[发明专利]一种风电场频域等效模型的构建方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统建模领域，具体而言涉及一种能够计及多种空间影响因素的风电场等效建模方法。

背景技术

由于风能的间歇性和随机性，大规模风电的集中接入给电力系统带来了各种安全稳定和运行调控问题，主要包括调度、调峰与备用、电能质量、暂态及动态稳定等。在这一系列问题中，除了暂态稳定性问题由于观测时间很短可以不考虑风速变化之外，其余问题都需要计及风电功率的波动。风电功率的产生是风和风电场共同作用的结果，风电功率的波动特性由这两者共同决定。因此，要获得准确的风电场功率波动特性（或者是用于动态稳定研究的风电场等效风速），风速模型和风电场模型是关键。

目前已有的各种风速模型已经可以满足在不同时间框架下模拟风速变化的需要。但必须注意的是，这些风速模型都是描述空间中某一个点上的风速变化情况（一般将其设为风向上首台风电机组轮毂高度处的风速，以下简称“首风速”），必须经过风电场的能量转换后才能得到最终的电功率变化情况，或者对应的等效风速数据。

风电场广大的地域分布、地形的起伏和风电机组的排布方式等造成的空间影响因素对风电场输出电功率的波动特性有非常重要的影响。实际风电场的出力特性记录表明，风电场的空间分布特性使得各风电机组的出力之间存在互补性，降低了风电场的出力变化率。这是由于风传播的速度有限，产生的时滞效应使得风到达各台机组的时间不同，从而错开了风速变化的高峰和低谷，相当于平滑了风速的波动。除时滞效应以外，风在风电场内部传播时还会受到许多因素的影响而导致风速的下降。其中包括尾流效应，它是指坐落在下风向的风电机组的风速低于坐落在上风向的风电机组的风速，风电机组相距越近影响越大，其中还涉及风机相互遮挡引起的尾流叠加问题；塔影效应，它是指上风向风电机组的塔架干扰了流过其叶片的气流而使得流向下风向机组的风速降低；风切变，对于风电场来说它是指风速在垂直方向上的差异，对于地势高低起伏的风电场需要考虑风切变，风切变系数与地表粗糙程度有关。随机风电机组向大型化发展，风轮直径越来越大，比如3MW的DFIG机组的风轮直径可达到115m（轮毂高度90m），使得塔影效应和风切变都会对其产生显著影响。

总的来说，风在风电场内部的传播过程非常复杂，时滞效应、尾流效应、塔影效应、风切变等各种空间影响因素对风电场内不同位置机组的影响力也各不相同。由于风电场所处环境及其空间分布的复杂性，每台风电机组与其周围机组的空间关系都需要大量的参数来描述，想要建立准确描述风在风电场内部传播情况的详细模型是非常困难的。因此，要根据风电场“首风速”的变化曲线来计算整个风电场的功率波动情况，目前尚缺乏简便、准确的方法。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷或不足，本发明旨在于提供一种能够计及多种空间影响因素的风电场等效建模方法，规避了在时域中准确建立风电场时滞、尾流、塔影、风切变等空间影响因素模型的困难，而在由实测数据获得的等效模型中以频谱的形式准确计及了上述各种空间影响因素和各台风电机组桨距角控制器对风电场能量转换作用的影响。

为达成上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种计及多种空间影响因素的风电场频域等效模型的构建方法，包括以下步骤：

步骤1：建立代表风电场“风-电”能量转换作用和尾流、塔影、风切变、时滞四种空间因素影响的风电场“正风速通道”频域模型，建立过程如下：

1.1在一次风速波动低于风电机组额定风速v_N的情况下，取首风速v₀(t)的三次方作为“正风速通道”频域模型的输入；以实测风电场总的有功功率输出P_eΣ(t)作为“正风速通道”频域模型的输出；

1.2求取“正风速通道”的频谱H(ω)，计算公式如下：