计及杆塔绕流效应的风速模型及其对风电机组输出功率的影响研究

风电场中电力杆塔对风的遮挡可能造成下游风电机组输出功率的降低,为了分析杆塔遮挡对下游风电机组迎风风速的削弱作用,提出了一种基于亚临界雷诺值的杆塔绕流风速模型,该模型计及了尾流效应、山体地形、随机风向三个因素,研究了杆塔绕流对风电机组输出功率的影响;通过理论评估值与山西某风电场的实际监测数据的对比分析可知:在一些特定环境下,绕流效应对风电机组输出功率的影响不可忽视。因此,有必要评估杆塔绕流效应对风电机组输出功率的影响,为风电机组的微观选址提供理论指导。     

风电场风况无线数据采集系统的研制

讨论了研制一套风电场风况无线数据采集系统的基本原理和电路设计 .在分析了风电场风况特性、风速和风向传感器及无线数据传输模块工作原理的基础上 ,设计了风电场无线风况数据采集系统主机模块和从机模块的硬件电路和软件 ,采集了实际来流风速、风向的数据     

风速变化的并网型风电场故障分析

针对新疆达坂城风电场750 kW机组和风电场风速变化特点,建立了故障分析数学模型,对风电场提供的短路电流、风电机组机端电压和3种典型风速变化时,风电场提供的电流进行了仿真,并对不同位置三相短路电流进行了计算,研究了系统短路时风速变化的风电场与系统之间的相互影响,从低电压穿越功能(LVRT)角度,讨论了风电继电保护的配置问题,提出了改善风电场电压质量的措施.     

考虑尾流效应的风电场建模以及随机潮流计算

采用变量变换法拟合了风速频率的三参数weibull分布函数,在风能分布的Jensen和Lissaman模型的基础上,结合风速的频率分布模型与风力发电机组的单机稳态模型,建立了大型并网运行风电场的综合模型.该模型同时考虑了尾流效应和风电场地形因素对不同位置风机风速的影响,得到了考虑以上因素时风电场的输出功率.在此基础上,应用蒙特卡罗法对风电场接入系统进行了随机潮流计算.最后,以40机的风电场为例建立了风电场模型,将此模型引入到IEEE14系统中,通过随机潮流计算得到系统节点电压的概率分布以及风电场输出功率的概率分布,分析了风电场并网运行对系统各节点电压的影响,从而为减小风电接入系统的电压波动提供参考.     

山西省神池县风速风向特征分析及应用

以山西省神池县地面气象观测站多年来观测的风向风速资料为依据,分析了该县风向随季节的变化规律,风速的年变化、月变化、日变化特征,指出其结果对当地城市规划、环境评价、空气质量预报以及风能资源的合理开发利用具有良好的参考价值。     

基于互信息理论与递归神经网络的短期风速预测模型

风速的波动性和随机性为风电并网造成安全隐患,提高风速预测精度对于风电系统的稳定和风能发展十分重要.提出一种基于互信息(MI)理论和递归神经网络(RNN)的短期风速预测组合新模型(MI-RNN).该模型利用MI理论选择最优的历史风速序列长度(τ),通过每τ步预测下一时间点风速的方式,将历史风速数据输入RNN中进行模型训练,并由训练后的RNN模型输出最终的风速预测结果.将MI-RNN模型应用于风电场的风速数据集中,与传统机器学习风速预测模型进行比较,以验证模型的预测精度.结果显示,MI-RNN模型的预测精度更高,预测稳定性更强,并且能够准确预测未来风向,有望应用于含空间维度的风电场的风速预测.     

考虑风电出力偏差和调度经济性的风电接纳水平优化

采用威布尔风速分布模型,给出风电出力偏差期望值,并分析风电出力偏差给常规机组和风电并网运行的经济性带来的影响.在此基础上,建立综合考虑常规机组发电成本与风电场运行经济性的多目标经济调度模型,采用多目标粒子群优化算法,以风电出力预测值作为基准来定量优化与评估风电接纳水平.算例表明,该模型能够平衡常规机组与风电场运行的经济性,从经济性角度评估系统接纳风电的能力并为电网调度和风电场运行与规划提供一种依据.     

基于尾流效应的低风速地区风电场布局优化方法

为了减少低风速地区风电场尾流效应对其发电能力的影响,提出一种通过改变风机塔筒高度以提高风电场收益的布局优化方法。首先分析了塔筒高度与风电场年发电量的关系,进而优化风电场主风向上机组塔筒高度,以使轮毂海拔高度呈渐进式增加,实现风电场年发电量提升的同时尾流损失下降的优化目标。最后,使用Wasp10.0风资源评估软件建立风电场模型,与未使用优化方法的风电场进行仿真对比。仿真结果表明,随着主风向上前后排机组轮毂海拔高度差值的不断增加,风电场年发电量不断增加,验证了所提方法的有效性。     

1975-2004年平鲁区逐月风能变化情况分析

采用风电场风能资源测量方法和风电场风能资源评估方法,对山西省朔州市平鲁区1975—2004年的平均风速、风功率密度逐月变化情况进行综合分析,为开发利用山西省北部地区的风能资源提供理论依据。     

基于CFD的复杂地形风能分布研究

提出一种通过计算流体力学(CFD)计算风电场风速和风能分布的方法,该方法通过Argis软件对风电场CAD等高线图进行离散处理,按照风速玫瑰图分布,利用Fluent软件对复杂地形条件下风场按照12分度进行数值计算,并按照风速风向分布概率由Tecplot软件进行后处理,得到整个风场的风速分布特点和风能分布.将计算结果与WAsP软件作比较,结合地形特点进行分析,认为本文计算方法得到的结论较为可靠.     

双馈风力发电机组仿真装置研究

以某风电场2 MW风力发电机组为仿真对象,对风力发电机进行结构分析,并采用模块化建模方法分别建立风速模型、风机模型、传动模型、电机模型和控制模型,给出了相应的数学模型.在南京工程学院JSCC仿真支撑系统下,用Fortran语言编写了仿真算法并建立全范围风力发电机组仿真模型.根据该风电场典型工况进行模拟计算,模拟风速从8 m/s至20 m/s变化时风电机组系统的变化动态特性,模拟结果表明所建立仿真模型能够反应实际机组的动态特性,系统能够满足风电场运行人员培训及风电系统优化等要求.     

含风电的电力系统动态频率分析

研究了风电接入某实际电力系统对系统动态频率产生的影响。通过建立直驱式永磁同步风电机组动态模型和含风电的实际电力系统模型,对含风电的电力系统动态频率进行了仿真分析。研究了风速扰动对系统动态频率的影响、风电渗透率上升对系统频率调节能力的影响以及风机脱网故障对系统动态频率的影响。在风机增加了基于虚拟惯性的频率控制系统,研究了具有调频系统的风电机组对系统动态频率的影响。研究结果表明大规模风电场的风速扰动将导致系统频率出现显著波动;随着系统风电渗透率的增加,系统的调频能力将明显下降;风电场在故障下的风机脱网事故将对系统动态频率造成严重影响。增加频率控制系统使风电机组具备了一定的调频能力,有效地抑制了扰动情况下的系统频率波动。     

复杂地形风能评估的CFD方法

为解决传统方法不能评估复杂地形风能分布的问题,从某复杂地形的实测记录中选定两次风向稳定的强风过程为研究工况,建立了该地形40m×40m和20m×20m两种网格分辨率的六面体结构网格模型,采用SST k-ω及RNG k-ε两种湍流模型模拟了风速场分布.157°和83°两个风向的模拟结果表明,SST k-ω模型优于RNG k-ε模型,20m水平间距的网格精度更高,其中SST(20m)的模拟结果和实测风速的平均相对误差分别为6.46%和5.50%.最后,综合CFD模拟的风速比分布与当地的常年气象资料,提出了复杂地形全风向风能评估方法.     

凤县山地不同海拔高度风场特征

目的分析凤县山地不同海拔高度风场特征,为开发利用秦岭山区的风能资源提供依据。方法通过在不同海拔高度建立风能加密观测站,进行连续平行观测获取数据,按照风能资源评价技术规定对数据进行统计,采用数据对比方法对不同海拔高度风场特征进行分析。结果与结论凤县境内的风速风向不仅受到大气环流、大尺度天气背景的影响,而且和大地形、中小地形密切相关,平均风速随海拔高度的升高而加大;季节变化中,冬春季风速较大,夏秋季风速较小;不同海拔高度平均风速日变化差异明显,高海拔站与中、低海拔站平均风速日变化呈现反相位,并且在中、高海拔站间风速出现负切变现象;风向受地形影响,不同测点差异明显。     

变速恒频风力发电机组最大能量捕获策略研究

风力发电主要目的是尽可能的利用风能,针对变速恒频风力发电系统,分析了风力机特性及最大风能捕获原理.在额定风速以下通过调节发电机的转矩使转速跟随风速变化以获得最佳叶尖速比;在额定风速以上通过调整桨叶节距,保证额定功率输出而不越限.由于风速测量的准确性不高,以及风力发电系统的精确模型较难建立,采用传统的PID控制器难以在风速快速变化的情况下实现良好的控制效果.为了进一步提高风能的利用效率,文中研究了基于功率变化信息的双模糊控制策略,实现最大功率点跟踪和变速变桨控制.仿真结果表明,该控制策略能够提高风能捕获效率,较好地平滑风电机组输出功率.     

平鲁县风能资源状况分析

通过对平鲁区近30年风观测资料的综合分析,发现平鲁区多年年平均的风速日变化范围在2.5m/s～5m/s之间,风速的日变化主要随太阳辐射的变化而变化,风速的大小受太阳辐射、下垫面和地形影响较大。指出平鲁区每年4月份的风速最大,3月份风速次大,全年风速最大的季节在春季,冬季次之,夏季风速最小;全年的风能主要是由西北偏西风和西风提供,这两个风向的风能占到总风能的72%;多年的年平均风速没有明显的增大或减少趋势。     

风力机双参数机舱传递函数构建方法

自由来流风速是影响风电机组叶片气动性能、运行控制策略、功率特性的重要因素。针对常用机舱传递函数在估算自由来流风速时考虑因素单一的问题,本文以风电机组的能效后评估为依托,借助机舱式激光雷达对自由来流进行测量,结合机组运行状态建立了测风数据的有效性筛选方法;基于曲面拟合的方式研究自由来流风速与同期机舱风速、机组输出功率的相关关系,提出了一种双参数机舱传递函数的拟合构建方法,其拟合优度相对于常用单参数传递函数有了一定程度的提升。采用该方法可降低机组后评估时对遥感测风装置的依赖,为同场区该型号机组能效评估中涉及的自由来流风速获取提供了一种精度较高的工程估算方案。     

一种基于光点位置敏感器件的风速风向测试系统设计

以二维位置敏感检测器(PSD)为核心器件设计了二维风速风向测试系统,系统采用激光作为光源,光源射在PSD上的位置反映了环境风速和风向的大小.简要介绍了PSD的原理和特点,分析了测试系统的工作原理,利用矢量计算给出了风速和风向的计算方法.制作了测试系统,并对PSD位置定位和风速风向的关系进行了测试.该系统的风速测量范围在0～30 m/s,未经放大处理时,分辨率可达0.15 mV/(m·s-1),风向测试的平均误差小于7°.该传感系统结构简单,测试方便,受环境温度影响小.选择合适的风敏竿,可以进一步增加测试灵敏度和拓宽测量量程.     

风速风向季节三维联合分布的平均风统计分析

由于目前结构设计中对季风的考虑欠缺,本文提出风速风向季节的三维联合分布的平均风统计分析方法.通过借鉴风电领域里成熟的平均风模型,基于最小二乘法原理并应用谐波函数拟合方法,对上海地区的平均风按季节划分进行了统计分析,解释了考虑风速风向季节三维联合分布的必要性,进一步完善结构抗风设计中对风荷载的计算.     

含风力发电机的微网电压稳定控制研究

异步风电场接入系统后会影响系统的暂态电压稳定性。采用电力系统仿真软件DIg SILENT/Power Factory设计出一种应用于恒速异步风电机组的静止无功补偿器(SVC)模型,并通过对风力发电机并入配电网的系统进行仿真计算来验证所建SVC模型对提高系统暂态稳定性的效果。仿真结果表明,在风速变化的情况下,SVC能够有效缓解恒速异步风电机组机端电压的波动;采用SVC设备能够有效改善异步风电场的电压稳定性,确保电网的安全稳定和风电机组的不间断运行。