尾流对风力发电机组的影响

尾流对风力发电机组的影响

作者：雷启龙、黄瑞芳、李高峰

黄瑞芳工作单位：内蒙古电力工程技术研究院内蒙古邮编： 010010 雷启龙、李高峰工作单位：国华（河北）新能源有限公司邮编： 076750

摘要：由于大型风电场风力发电机组数量众多，占地面积较大，风力发电机组间尾流效应将对风电场并网点输出特性有较大的影响。以定速机组风电场为例，在电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC平台上，搭建了25台750kW风电机组组成的风电场模型。分析结果表明，尾流效应会造成风电场的风能损失。在风电场接入电网检测中，需要考虑尾流效应的影响。（文章题目主要是想说尾流对单个风力发电机组的影响，比如对叶片、对变桨控制、对机组振动、对其他自动控制等影响正常运行的分析）

关键词：风电场；风力发电机组；尾流效应；输出特性

1 引言

随着风电技术的快速发展，以及风力发电在电力系统中比重的持续增加，大型风电场通常由几百台甚至上千台风电机组组成。为准确分析大型风电场的动态行为，机组间尾流效应值得关注。

当研究风电场等值模型或风电场对电力系统的影响时，通常假定风电场内所有风电机组的风速相同。实际上，当风吹过风力机时会损失部分能量，表现为风速的降低。在风电场中，前面的风电机组要遮挡后面的风电机组，因此，处于下风向风电机组的风速小于上风向风电机组的风速。风电机组相距越近，前面风电机组对后面风电机组风速的影响越大，这种现象称为尾流效应。

以5排、每排间距为400m的风电场为例，假定风速为8m/s，风穿过整个风电场的时间至少需要3min。因此，尾流效应将对风电场输出特性有重要的影响。国家电网公司于2009年2月颁布了风电场接入电网技术规定。技术规定中给出了风电场接人电网的技术要求，对风电场最大功率变化率和风电场并网点电压偏差以及风电场接人电网检测有了明确规定。在风电场接入电网检测中，需要尾流效应对风电场并网点特性的影响。

鉴于此，本文以PSCAD/EMTDC为研究平台，搭建了25台定速风电机组组

成的风电场。分析比较了考虑尾流效应和忽略尾流效应故障下风电场并网点动态特性。

2风电场接入电网的技术规定

本文分别给出风电场接人电网的技术规定中有关有功功率和电压偏差的要求。

（1）确保风电场最大输出功率及功率变化率不超过电网调度部门的给定值。最大功率变化率1min功率变化率和l0min功率变化率。

（2）风电场接入电力系统后，并网点电压正、负偏差的绝对值之和不超过额定电压的10％，一般应为额定电压的—3％～+7％。

因此，风电场需要进行包含上述内容的风电场接入电网检测。仿真分析风电场并网点特性是分析风电场是否满足并网技术规定的方法之一。

3 不同风速模型的风电场输出特性

3.1算例及电网参数

为了准确分析风电场并网点特性，分析尾流效应对风力发电机组的影响，以定速机组风电场为例，利用PSCAD/EMTDC仿真工具建立了风电场算例。风电场由5排5列共25台失速型风电机组组成，假定风速为由左向右吹过风电场。风电机组经并联电容器组、机端变压器(10.5kV/690V)和电缆连接PCC上，并通过风电场出口变压器(110kV/105kV)和架空线路连接到外部电网。其中，风力机、发电机、变压器和并联电容器等主要参数如表1所示。

表1：风电机组的电气参数

3.2风速波动下风电场的输出特性

3.2.1渐进风

在考虑尾流效应时，下风向风机风速比上风向风机风速小0.5m/s；考虑时滞，后排风速相比前排的延迟时间为25s。当风电场的风速在15s内从10m/s渐变到15m/s时，风电场并网点输出功率的增加用了近两分钟。而忽略时滞，模型将得到变化较快的风电场输出功率，其结果与实际情况不符。当忽略尾流效应时，将比预期得到较大的输出功率，尾流效应会造成风电场的风能损失。因此，当研究大型风电场的等值模型、入网检测、功率控制以及风能预测时，需要考虑风速时滞、尾流效应的影响。

3.2.2随机风

仿真条件同上，算例模型中输入随机风速。考虑尾流效应和忽略尾流效应的风电场输出特性比较。从实验可以得出，考虑尾流效应的情况下，其仿真模型在风电场并网点的有功功率和电压波动都小于忽略尾流效应的模型仿真结果。因此，忽略尾流效应将得到较差的电能质量分析。

3.3电网故障下风电场的动态特性

为了比较电网故障下不同风速模型的风电场动态特性，分别进行了如下仿真。考虑尾流效应，故障前迎风向第一排至第五排风速分别为15m/s、14.5m/s、9m/s、8.5m/s和8m/s；忽略尾流效应，风电机组的风速相同，同为15m/s。分别在仿真算例中第6s时A点发生三相短路，0.1s后故障切除。考虑尾流效应和忽略尾流效应的风电场并网点动态特性比较。

两种情况下，风电机组的输入风速不同，故障前风力机的输出机械功率也不同，从而导致其故障后风电场并网点的有功和无功动态特性不同。忽略尾流效应时的功率波动较大。由此可见，当研究风电场暂态稳定时，忽略尾流效应的仿真模型将得到保守的暂态稳定分析结果。

4结论

针对大型风力发电机组，本文研究了尾流效应对风力发电机组的影响。通过算例的分析比较，结论如下：

（1）尾流效应会造成风电场的风能损失；

（2）针对风电场暂态稳定分析，忽略尾流效应的仿真模型将得到保守的分析结果。在分析大型风电场并网点的动态特性、验证风电场的并网准则时应考虑尾流效应的影响。

参考文献

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