《计及风电场输入风速和风向随机波动的风电机组分组方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计及风电场输入风速和风向随机波动的风电机组分组方法.pdf（11页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、10申请公布号CN101949363A43申请公布日20110119CN101949363ACN101949363A21申请号201010297313X22申请日20100921F03D9/00200601F03D7/0020060171申请人山东科技大学地址266510山东省青岛市青岛经济技术开发区前湾港路579号72发明人曹娜于群54发明名称计及风电场输入风速和风向随机波动的风电机组分组方法57摘要本发明公开一种风电机组分组方法，该方法考虑风电场输入风速、风向随机波动及风电机组间尾流效应，提出利用风电机组的相关系数对风电机组分组的方法。技术方案包括考虑风电机组之间尾流效确定风电机组的输入风。
2、速；研究风向变化对风电机组输入风速的影响；通过对风电场每个风速和风向间隔内风电机组相关系数的计算可以得出一个3维的相关系数矩阵；在同一风向下的每个风速间隔内，把相关系数相同的风电机组归为一组完成风电机组的分组。此方法克服了以往不考虑风电场来风风速、来风风向变化和风电机组间的尾流影响，或只按照其中某一因素对风电机组分组带来的影响；利用此方法可方便查询风电场输入风速和风向变化时风电机组分组情况，并计算出每组风电机组的等效输入风速，建立风电场的随机模型，进一步决定风电场的出力，研究并网风电场的输出特性及对电网运行特性的影响，同时为电网调度部门合理安排生产计划、减少系统备用容量提供了较为准确的风电数据。
3、。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书6页附图3页CN101949366A1/1页21计及风电场输入风速和风向随机波动的风电机组分组方法，其特征在于考虑了风电机组间尾流效应、风电机组排列布置和风向对风电机组尾流效应的影响；考虑风电场输入风速和风向的随机波动，提出了利用3维相关系数矩阵对风电机组分组的方法。2根据权利要求1所述的一种考虑风向对风电机组分组的影响，其特征在于考虑风电机组根据轮毂高度的风速计和风向标使风轮随着风向变化而旋转，计算上、下游风电机组的遮挡面积。3根据权利要求1所述的一种考虑风电场输入风速和风向的随机波动情况下对风电机组分组的方。
4、法，其特征在于提出了计算风电机组相关系数的方法。4根据权利要求1所述的一种考虑风电场输入风速和风向的随机波动情况下对风电机组分组的方法，其特征在于根据风电机组的3维相关系数矩阵，提出在同一风向下每个风速间隔内把相关系数相等的风电机组归为一组的分组方法。5根据权利要求1所述的一种考虑风电场输入风速和风向的随机波动情况下对风电机组分组的方法，其特征在于提出了在已知风电场输入风速，利用风电机组的相关系数计算出每组风电机组的等效输入风速的方法。6根据权利要求1所述的一种考虑风电场输入风速和风向的随机波动情况下对风电机组分组的方法，其特征在于利用3维相关系数矩阵对风电机组分组，可以实现随风电场输入风速和。
5、风向随机波动对风电机组分组，并为建立风电场随机模型做准备。权利要求书CN101949363ACN101949366A1/6页3计及风电场输入风速和风向随机波动的风电机组分组方法技术领域0001本发明涉及一种风电机组分组方法，特别涉及一种考虑风电场输入风速、风向随机波动及风电机组间尾流效应的风电机组分组方法，用于大型风电场的建模及并网分析。背景技术0002随着我国近年来风力发电的快速发展，进行风电场接入电力系统的研究和评估、开展系统及关键节点接纳风电能力的研究是当前风电发展中迫切需要解决的重要问题。从电力系统的角度来看，对风电场进行研究所关心的不是风电场内部每台风电机组的特性而是风电场作为一个整。
6、体的动态特性以及对电力系统的影响。因此，风电场接入电力系统分析时需要建立满足分析要求的动态模型。0003风电场不同于常规的发电厂，风电场是由大量分散布置的风电机组群组成的。由于上游风电机组的风轮对下游风电机组风轮的遮挡，下游风电机组的输入风速就低于上游风电机组的输入风速，风电机组相距越近，它们之间的影响越大。大型风电场通常由几十台甚至数百台风电机组组成，为了充分利用土地资源，这些风电机组不可能相距太远。风电场内每台风电机组的输入风速除了都随着风电场来风风速和来风风向的波动而波动外，风电机组间的尾流效应还可能使得不同安装地点的风电机组输入风速具有明显差异，造成同一时刻风电场内风电机组的运行状态不。
7、完全相同。因此，在建立风速波动情况下并网风电场动态模型时，应首先考虑风电场输入风速和风向的随机波动以及风电机组间尾流效应的影响，根据风电机组的运行情况对风电机组进行分组，然后再建立风电场等值模型。0004目前，现有风电机组分组方法有00051把风电场内所有风电机组归为一组。它分两种情况，一是不考虑风电机组间的尾流影响，认为风电场内所有风电机组的输入风速都相同，把它们归为一组并等效成一台风电机组，然后建立风电场等值模型；二是考虑风电机组的输入风速不同，但仍把输入风速不同的风电机组归为一组，在风电机组等效过程中，风力机和发电机处理方法不同，只是对风电机组的发电机进行等值，而没有对风力机等值，这样把。
8、归为一组的风电机组等值成一台等值发电机与多台风力机的组合。00062连结于同一条集电线路上所有风电机组都归为一组，并将它们等效成一台风电机组。00073对于风电机组排列布置规则的风电场，按照风电机组安装位置进行分组。如海上风电场，假设与风电场来风风向垂直的每排风电机组输入风速相同，将每排风电机组归为一组并等效成一台等效风电机组。00084当风电机组排列布置不规则时，根据发电机的机械暂态数学模型的特征根对双馈风电机组分组。00095利用电力系统动态等值方法中的功率相关性确定风电场内的风电机组分组，应用相关等效方法模式对风电场进行等效。0010综上所述，在对风电机组分组时，没有考虑风电场输入风速和。
9、风向随机变化及风说明书CN101949363ACN101949366A2/6页4电机组间尾流影响对风电机组分组的影响。风电场输入风速、风向和风电机组间尾流影响直接影响每台风电机组的输入风速，并且随风速和风向的随机波动而变化，因此风电场内风电机组的分组也应是随机变化的。因此，计及风电机组的运行状况合理对风电机组分组建立风电场动态模型是非常必要和具有实际意义的。发明内容0011本发明的目的是考虑风电场输入风速、风向的随机波动及风电机组间尾流效应对风电机组分组的的影响，提出根据3维相关系数矩阵对风电机组分组的方法，给出计算风电机组相关系数的方法和利用此系数计算每组风电机组等效输入风速的方法。利用此方。
10、法可建立风电场的随机模型，研究风电场输入风速和风向随机波动时风电场输出特性。0012本发明为实现上述目的，采用的技术方案是00131风电机组输入风速的确定0014风通过上游风轮向下游传播的途径可以用如图1所示的NOJENSEN尾流模型来表示。图1中风电机组安装在0处，X是沿着经过风轮后的风向离开风电机组的距离；RROT是风轮半径；AROT为风轮所扫掠的面积；是圆锥顶点因数；RX是风轮在X处圆锥面的投影半径，也叫风轮在X处的尾流半径0015RXRROTTANX10016式中TANK为尾流衰减常数，它表示风经过风轮后沿风轮轴的方向向下传播时，每传播1米风轮投影面半径增加的长度，可由下列经验公式给出。
11、00170018式中Z为风机水平轴中心高度；RE为地表粗糙度。根据风电场地形地貌特征，K的取值如表1所示。0019表1尾流衰减常数的取值0020地形分类尾流衰减常数K地形描述海平面004湖面、海面水和陆地混合0052水面和陆地混合，也适于非常平滑的地形非常开阔的草原0063没有交叉的栅栏、分散的建筑物、平滑的山开阔的草原00751250米以外有8米高的建筑物和障碍物有建筑的草原0083800米以外有8米高的建筑物和障碍物树木和草原0092250米以外有8米高的建筑物和障碍物、密级的植被说明书CN101949363ACN101949366A3/6页5森林和村庄01村庄、小镇大城镇0108大城镇大。
12、城市0117大城市0021考虑0处风电机组的尾流影响后，在X处风轮的输入风速VWX为00220023式中CT为推力系数。根据风轮输入风速的特征，一般K有两种取值如对于海上风电场，当风轮输入风速是未受上游风力机尾流影响的风速时K等于004，否则K等于008。0024安装在X处风力机风轮所扫掠的面积AROT被其上游风轮投影圆锥面AX所遮挡的程度可以近似表示成以下情况完全遮挡、准完全遮挡、部分遮挡和没有遮挡。对于部分遮挡，根据重叠面积的不同可表示如图2A、B的两种情况。0025图2A中风轮的重叠面积ASHAD为00260027图2B中风轮的重叠面积ASHAD为002800290030由于风电场内任意。
13、风力机的风轮都有可能在不同程度上被其上游风力机风轮所遮挡，因此在计算风电场内任意台风轮的输入风速时，必须要考虑风电场内其余风力机对它的影响。根据单位时间内气流的动量守恒定律得出作用在任意台风轮上的风速VIT00310032式中VW0KIT为考虑风电机组间尾流效应时第K台风力机作用在第I台风力机上的速度；VI0T为没有考虑风轮重叠影响时第I台风力机上的输入风速；表示在第I台风力机处，第K台风轮的投影面积与第I台风轮扫风面积的比；N是风力机的总台数。00332风向变化对风电机组间尾流效应的影响0034风向变化时风电机组的偏航装置将根据轮毂高度的风速计和风向标使风轮对准来风方向，风电机组的尾流影响区。
14、域也随风向而变，上、下游风电机组间的相互影响也将发生变化。0035下面以如图3所示两台风电机组WTI和WTK为例分析风向对风电机组间尾流效应的影响。WTI和WTK的位置坐标分别为XI，YI和XK，YK，两台风电机组间距离DIK为0036说明书CN101949363ACN101949366A4/6页60037风向为1时，上游风机WTI在下游风机WTK处的尾流半径为00380039当风向为2时，由于风力机调向装置的作用，正常运转的风力机一直使风轮对准风向，致使上游风力机WTI沿风向2在下游风力机WTK处的尾流半径为00400041比较式8和9以看出，风向由1变为2时上游风力机在下游风力机处的尾流半。
15、径减小，把代入式4和5可得，风向由1变为2后上、下游风轮的重叠面积也将减小。因此，风向变化时，上、下游风电机组间的相互影响也将发生变化。从式8和9还可以看出，对于风电机组类型和位置布置都已确定的风电场，输入风向确定后，风电场内上游风力机对下游风力机的遮挡面积也是确定的，它与风电机组的输入风速无关。00423利用风电机组相关系数对风电机组分组的方法0043风电机组的相关系数的计算框图如图4所示。通过对风电场每个风速和风向上风电机组相关系数的计算可以得到如图5所示的3维相关系数矩阵。3维系数矩阵的行表示风向，其行数依赖于所选风向的间隔；矩阵的列对应于风电机组的台数；系数矩阵的第三个轴对应于风电场的。
16、输入风速，其列数依赖于所选风速的间隔；系数矩阵内每个元素CI是风电机组的相关系数。0044通过计算得出00451在每个风速间隔内，若把相关系数相同的风电机组归为一组，在同一风向下风电机组的分组情况是相同的。00462尽管同一风向下每个风速间隔内风电机组的分组相同，但是不同风速间隔内同一组风电机组的相关系数是不同。0047由相关系数计算方法可以看出，每组风电机组的相关系数除了与风电场输入风速、风向有关外，还与所选步长及迭代次数有关。在已知风电场输入风速和风向的情况下，利用风电机组相关系数可以计算出每台风电机组的输入风速，进一步得出每组风电机组的等效输入风速VEI00480049式中VEI为第I组。
17、风电机组等效风速；VINF为风电场输入风速；VSTEP为风速步长；CII为第I组风电机组的相关系数；SGN为符号函数；NOT为非函数。0050对于确定的风电场，都可以通过上述办法计算出每个风速和风向间隔内风电机组的相关系数。当风电场输入风速和风向变化时，可通过查询得出每个风速和风向下对应的风电机组分组情况及每组风电机组的相关系数，然后根据风电场的输入风速计算出每组风电机组的等效输入风速，为建立风电场模型做准备。0051本发明的有益效果体现在利用本发明提出的风电机组分组方法，克服了以往不考虑风电场来风风速、来风风向变化和风电机组间的尾流影响，或只按照其中某一因素对风电机组分组带来的影响；利用此方。
18、法可方便查询风电场输入风速和风向变化时风电机组分组情况，并计算出每组风电机组的等效输入风速，建立风电场的随机模型，进一步决定风说明书CN101949363ACN101949366A5/6页7电场的出力，研究并网风电场的输出特性及对电网运行特性的影响，同时为电网调度部门合理安排生产计划、减少系统备用容量提供了较为准确的风电数据。0052附图表说明0053图1NOJENSEN尾流模型；0054图2风轮部分遮挡示意图0055图3风向变化时简化尾流模型影响区域示意图；0056图4相关系数矩阵中相关系数的确定框图；0057图5描述风电场内风电机组相关性的3维系数矩阵；0058图6风电场内风电机组的排列布。
19、置；0059图7程序框图；0060图8风向45时风电场内16台风电机组的相关系数；具体实施方案0061下面利用附图和实施例子对本发明进一步描述。本发明提出的计及风电场输入风速和风向随机波动的风电机组分组方法，用于解决传统的把风电场内所有风电机组归为一组或根据风电机组排列分组等无法处理的问题。具体实施方案如下00621风电场由16台容量为15MW的双馈变速风电机组组成，风电场内风电机组的排列布置如图6所示，叶轮直径为70M，轮毂高度为65M，风电场内每排风电机组中相邻两台风电机组之间的距离D400M，相邻两排风电机组间的距离400M。00632利用MATLAB对考虑风电机组间尾流效应和风向影响风。
20、速模型进行仿真，程序框图如图7所示，风向45风速分别为8M/S、10M/S、15M/S时，风电场内每台风电机组的输入风速如表2所示。00643风向45，风速分别为8M/S、10M/S、15M/S时，风电场内风电机组的相关系数如图8所示。00654利用图8所示的风电机组相关系数对风电场内相关系数相等的风电机组归为一组，则16台风电机组可分为4组，WT1WT6、WT9为一组，WT7、WT8、WT10WT12为一组，WT13WT15为一组，WT16为一组。0066表2风向45、风速变化时风电机组的输入风速说明书CN101949363ACN101949366A6/6页80067说明书CN101949363ACN101949366A1/3页9图1图2图3说明书附图CN101949363ACN101949366A2/3页10图4图5图6说明书附图CN101949363ACN101949366A3/3页11图7图8说明书附图CN101949363A。