基于等效风速的风电场等值建模

１ 风 电场 等值 模 型 的等 效原 理
忽 略风 电机组 损耗 ， 根据 风 力发 电原 理 ， 电机组输 出功率 可 由下式求 取 ： 风
Ｐ ＝÷ｃ
Leabharlann Baidu
， ＝１２ …， ，， ，
（） １
式中：ｐ Ｐ 、 分别为第 ｉ Ｃ 、 台风电机组 的风能利用 系数 、 出功率 和机组轮毂高度处风速 ； 输 ｐ为空气密
风 电场建模的典型问题是构建反映风电场风速与其输 出功率之间关系的数学模型。通常风电场有 数十 、 百甚 至上 千 台风 电机 组 ， 其输 出功 率特 性 与场 内风 速 特 性 、 内地 形 地貌 、 场 机组 排 列 方式 、 机组 风 能转换特性等诸多因素密切相关 ， 即使场内机组型号都相 同， 风电场风速 一 出功率特性与单台机组 的 输 风速 一 输出功率特性仍有诸多显著不同， 因此采用单机风电功率特性线性外推法来等效风 电场的风 电 功 率特 性其 精度 往 往难 以保 证 。 目前， 风电机组／ 风电场建模主要有机理建模和外特性等效建模两类方法。机理建模的有效性取决于 对研究对象的结构及其所遵循 的内在规律的把握程度及模型参数的精度， 此类方法在风电机组建模中得 到广 泛应用 。而在 风 电场风 速 一 功率 特性建模 方面 ， 目前 主要 是通 过计 及尾 流效 应来 考虑 场 内风速 的波动性对风 电场输出功率的影响¨ 而对于风向、 卜” ， 气温等其他因素的影响则难以考虑 ， 并且尾流效应
作者简介 ： 于贵（ ９ １ ， ， 严 １７ 一） 男 江西省潭市人 ， 东北电力大学 电气工程学 院教授 ， 博士， 主要研究方 向： 事风力发电控制和柔性交流 输电系统等方面的教学与科研工作．
１ ４
东北电力大学学报
第３ １卷
建模计算量大 ， 其精度受诸多模型参数 的影响。基 于风电场外特性建模方法是不考虑风电场风能转化为
第３ ｌ卷第 ３期
２ １ 年 ６月 ０１
东
北
电
力
大
学
学
报
Ｖｏ １ ３Ｉ， ｏ ３ Ｎ ．
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｒｈ ａｔ ａ ｌ Ｕ ｉｅｓ ｙ ｏ ｒ ａ Ｎｏｔ ｅｓ ｎｉ ｎｖ ｒｉ Ｏｆ Ｄｉ ｔ
Ｊｎ ２ ｌ ｕ ．．０１
文 章 编 号 ：０ ５—２ ９ （ ０ １０ ０ １ Ｏ １０ ９ ２ ２ １ ） ３— ０ ３一 ｒ ７
文献 标 识 码 ： Ａ 中 图 分 类 号 ： Ｍ ３ Ｔ ７３
０ 引
言
风力发电是实现风能大规模开发利用的重要途径 ， 是实现低碳电力 的重要选择 。近年来一直保持 较快 发展 势头 ， 止到 ２０ 截 ０ ８年底 ， 国 总装 机 容 量 达 到 １１ ． 全 ２ ５ ３万 千 瓦 ， 占全 国发 电总 装 机 容 量 的 Ｉ ． ５ ， ％ 一些 区域 电 网 的风 电 比例 甚 至超过 １％ ； 规 划 ，０ ０年全 国风 电装 机容 量 将达 １５亿 ｋ ０ 据 ２２ ． Ｗ… ， 届
表征风电场整体风况的等效 风速概念及其计算方法 ， 据此构建风电场“ 等效风速 一 出功率 ” 输 等值模 型， 提出了表征风电场整体风能转换特性的等效风速概念 ， 以实际算例对所提 出的风电场等值模型的有 效性 进行 验 证 。该 模 型可 以用 于给 定风 况下 的风 电场 输 出 功率 计算 ， 可用 于风 电 场实 时 预 测控 制 和弃 风控 制 时风 电场 弃风 功率评 估 。
基 于等 效 风 速 的风 电场 等 值 建 模
严 干贵 ， 鸿博 ， 李 穆 钢 ， 崔 杨 ， 玉 刘
（ 东北电力大学 电气工程学院 ， 吉林 吉林 １２ １ ） ３ ０ ２
摘
一
要： 随着风电场联 网规模 的不断扩大 ， 电功率 波动对 电网影响愈 加显著 ， 电场 建模 已成为 风 风
项 重要研究课题 。本文提出了用一 台等值机来表 征场 内风电机组整体性能的风 电场等值模 型， 该等值
机组在等效风速作用下所产生的风电功率与所有机组输 出功率相 等， 适用 于含 风电场的大规模 电力 系统 仿真 。构建了基于输 出功率最大相关性原则的等效风速选取方法 ， 提出了表征风 电机组整体风能捕 获特 性的等效风能利用概念及其计算方法。以某装有 ５ ８台双馈感应风 电机组的风电场为例 ， 进行 风电场 等值 建模与风 电场输 出功率 计算 ， 通过与 风电场实际输 出功率误差 分析 ， 对所 构建等值 模型 的有 效性进行验 证。该模型可 以用 于在 给定风况下的风电场输 出功率快速 计算 ， 适用于大规模风电场联网运行 仿真评估。 关 键 词： 风电场 ； 等值模 型 ； 等效风速 ； 等效风能利用 系数
收 稿 日期 ： ０ １一 ４—２ ２１ ｏ Ｏ
基金项 目： 国家“ 十一五” 科技 支撑计划 项 目（０ ８ Ａ Ｉ Ｂ １ ； ２０ Ｂ Ａ ４ ０ ） 国家 自然科 学基金项 目（ ０ ７ ０９ ； ５ ８ ７０ ） 国家 自然 科学基 金重点 项 目
（０ ３０ ５ ６ ９ ４０ ）
电能 的复杂物理过 程 ， 以风 电场实测风 速功率等 数据为研究对 象研究风 速功率之 间的关 系 Ｌ ｌ 引。 本 文基 于外特 性 等效原 理 ， 将风 电场作 为一 个黑 箱 ， 而不 陷 入对 风 电场 内部 各 因素 的影 响分 析 中 ， 通过 对 风 电场长期 运行 数据 的统计 分析 ， 研究 风 电场 整体 风速 与风 电场输 出功率 之 间的统计 规 律 ， 出 提
时 占全 国发 电总装 机容 量 的 １％ 。 ０ 随着 风 电场规 模 的不 断增 大 ， 电功率波 动 对 电 网运行 影 响 愈 加 明显 ， 风 因此 ， 往需 要 进 行 风 电场 往 接人分 析评 估 以把 握 可能 给 电网运 行带 来 的安 全 风 险及 经 济 负担 Ｊ其 中风 电场 建模 方 法 及 其精 度 ， 对 评估 结 果有 着直 接 的影 响 。