合,完成组合预测模型的建立。最后,通过对实例数据仿真,实现了中长期风电功率预测,并结合误差分析验证了组合预测模型的有效性,且预测结果为后续中长期风电功率事件分析提供了基础。     

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。     

双馈风电机组的功率控制技术研究

我国风力发电发展迅速,风电场的装机容量不断增大。由于风力发电机组输出功率具有波动性、间歇性等特点,大规模风电接入对电力系统的安全运行造成严重影响,制约了我国风电事业的持续发展。因此,对风力发电机组的有功功率和无功功率控制技术进行研究,使风力发电机组能够参与系统功率的调整具有重要意义。本文首先建立了变速恒频双馈风力发电机组的数学模型,并对双馈风力发电机组的有功和无功调控能力进行了分析。然后,本文提出了实现双馈风力发电机组的有功和无功控制的方法。最后,本文利用PSCAD/EMTDC仿真平台建立了双馈风力发电机组的仿真模型,并通过仿真验证了本文所提风电机组功率控制方法的可行性。     

基于SCADA运行数据的风电机组塔架振动建模与监测

振动信号是风电机组数据采集与监视控制(supervisory control and data acquisition,SCADA)系统中的一类重要变量.对振动信号的建模和分析可以实现对机组重要部件如塔架、传动链、叶轮等的状态监测工作.采用非线性状态估计技术(nonlinear state estimate technique,NSET)作为建模方法,在对风电机组塔架振动特性及其影响因素进行细致分析的基础上,建立了塔架振动模型.该模型由额定风速以下和额定风速以上两部分子模型构成.同时,对非线性状态估计技术的物理意义及特点进行了深入的分析和探讨.在某风电机组2006年4至6月份SCADA数据的基础上,建立了覆盖其正常工作状态的塔架振动模型,并对该模型进行了验证.研究表明,基于NSET的塔架振动建模方法具有方法简单、物理意义明确和建模精度高等优点,为后续拟开展的风电机组振动状态监测和早期故障诊断打下了良好的基础,同时为风电机组振动分析提供了新的思路.     

永磁同步风电机组功率平滑控制策略研究

大型风电机组普遍采用转矩-转速控制实现最大风能跟踪,传统控制策略下风机输出功率随着风速的变化而剧烈波动,影响了电网的稳定运行。在分析永磁同步风电机组运行特性的基础上,提出全风速范围内基于变桨的风电机组功率平滑控制策略,结合变桨和转矩控制实现风机跟踪给定功率,同时控制发电机低转速运行,抑制阵风时风电机组超速。基于MATLAB/Simulink,对一台2.5 MW高速永磁同步风力发电机进行仿真研究。结果表明,提出的控制策略能够有效抑制功率波动。     

风力发电机组功率曲线建模方法研究

介绍了几种常用的功率曲线建模方法,在此基础上提出了一种基于数学期望的最大似然建模法。并以某风电场的两台机组实测数据为测试数据,利用介绍的几种方法分别进行功率曲线的建模,结果表明比恩法及最大似然建模法所建曲线平滑,具有更高的建模稳定性。此外,还对不同方法所建功率曲线模型在不同风速段进行了仿真测试,测试结果表明当有足够数据时最大似然法具有更高精度。     

风电机组状态监测系统现状研究

实现风电机组状态监测是保证机组长期安全稳定运行的有效手段,文章论述了风电机组状态监测系统的构成和特点,对目前国内外现已开展的监测系统进行了综述,并对基于共振解调、最优滤波解调、无线通信的状态监测系统结合具体厂家作了详细分析。最后对状态监测系统的发展和存在的问题做了展望和总结,风电机组各部件监测机制的完善、专家系统的建立、报警阈值的设置以及研发有效可行的软硬件系统是目前风电机组状态监测需要解决的关键问题。