风电场风机尾流及其迭加模型的研究

在风电场场址选定的情况下,风电机组之间的尾流影响风电场风机的优化布置。目前,国内外关于符合风电场风机实际尾流以及迭加模型的研究主要侧重于一维线性模型及其迭加模型的实际应用。为此,推导建立了更加完整合理的一维非线性扩张尾流模型,即尾流影响边界随距离非线性增大;此外,根据风机尾流迭加的实际情况,分别推导建立了完整的风机尾流迭加计算模型来适应现有风电场的不同情形。通过相关工程算例结果与三维数值模拟计算结果的对比分析表明,所建立的风机尾流模型和尾流迭加模型更加合理,可有效提高风电场的发电效益。     

基于数据驱动的多风电机组协同控制方法

风机的尾流效应会严重降低风电场的发电效率,传统风电场能量管理方法未考虑尾流效应的影响,各风机均采用最大功率点跟踪MPPT(maximum power point tracking)控制方案,风电场整体输出功率并非最优。尾流耦合现象极其复杂,难以用解析模型描述,传统基于模型的控制思路难以适用。为此,提出一种基于数据驱动的多风电机组协同控制方法。基于风电场的历史运行数据,采用神经网络辨识多风电机组之间的尾流交互模型。进一步,在风电场层通过粒子群算法在线求解多风电机组协同控制功率优化指令;在机组层由各机组控制器实现指令跟踪,最终实现风电场整体发电功率的优化。仿真结果表明:基于数据驱动方法建立的尾流交互模型,其误差在1%之内;在此基础上,进行多机协同优化控制,相比传统未考虑尾流效应的单机MPPT控制,风电场平均输出功率得到提升,验证了所提控制方法的有效性。     

基于风电场动态时空关系的风速分布模型研究

通过测风塔风速和风向数据计算风电场各机组的动态空间位置,基于Matlab平台在综合风电机组尾流效应和时滞效应数学模型的基础上,建立了风速在各台风机上的分布模型。算例以实际风电场为研究对象,将测风塔的实测数据输入该模型计算场内各风机风速,分析了尾流和时滞因素对风速模型及风电场出力的影响,结果表明尾流降低出力、时滞平滑出力。最后将风速模型转换成全场输出功率模型,并与风电场实测出力数据进行比较,验证了所建风电场风速模型的有效性。     

采用时间序列预测风电场出力

基于时间序列的方法,采用自回归滑动平均（ARMA）模型进行短期风速预测;考虑风力发电机组排列布置时尾流效应的影响、风电场址地面粗糙程度、空气密度、风向变化以及不同型号风机功率特性的差异等因素,采用Jasen尾流模型建立了大型风电场的综合模型。结果表明,合理的风电场布置方案有利于减小尾流效应的影响,从而提高风电场出力。     

考虑尾流效应的风电场可靠性模型研究

考虑风电场的风况条件及风机排布阵列、风机强迫停运率、风电机组之间的尾流效应和风电机组输出功率特性曲线,建立了风电基地发电可靠性模型.据此,对东北地区某一风电场的风速和有功出力进行了仿真研究,结果表明,风电场可靠性评估考虑尾流效应,有利于进一步准确研究风电场可靠性模型的应用以及风电场对电力系统可靠性的影响.     

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。     

考虑运行维护需求的海上风能与波浪能联合发电非同期规划

随着海上风电的规模化发展,海洋多能综合利用被广泛关注.在双碳战略背景下,探索在海上风电场内增设波浪能装置的可行性意义重大.提出一种考虑运行维护需求的海上风能与波浪能联合发电的非同期规划模型与优化方法.考虑海上风电场停机检修的用电需求,在现有海上风电场内增设波浪能发电装置;分析海上风机位置、运行维护及船只靠泊防撞等工程需求,优化波浪能装置布局.评估海上风能与波浪能的联合布置方案,最终得到综合考虑经济性、可靠性的优化方法.算例研究结果表明,采用联合发电的规划模型与优化方法可在保证联合发电可靠性的同时,有效提升联合发电经济效益及风机运行维护的便利性.     

基于测风数据的经验尾流模型适用性分析研究

风电机组的尾流效应是风电场能量损失的重要因素,研究尾流效应是为了优化风机布置,尽量减小风力机尾流的影响,降低风电场能量损失,使风电场的经济性达到最佳。而现有的许多工程应用的经验尾流模型,在准确性和适用性上都存在差异。以单台水平轴风电机组经验尾流模型为研究对象,分析了Jensen模型、Larsen模型、Frandsen模型和无粘近场模型等具有代表性的经验尾流模型的各自优缺点以及适用条件。然后,针对Jensen模型和无粘近场尾流模型的缺点进行了改进,并结合改进Jensen模型与改进的无粘近场尾流模型,分段建立了准确度更高适用性更强的全场尾流模型。最后,基于Sexbierum风电场尾流区测风数据对建立的全场尾流模型进行了对比验证。结果表明,全场尾流模型能够较好的拟合风场的实测数据,可以适用于风力机全场尾流速度分布的模拟以及指导工程实践。     

基于集约型微观选址技术在风电场设计中的应用

结合工程实例,利用风资源分析软件WAsP、Meteodyn WT进行建模计算,研究风机间距、轮毂高度等布置方案的改变与风电场发电量和尾流损失等之间的关系,从而总结出一套微观选址优化布置建议。对于采用交错布置的平原风电场,风机间距越大,发电量越高,尾流损失越小,但随着风机间距的增大,发电量的提升幅度在减小;增加风机的轮毂高度对发电量的提升和控制尾流损失具有显著影响;针对同一风电场工程,分别采用了WAsP和Meteodyn WT两款软件进行了模拟分析计算,二者的计算结果变化趋势一致, WAsP软件的计算结果相对Meteodyn WT软件保守一些,发电量较低,尾流损失较大。     

风电场协同参与的电力系统发电-备用鲁棒优化运行方法

随着风能等波动性新能源发电逐步成为主力电源,完全依靠常规电源来平衡风电出力的不确定性和波动性已难以保证系统的灵活安全运行。提出风电场协同参与发电–备用的鲁棒优化模型及方法以实现高比例新能源电力系统灵活运行。首先,考虑风电场尾流效应,建立了随风机并网状态变化的风电场出力可变不确定集合;基于风机及风场运行特点,提出了结合风机降载运行和快速并网的风电备用模型。进一步,建立了考虑网络约束的风电场与系统协同发电–备用两阶段鲁棒优化模型。然后,采用列约束生成(column constraint generation,C&CG)算法对模型进行求解,给出满足预测场景和不确定场景下系统运行约束的风电场和常规机组的发电–备用调度决策。通过对改进的IEEE RTS-24系统和西北电网的实例分析,证明了风电提供备用的经济可行性,验证了所提模型的有效性。     

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。     

含风电场的互联发电系统可靠性评估

为得到更准确的风速序列,建立了小时级的时序风速概率分布模型,并根据该模型进行抽样获得时序风速序列。考虑风电机组的功率输出特性、尾流效应等因素,建立了风电场可靠性模型。采用分区的方法,结合增加了由25台风电机组组成的风电场的IEEE-RTS 24节点算例,利用时序蒙特卡洛模拟法对含风电场的互联发电系统进行可靠性评估。所提模型考虑了风速和负荷的时序相关性以及风电机组的功率输出特性、尾流效应等影响风电场出力的因素,使风电场接入系统后的可靠性评估更为客观、准确。     

尾流效应下偏航对风电机组功率的影响

尾流效应严重降低风电机组的功率输出。目前解决尾流效应的主要方法是优化风场布局,这对于已建成的风电场而言是不现实的。相比之下,偏航控制可以使尾流发生偏移,降低尾流效应的影响、提升机组发电能力。文章采用两台激光雷达测风仪和SCADA系统,在某风场开展实验。以此为基础,文章分析了机组不同位置流场特性。根据尾流偏移的原理,分析了不同偏航角度下,两台机组总功率的变化情况。结果表明:对于实验的两台机组来说,偏航不超过45°时能有效提高两台机组的总体输出功率,最大增幅约17.6%。可见,上游风机偏航虽然降低了自身发电功率,但其尾迹偏移能有效提高下游风机的输出功率,可以在风电场应用。     

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     

计及尾流效应的双馈机组风电场等值建模研究

针对双馈机组风电场内机组间尾流的相互影响,提出一种新的风电场等值建模方法。该方法考虑尾流效应,定义了"尾流影响因子"表征各台风电机组受其他风电机组尾流影响的程度,并以此作为风电场内风电机组的分组依据。将风向作为输入,从而进行风电机组的分组以及合并等值。同时给出了合并后等值模型参数的计算方法,得到风电场的多机等值模型。仿真结果表明,利用该方法建立的等值模型较之传统的等值模型能更准确地体现风电场的功率输出特性。     

计及冰雪天气影响的风电场短期出力模型

针对冰雪天气对风电场实际运行的影响,提出了一种新的风电场短期出力模型。该模型考虑了风电机组和集电线路的积冰过程,基于现有的研究成果对叶片积冰情况下的风电机组有功出力模型进行了修正。同时考虑冰雪天气下风电场内设备的随机停运,对风电机组和集电线路在恶劣运行条件下的故障停运概率进行了估计,建立了与环境因素相依的时变停运概率模型。考虑尾流效应影响,对风电场内机组的状态进行分批次抽样,并结合机组出力水平和集电线路的抽样状态,计算风电场的出力。仿真结果表明所提的出力模型能够反映风电场在冰雪天气下短时间内的出力特性,适用于风电接入系统的短期可靠性评估。     

考虑复杂尾流效应和连接电缆故障的风电场可靠性建模

通过分析复杂地形下风电机组间的部分遮挡尾流影响,建立了考虑复杂地形情况下的部分遮挡尾流效应计算模型;在考虑风电机组的功率输出特性、复杂尾流效应和风电机组停运的基础上,特别考虑了风电机组间连接电缆故障对风电场可靠性的影响,提出了计及连接电缆停运的风电场可靠性模型。运用威布尔分布模拟风速,对风电机组和连接电缆故障进行序贯蒙特卡洛抽样仿真,利用MATLAB编写相应程序进行算例分析,结果表明复杂尾流效应模型能够相对准确地描述风电机组间尾流影响,计及连接电缆停运的风电场可靠性模型提高了原有风电场可靠性模型的精确性。     

基于等可靠性准则的风电场容量可信度评估方法

风电容量可信度是衡量风力发电对电力系统可靠性贡献的重要指标。建立风速、风电机组和风电场出力模型,并考虑尾流效应,将风电场处理为等效的多状态发电机组。基于发电系统可靠性指标定义了风电场的容量可信度,采用截弦法计算得到风电场的容量可信度。以加入风电场后的IEEE RTS-96系统作为算例进行评估,通过风电渗透率、系统备用、常规机组强迫停运率等因素对风电场容量可信度的影响分析,验证了该方法的正确性和有效性。     

风速波动情况下并网风电场内风电机组分组方法

以风电机组的分组方法为研究对象,采用风电机组间尾流模型并考虑风向变化对尾流效应的影响,研究了风电机组输入风速的计算方法,提出了风电机组的分组方法。考虑风速、风向随机波动的特点,提出利用三维相关系数矩阵对大型风电场风电机组分组的方法。通过研究表明:在根据风电机组的输入风速是否相同对风电机组分组时,风电场的输入风向是决定风电机组分组的主导因素;利用三维相关系数矩阵可方便查询风速和风向变化时风电机组分组情况,为建立风电场的随机模型,研究风电场的特性打下基础。