在风电场并网研究中所关注的是风力机的尾流模型，有一维尾流模型和三维尾流模型[31]。自20世纪起，专家们建立了多种风力机一维尾流模型。目前在风电场并网研究中，很多专家采用Jensen尾流模型研究风力机的尾流特性[36-41]。图1-5 AV尾流模型图1-6 风电机组排列布置在风电场内，尾流效应造成风电场内每台风力机的输入风速不同，并且受风力机的风轮直径、推力系数、机组间的距离、周围环境及风速和风向等因素的影响[42]。......
2023-06-28
风电场模型优化及尾流效应分析
【摘要】：对于实际风电场而言，由于尾流效应的影响，风电机组的输入风速存在差异，因此会导致风电机组工况不同。因此，对于装机容量较大的风电场，应考虑采用多台等效风电机组模拟风电场。在建立风电场多机组等效模型时，首先需要对风电机组分组，再对归为一组的风电机组进行等效，并考虑风电场内部馈线。
风电场等效建模研究主要集中在两个方面：一是用单台等效风电机组还是多台等效风电机组模拟风电场；二是把风电场等效成多台风电机组时，如何对风电场内风电机组进行分组。
将风电场等效成单台风电机组的方法主要有两种：一是假设整个风电场风速分布谱密度相等，利用谱密度法建立风电场等效风速模型，通过改变风速中湍流强度大小模拟风速波动时风电场动态特性，研究风电场对电力系统电压稳定性和电能质量的影响[47，48]；二是忽略风电场尾流效应，认为所有风电机组输入风速相同，其容量等于所有风电机组容量之和，通过改变风电机组有功出力，模拟风速变化时风电场动态特性[49-51]。另外，在对电网故障下风电场动态特性进行仿真时，通常假设每台风电机组运行在额定状态[52-56]。
对于实际风电场而言，由于尾流效应的影响，风电机组的输入风速存在差异，因此会导致风电机组工况不同。即如果假设风电场内每台风电机组输入风速相同并等效成一台风电机组，则无法表征等效前风电场的实际运行状态；如果再将风电场内每台风电机组设定在额定运行状态，则在分析风电场运行特性对电力系统影响时，仿真结果会存在较大的误差，使结论偏于保守[57]。因此，对于装机容量较大的风电场，应考虑采用多台等效风电机组模拟风电场。
在建立风电场多机组等效模型时，首先需要对风电机组分组，再对归为一组的风电机组进行等效，并考虑风电场内部馈线。目前的研究主要是根据输入风速对风电机组进行分组，由于风电场尾流效应随输入风速、风向而变化，因此在根据输入风速对风电机组分组时，分组方式不是固定的，而是变化的。文献[43]提出了风电机组规则排列的风电场风向变化时机组分组方法，如图1-5所示。这种方法在三个特殊风向下把输入风速相等的风电机组归为一组，然后把归为一组的风电机组等效成一台机组，建立风电场多机等效模型，但是没有建立其他任一风向下的风电场等效模型；对于风电机组不规则排列的风电场，则认为连接在同一集电线路上的风电机组输入风速相同，并归为一组，等效成一台风电机组，最终把风电场等效成几台风电机组。显然，这种处理方法没有考虑风电场尾流效应的影响以及风速、风向的变化，认为风电机组分组是唯一的，风电场模型也是唯一的[58，59]，因此，利用这种分组方法进行风电场建模，是不符合风电场实际运行情况的。
除了根据风力机输入风速对风电机组分组外，还有根据电网故障清除时风电机组转速[60]、电网故障时双馈变速风电机组的桨距角控制动作情况[41]、风电机组仿真过程中的状态变量矩阵[40]等对风电机组分组的方法。文献[60]以故障清除时风电机组转速为机组分组指标，把风电场等效为多台风电机组，给出了风电机组各参数的计算方法、风电场集电线路的化简方法以及仿真建模过程，其仿真表明，所建立的多机表征模型能够准确地反映风电场并网点的动态特性；文献[41]为了解决风电场单机表征模型准确性差的问题和风速分类等效法的等效机组数目过多问题，以电网故障时双馈变速风电机组的桨距角控制动作情况为风电机组分群原则，提出了风电场动态等效建模方法，通过同群机组的合并、等效将风电场模型等效成三机表征模型，与传统的单机等效方法相比，三机表征模型能更准确地反映双馈变速风电机组风电场并网点的动态特性；文献[40]以双馈变速风电机组状态变量矩阵作为分群指标，利用聚类算法将矩阵中的数据进行分群，将同群的风电机组等效成为一台风电机组对风电场进行动态等效，利用等效模型与详细模型进行仿真比较验证了模型的合理性。
本书将从研究风电场运行特性以及对电力系统影响的角度出发，计及风电场内风电机组排列布置、风速和风向等因素建立风电场尾流模型，确定风电机组分组方法，进而建立考虑风电场拓扑结构、风速、风向变化的风电场等效模型，探索风电场建模方法在风电场并网研究中的应用。
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2023-06-28
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2023-06-28
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