[发明专利]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

说明书

技术领域

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

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。

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。

目前，现有风电机组分组方法有：

(1)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。

(2)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。

(3)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。

(4)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。

(5)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。

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风向随机变化及风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

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。

本发明为实现上述目的，采用的技术方案是：

1.风电机组输入风速的确定

风通过上游风轮向下游传播的途径可以用如图1所示的N.O.Jensen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；r_rot是风轮半径；A_rot为风轮所扫掠的面积；α是圆锥顶点因数；r(x)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：

r(x)＝r_rot+tanα·x                                (1)

式中：tanα＝k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：