山地风电场稳态输出评估方法研究

由于山体地形的特殊性,加之风电机组间存在相互遮挡,在风速和风向变化时山地风电场的稳态输出波动较大,无法充分利用风能。针对以上问题提出一种山地风电场稳态输出评估方法,该方法首先分别构建了计及尾流效应的山体地形风速模型、风电机组的输出功率模型和随机风向模型。在此基础上,结合ArcGIS开发了一套风电场稳态输出评估系统。通过该系统分析了风速和风向变化对山地风电场稳态输出的影响,找出了最佳风向角和最佳风速范围,从而为山地风电场风电机组的最优布局和提高风电场的风能利用率提供了理论指导。     

风电机组叶片流固耦合的数值模拟方法

 以某5 MW 风电机组叶片模型为对象,研究一种适用于风电机组叶片流固耦合数值模拟的风轮旋转模拟方法。以风切变形式模拟风轮旋转及来流风速的综合效应,对叶片各截面翼型的扭角进行修正,建立风电机组叶片的风轮旋转模拟模型,利用有限元法模拟风电机组叶片的风洞流场实验,仿真模拟旋转效应下风电机组叶片的周围气压、绕流分布、表面压力及结构位移,并进行数据交叉迭代求解,得到风电机组叶片的流固耦合结果。与额定风速均匀来流条件下的初始模型计算结果和文献实验结果进行对比分析,验证了风轮旋转模拟方法的可行性。     

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.     

风电接入后的电力系统可靠性研究综述及展望

对风电场可靠性建模中风速的模拟、尾流效应、风速相关性、风电机组的随机停运模拟等内容进行了综述,对风电机组参数、风电渗透率对系统可靠性指标的影响进行了总结;对解析法和模拟法在风电接入后的电力系统可靠性评估中的应用进行了分析;指出电动汽车储能、VSC-HVDC输电、混合发电、系统运行可靠性等是未来风电并网电力系统可靠性研究的重要内容.     

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。     

含风电并网系统鲁棒区间优化调度

随着风电渗透率的不断增大,风电功率的不确定性对电力系统的安全稳定运行带来了极大的挑战。为应对风电功率的不确定性,增强电力系统的大规模风电消纳能力,建立了含风电并网系统鲁棒区间优化调度模型。求解该模型得到风电场的最大允许输出功率区间及常规机组的最优经济调度计划。通过引入风电场最大允许输出功率区间作为控制目标,可有效降低弃风量、减少常规机组输出功率调节频次。在IEEE-RTS系统中进行仿真,仿真结果表明该模型所得系统调度策略的鲁棒性及安全性最优。最后以省级电网实际数据进行实例分析,验证了所提模型及方法的有效性。     

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.     

含风电场电力系统电压波动的随机潮流计算与分析

提出了用随机潮流计算分析风电场并网所引起的系统电压波动的方法.该方法全面考虑了风电场出力变化、负荷波动、发电机停运以及线路故障等随机因素,通过随机潮流计算求出风电场并网后系统各节点电压的概率分布,其中特别包括风电场接入点的电压波动情况.在此基础上,该方法可以对风电场的无功补偿进行进一步分析.此外还证明了用三参数的Weibull分布描述风速变化可以更好地反映高风速对风电机组输出功率的影响,对于常年风速较高的风电场更适合采用此分布描述.对接有风电场的IEEE RTS 24节点系统进行的算例分析证明了该方法的有效性,并通过实例说明了如何利用该方法指导对异步风力发电机的无功补偿.     

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。     

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.     

基于灰狼优化SVR的风电场功率超短期预测

提高风电场功率超短期预测的稳定度、精度和速度,是风电并网的关键技术之一.分析了风电场气压、温度、湿度等气象因素和风速对风机输出功率的影响,用风电场的气象数据和风速构建风电场物理模型,提出了一种用灰狼算法优化SVR参数C、g的风电场功率超短期预测模型,通过与GA-SVR、PSO-SVR预测模型比较,结果表明,该预测模型稳定性好、预测精度高、预测时间短.     

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.     

考虑平滑效应的风电场功率模型

提出一个同时考虑风场运动延迟平滑效应和尾流效应的风功率预测模型.模型中通过模拟尾流效应对风速的影响,并计及风速传输的延迟性,获得处于不同空间位置风机的风速,通过功率的叠加,形成风电场功率输出曲线来表征功率输出的平滑效应.模拟及案例分析结果表明,所提出的模型有效性强、精度高,适合用来评估风电场注入功率对系统的冲击影响,更符合风电场的实际情况,有助于对电力系统机组的备用容量、爬坡率进行修正,并有利于合理评估风电场对电网运行安全的影响.     

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。     

混合风电场中双馈风电机组三相短路电流分析

近年来风力发电发展迅速,风电场逐渐形成了双馈风电机组和直驱风电机组混合运行的格局。由于双馈风电机组与直驱风电机组暂态特性的差异,直驱风电机组对双馈风电机组的短路电流可能产生影响,无法对混合风电场的短路电流进行准确计算。为此,针对双馈风电机组和直驱风电机组组成的混合风电场,建立了混合风电场故障工频等效电路,推导了不同机组影响下的双馈风电机组输出短路电流表达式。通过与单机双馈风电机组短路电流的对比,分析并总结了混合风电场中双馈风电机组短路电流的影响因素和变化规律。针对不同影响因素下双馈风电机组的短路电流,利用时域仿真进行了分析和验证,仿真结果证明了理论分析的正确性。     

混合储能平抑风电功率的方法研究

由于风速变化的随机性,风电场的输出功率波动性较大,导致风电场并网会对电力系统稳定性造成影响。为了克服风电输出的波动性问题,提出一种基于混合储能装置平抑风电功率波动的控制方法。首先,对风电输出波动功率进行分解,针对波动功率的特点选择蓄电池和超级电容作为储能装置;其次,设计储能系统的运行控制方式,使其能与风电场进行快速的功率交换,使得风电场输出功率跟踪发电指令;最后,在MATLAB/SIMULINK环境下进行仿真验证。仿真结果表明该方法能够有效地平抑处理风电场输出波动功率,使得风电场输出功率稳定地跟踪发电指令,蓄电池和超级电容各自发挥优势,延长了蓄电池使用寿命。     

风电场容量系数计算方法的研究

容量系数反映风电场风速与风力发电机组的匹配程度,是风电场机组选型时衡量的一个重要指标。基于风电场风速的Weibull分布函数和风力发电机组输出特性的二次函数,建立计算容量系数CF数学模型,并且通过工程算例验证该计算方法是可行的。工程实例结果分析表明,风电场的容量系数和发电量近似呈线性关系,同时风电机组的塔架高度和额定风速的选择会影响风电场容量系数的大小。     

统一潮流控制器(UPFC)在风电场中的应用研究

随着风电场容量越来越大,风电机组并一对系统造成的影响也越来越明显.本文以变桨距恒速异步风力发电机组为研究对象,在MATLAB/Simulink环境下实现了组合风速、风力机、异步发电机的建模.分析了恒速异步风力发电机组运行过程中产生电压波动的原因在于其输出功率的波动性.因此,本文采用统一潮流控制嚣(unified power flow controller,UPFC)对风电场电压、无功进行调节和控制、分别对未加入UPFC和加入UPFC进行了仿真,对比结果证明UPFC能够较好的控制风电场汇流母线电压,降低风电场运行过程中产生的电压波动.     

H型垂直轴风力机远场尾流特性研究

基于非定常CFD数值模拟方法,采用FLUENT软件对H型垂直轴风力机的流场进行模拟,并分析尖速比和叶片数对远场尾流特性的影响规律。结果表明:风轮在运转过程中的空气流动近似于圆柱绕流,绕流和旋转对尾流两侧风速具有增大作用,增大的风速不断汇入到尾流中,有助于尾流风速恢复;随着尖速比的增大或叶片数的增多,远场尾流形成卡门涡街,尾流风速呈周期性上下波动分布;在风电场中风力机组的排布应根据不同的尾流特性,采取不同的布置方案。     

风电机组塔筒结构绕流风场的数值模拟研究

为研究风电机组塔筒结构的气动力特性,基于ANSYS软件,建立了塔筒结构的简化模型并对其进行绕流风场的数值模拟分析,主要探讨了塔筒结构表面风压分布特征,风场风速、湍流度及不同高度比对塔筒表面风压分布的影响.结果显示,圆锥塔筒结构背风面在绕流作用下沿高度方向由上向下形成连续几个回流区,导致背风面受到正压作用;不同风速只有对塔筒背风表面压力大小有较之明显影响,而对塔筒迎风面及侧风面压力大小影响很小;湍流强度对模型表面风压系数大小有不同程度的影响,随着湍流强度的增加,模型侧面(大部区域)、背风表面的压力绝对值相应减小;不同高度比对模型表面风压分布有显著影响.研究结论可为风力发电机塔筒结构的设计提供参考.