一種風(fēng)電場(chǎng)頻域等效模型的構(gòu)建方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種風(fēng)電場(chǎng)頻域等效模型的構(gòu)建方法，以風(fēng)電場(chǎng)空間中某一點(diǎn)上的風(fēng)速為輸入量、以風(fēng)電場(chǎng)總有功功率輸出為輸出量，建立風(fēng)電場(chǎng)的整體頻域等效模型，該模型分為“正風(fēng)速通道”和“負(fù)風(fēng)速通道”兩部分，“正風(fēng)速通道”表征計(jì)及時(shí)滯、尾流、塔影、風(fēng)切變空間影響因素后風(fēng)電場(chǎng)的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系，“負(fù)風(fēng)速通道”代表了風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)各臺(tái)風(fēng)電機(jī)組槳距角控制器對(duì)過(guò)剩風(fēng)功率的總體削減作用。本方法規(guī)避了在時(shí)域中準(zhǔn)確建立風(fēng)電場(chǎng)時(shí)滯、尾流、塔影、風(fēng)切變等空間影響因素模型的困難，而在由實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)獲得的等效模型中以頻譜的形式準(zhǔn)確計(jì)及各種空間影響因素和各臺(tái)風(fēng)電機(jī)組槳距角控制器對(duì)風(fēng)電場(chǎng)能量轉(zhuǎn)換作用的影響。
【專利說(shuō)明】一種風(fēng)電場(chǎng)頻域等效模型的構(gòu)建方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)建模領(lǐng)域，具體而言涉及一種能夠計(jì)及多種空間影響因素的風(fēng)電場(chǎng)等效建模方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于風(fēng)能的間歇性和隨機(jī)性，大規(guī)模風(fēng)電的集中接入給電力系統(tǒng)帶來(lái)了各種安全穩(wěn)定和運(yùn)行調(diào)控問(wèn)題，主要包括調(diào)度、調(diào)峰與備用、電能質(zhì)量、暫態(tài)及動(dòng)態(tài)穩(wěn)定等。在這一系列問(wèn)題中，除了暫態(tài)穩(wěn)定性問(wèn)題由于觀測(cè)時(shí)間很短可以不考慮風(fēng)速變化之外，其余問(wèn)題都需要計(jì)及風(fēng)電功率的波動(dòng)。風(fēng)電功率的產(chǎn)生是風(fēng)和風(fēng)電場(chǎng)共同作用的結(jié)果，風(fēng)電功率的波動(dòng)特性由這兩者共同決定。因此，要獲得準(zhǔn)確的風(fēng)電場(chǎng)功率波動(dòng)特性(或者是用于動(dòng)態(tài)穩(wěn)定研究的風(fēng)電場(chǎng)等效風(fēng)速)，風(fēng)速模型和風(fēng)電場(chǎng)模型是關(guān)鍵。
[0003]目前已有的各種風(fēng)速模型已經(jīng)可以滿足在不同時(shí)間框架下模擬風(fēng)速變化的需要。但必須注意的是，這些風(fēng)速模型都是描述空間中某一個(gè)點(diǎn)上的風(fēng)速變化情況(一般將其設(shè)為風(fēng)向上首臺(tái)風(fēng)電機(jī)組輪轂高度處的風(fēng)速，以下簡(jiǎn)稱“首風(fēng)速”)，必須經(jīng)過(guò)風(fēng)電場(chǎng)的能量轉(zhuǎn)換后才能得到最終的電功率變化情況，或者對(duì)應(yīng)的等效風(fēng)速數(shù)據(jù)。
[0004]風(fēng)電場(chǎng)廣大的地域分布、地形的起伏和風(fēng)電機(jī)組的排布方式等造成的空間影響因素對(duì)風(fēng)電場(chǎng)輸出電功率的波動(dòng)特性有非常重要的影響。實(shí)際風(fēng)電場(chǎng)的出力特性記錄表明，風(fēng)電場(chǎng)的空間分布特性使得各風(fēng)電機(jī)組的出力之間存在互補(bǔ)性，降低了風(fēng)電場(chǎng)的出力變化率。這是由于風(fēng)傳播的速度有限，產(chǎn)生的時(shí)滯效應(yīng)使得風(fēng)到達(dá)各臺(tái)機(jī)組的時(shí)間不同，從而錯(cuò)開了風(fēng)速變化的高峰和低谷，相當(dāng)于平滑了風(fēng)速的波動(dòng)。除時(shí)滯效應(yīng)以外，風(fēng)在風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部傳播時(shí)還會(huì)受到許多因素的影響而導(dǎo)致風(fēng)速的下降。其中包括尾流效應(yīng)，它是指坐落在下風(fēng)向的風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)速低于坐落在上風(fēng)向的風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)速，風(fēng)電機(jī)組相距越近影響越大，其中還涉及風(fēng)機(jī)相互遮擋引起的尾流疊加問(wèn)題；塔影效應(yīng)，它是指上風(fēng)向風(fēng)電機(jī)組的塔架干擾了流過(guò)其葉片的氣流而使得流向下風(fēng)向機(jī)組的風(fēng)速降低；風(fēng)切變，對(duì)于風(fēng)電場(chǎng)來(lái)說(shuō)它是指風(fēng)速在垂直方向上的差異，對(duì)于地勢(shì)高低起伏的風(fēng)電場(chǎng)需要考慮風(fēng)切變，風(fēng)切變系數(shù)與地表粗糙程度有關(guān)。隨機(jī)風(fēng)電機(jī)組向大型化發(fā)展，風(fēng)輪直徑越來(lái)越大，比如3MW的DFIG機(jī)組的風(fēng)輪直徑可達(dá)到115m (輪轂高度90m)，使得塔影效應(yīng)和風(fēng)切變都會(huì)對(duì)其產(chǎn)生顯著影響。
[0005]總的來(lái)說(shuō)，風(fēng)在風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部的傳播過(guò)程非常復(fù)雜，時(shí)滯效應(yīng)、尾流效應(yīng)、塔影效應(yīng)、風(fēng)切變等各種空間影響因素對(duì)風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)不同位置機(jī)組的影響力也各不相同。由于風(fēng)電場(chǎng)所處環(huán)境及其空間分布的復(fù)雜性，每臺(tái)風(fēng)電機(jī)組與其周圍機(jī)組的空間關(guān)系都需要大量的參數(shù)來(lái)描述，想要建立準(zhǔn)確描述風(fēng)在風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部傳播情況的詳細(xì)模型是非常困難的。因此，要根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)“首風(fēng)速”的變化曲線來(lái)計(jì)算整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的功率波動(dòng)情況，目前尚缺乏簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷或不足，本發(fā)明旨在于提供一種能夠計(jì)及多種空間影響因素的風(fēng)電場(chǎng)等效建模方法，規(guī)避了在時(shí)域中準(zhǔn)確建立風(fēng)電場(chǎng)時(shí)滯、尾流、塔影、風(fēng)切變等空間影響因素模型的困難，而在由實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)獲得的等效模型中以頻譜的形式準(zhǔn)確計(jì)及了上述各種空間影響因素和各臺(tái)風(fēng)電機(jī)組槳距角控制器對(duì)風(fēng)電場(chǎng)能量轉(zhuǎn)換作用的影響。
[0007]為達(dá)成上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:
[0008]一種計(jì)及多種空間影響因素的風(fēng)電場(chǎng)頻域等效模型的構(gòu)建方法，包括以下步驟:
[0009]步驟1:建立代表風(fēng)電場(chǎng)“風(fēng)-電”能量轉(zhuǎn)換作用和尾流、塔影、風(fēng)切變、時(shí)滯四種空間因素影響的風(fēng)電場(chǎng)“正風(fēng)速通道”頻域模型，建立過(guò)程如下:
[0010]1.1在一次風(fēng)速波動(dòng)低于風(fēng)電機(jī)組額定風(fēng)速Vn的情況下，取首風(fēng)速Vtl (t)的三次方V〗⑴作為“正風(fēng)速通道”頻域模型的輸入；以實(shí)測(cè)風(fēng)電場(chǎng)總的有功功率輸出Pd(t)作為“正風(fēng)速通道”頻域模型的輸出；
[0011]1.2求取“正風(fēng)速通道”的頻譜H ( ω )，計(jì)算公式如下:
【權(quán)利要求】
1.一種計(jì)及多種空間影響因素的風(fēng)電場(chǎng)頻域等效模型的構(gòu)建方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1:建立代表風(fēng)電場(chǎng)“風(fēng)-電”能量轉(zhuǎn)換作用和尾流、塔影、風(fēng)切變、時(shí)滯四種空間因素影響的風(fēng)電場(chǎng)“正風(fēng)速通道”頻域模型，建立過(guò)程如下: 1.1在一次風(fēng)速波動(dòng)低于風(fēng)電機(jī)組額定風(fēng)速％的情況下，取首風(fēng)速V(l(t)的三次方4(0作為“正風(fēng)速通道”頻域模型的輸入；以實(shí)測(cè)風(fēng)電場(chǎng)總的有功功率輸出Pe2 (t)作為“正風(fēng)速通道”頻域模型的輸出； 1.2求取“正風(fēng)速通道”的頻譜Η(ω)，計(jì)算公式如下:

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計(jì)及多種空間影響因素的風(fēng)電場(chǎng)頻域等效模型的構(gòu)建方法，其特征在于:在獲得風(fēng)電場(chǎng)的頻域模型后，可根據(jù)任意風(fēng)速直接求取風(fēng)電場(chǎng)的功率輸出，而不必進(jìn)行時(shí)域仿真，具體包括以下步驟: 步驟1:根據(jù)首風(fēng)速V(l(t)和“正風(fēng)速通道”的頻譜Η(ω)，計(jì)算不考慮槳距角控制器作用下的輸出正功率P+(t)，計(jì)算公式如下:
【文檔編號(hào)】G06Q50/06GK103617308SQ201310528333
【公開日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2013年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月30日
【發(fā)明者】金宇清, 鞠平, 吳峰, 凌峰, 黃俊輝, 王海潛, 潘學(xué)萍, 謝珍建, 談健, 王哲, 周洪偉, 喬黎偉 申請(qǐng)人:河海大學(xué), 國(guó)家電網(wǎng)公司, 江蘇省電力公司, 江蘇省電力公司電力經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院