风电场尾流干涉效应及布局优化研究

为探寻风电场尾流干涉效应及定量预报不同风电场布局下整体输出效能,从工程中预报单台风电机尾流效应使用最普遍的Jensen模型出发,基于风电场布局中上游风力机对下游风力机的遮蔽效应及遮蔽模式,构建尾流干涉效应数学模型,编制风电场尾流干涉效应预报程序,研究齐位排列方式下风电场整体输出效能随风电场规模、行列间距及风向角的变化规律,以及错位排列方式下风电场整体输出效能随错位间距和风向角的变化规律。结果表明：不同风电场规模下整体输出效能均随着行列间距的增大而增大,不同行列间距下整体输出效能均随着风电场规模的增大而减小;不同错位间距和风向角下风电场整体输出效能差异明显,需根据风电场所在地风向来合理安排风力机行列间距,以最大化整体输出效能。研究可为工程中预报任意风电场布局下风电机组尾流干涉效应及合理化设计风电场布局提供技术支撑。     

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.     

孤岛微电网的随机潮流计算

孤岛微电网中,光伏、风电等随机性电源占的比重较大,同时负荷也具有随机性,而确定性潮流计算结果仅能反映单个时间断面下的运行情况为能更真实地反映孤岛微电网的潮流分布,建立了孤岛微电网中光伏阵列和风电机组的概率模型,并采用基于半不变量和Gram-Charlier级数展开的随机潮流计算方法,对实际海岛孤岛微电网的潮流进行分析,验证了文中方法的有效性.通过对比微电网运行在柴油机启动和柴油机停运两种模式下的随机潮流计算结果,发现储能设备的配置能减轻微电网电压的波动性,有利于微电网的安全稳定运行.     

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.     

基于尾流试验的风电场装机容量估算方法

结合对我国风电场装机容量的现状分析,指出风电场装机容量的确定受政策及主观因素影响较大,缺乏有效的技术手段支持。提出了一种装机容量估算的思路,即:以控制风电场平均尾流损失为目标,由风能资源决定风机排布,继而由风机排布来估算装机容量。为此,基于风机风能利用效率相近的特点,通过引入参考风机并进行尾流试验,给出了在不同风速下风电场风机的推荐排布方式,根据风机额定功率与直径平方的关系,得出了一定技术安装高度上单位面积区域内装机容量的估算方法。结合我国风能资源评估国家标准,给出了对应不同风功率密度等级的场址区域,其50 m高度上单位面积可装机容量的推荐值。提出的估算方法可为风电场建设前期进行装机规模的确定提供参考。     

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。     

风力机错列布置尾流效应

为在有限土地资源内提高风电场发电效率,减少上风机对下风机尾流效应影响,通过利用Windcube V2多普勒测风仪方法研究了两台风机错列布置状态下风机尾流场变化,比较无尾流状态和有尾流状态下风机的速度场和分析风机之间的尾流影响。结果表明：上风机尾流效应对下风机第二象限区影响最大,轴向速度出现先减小后增加在减小在增加过程;第一象限区出现先减小后增加过程。径向和切向速度幅值和频率出现先增加后减小,径向速度幅值和频率5D截面处最大,3D最小,切向速度幅值和频率5D截面处最大,8D最小。可见上风机对下风机尾流叠加形成复杂的湍流现象,湍流强度促使尾流内外流场融合,从而造成不同速度值的之间的差异。     

计及分布式发电随机特性的联系数潮流计算

近年来,分布式发电技术大量引用。诸如风力发电这些依赖于自然条件的发电方式会出现随机波动的情况,因此造成的系统电压越线等问题日益显著。基于此,重点研究了分布式发电中风力发电的随机出力对电网电压质量的影响,建立了风力发电的随机分析模型,运用同异联系数来刻画随机因素作用下分布式发电的随机出力,通过增量法发现电网的薄弱环节,再应用SRS-MCS获得精度较高的联系数算子所表示的随机分布。为随机潮流综合处理电网规划中的确定性和不确定性信息提供了一种新的简便实用的思路。     

基于三次修正Jensen尾流模型的海上风电场布局优化

目前修正的Jensen尾流模型均没有同时修正尾流初始半径和尾流初始风速,无法准确预测海上风电场的实际尾流风速。本文基于二次修正Jensen尾流模型基础上,提出三次修正Jensen尾流模型,并通过海上风电场风洞实验数据验证该修正尾流模型的正确性。其次,考虑全尾流及部分尾流面积,将该三次修正Jensen尾流模型应用到海上风电场的布局优化中,以风力机的坐标及数量为优化变量,以度电成本为优化目标函数,并利用樽海鞘算法对海上风电场的风力机布局进行优化设计。优化结果表明：对比采用改进Jensen模型指导风电场布局,采用三次修正Jensen模型时,风电场的布局更加均匀;对比考虑全尾流的布局,当考虑部分尾流布局时,度电成本降低了2.16%。     

考虑风电谐波影响与出力随机性的电力系统无功优化方法

电容器组等无功补偿装置的优化调整不仅可以减小电力系统网损,还会对电力系统的谐波潮流与谐波网损产生影响.风电不仅存在出力不确定性,而且会产生谐波污染,影响谐波潮流与谐波网损.然而,传统无功优化方法没有同时考虑风电的谐波特性与出力不确定性对谐波潮流和谐波网损的影响,可能导致谐波超标问题,不利于电力系统降低网损.因此,本文首先构建计及风电谐波影响的电力系统无功随机优化模型.该模型通过场景法对风电出力随机性进行建模,目标函数同时考虑基波和谐波网损,约束条件包括基波和谐波潮流约束、电压谐波总畸变率约束等.然后,针对该谐波约束的无功随机优化模型,本文提出了融合驱动力可调粒子群算法和全连接型深度神经网络的高效求解方法.最后,通过三个修改后的IEEE测试系统对所提模型与方法的有效性进行了验证.     

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.     

大型体育场膜结构静力风荷载特性与响应分析

结合某大型体育场膜结构挑篷的风洞试验研究,对挑篷膜面的风荷载特性和典型膜面的静力风荷载响应进行了详尽的分析.试验结果分析表明,挑篷前缘膜面的负压风荷载数值最大,是膜面抗风设计的控制荷载.静力风荷载响应分析中考虑了膜面的初始预张力、抗风索、拱距以及拱的矢跨比对膜面抗风性能的影响,从中获得了对这类结构设计有益的结论.     

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。     

含风电场的电力系统紧急电压模型预测控制

基于非线性模型预测控制理论,文中提出包含风电场的紧急电压控制器设计方法.以系统的准稳态近似模型为基础,建立滚动动态优化模型,将其滚动优化问题描述成一个具有连续—离散时间微分—代数方程组的最优控制问题,其优化目标是负荷节点电压偏差和控制成本最小.采用Radau排列法将滚动动态优化模型转化为非线性规划问题,并借助建模软件A...     

拖拉机载荷分析的概率方法

以推导出的估计随机变量函数平均值和标准差的近似公式为基础,提出拖拉机载荷分析的概率方法;分析了拖拉机机组在纵垂面内的载荷,并将分析结果与测试结果作了比较.