风电场有功功率探析,风力机从风中捕捉风能

2023-06-28 理论教育版权反馈

【摘要】：图6-1 某典型的风电机组功率曲线对于已建的某确定位置风电场，空气密度、风力机叶轮半径都可认为是不变的，因此对风力机输出功率影响较大的是风速v和风力机功率系数Cp。风电场是由大量分散布置的风电机组组成的，其有功出力是风电场内所有风电机组有功出力之和。由第4章研究可知，风电场输入风速和风向同时影响风电场内每台风电机组的输入风速，因此，风电场的有功输出随风电场输入风速和风向的波动而变化。

风力机从风中捕捉风能，转换为机械功率（P_turb）输出，其表达式为

式中，P_turb为风力机从风中捕获的风能（W）；ρ为空气密度（kg·m^-3）；R为风轮半径（m）；v为风电机组输入风速（m·s^-1）；β为叶片桨距角（°）；λ为叶尖速比，，其中ω_t为风力机转速（r·min^-1）；C_p为风力机的功率系数。

图6-1 某典型的风电机组功率曲线

对于已建的某确定位置风电场，空气密度、风力机叶轮半径都可认为是不变的，因此对风力机输出功率影响较大的是风速v和风力机功率系数C_p。某典型的风电机组功率曲线如图6-1所示^[1]。

当风速较小（低于额定风速）时，风力机保持其功率系数恒定（如始终保持最大值）；当风速变化时，风力机的输出功率按照风速的三次方规律变化，也就是说，风力机输出功率的变化比风速的变化更为剧烈，如图6-1中A-B段功率曲线所示。

当风速大于额定风速小于切除风速时，定桨距风力机利用叶片失速控制或变桨距风力机利用桨距角控制，都能调节风力机的功率系数，以减少风能吸收和机械功率输出，使风速在额定风速和切除风速之间变化时风电机组输出功率保持恒定，如图6-1中B-C段功率曲线所示。

当风速超过切除风速时，风电机组就会停机，输出功率骤降为零，如图6-1中C-D段功率曲线所示。

对于电力系统，由于风速超过切除风速引起的大额风电功率缺失会导致电力系统突然出现大量的功率缺额。在暴风突然来临时，就可能出现这种情况，在暴风过后，风速下降到低于切出风速时，风电机组不会立即重新起动，而是需要一个很长的延时，以确保强风已经过去而不会马上再次面临超速停机，具体延迟时间取决于风机的制造技术（是桨距角控制、失速控制还是变速控制等）及机组的运行范围。风电机组通常在风速下降3～4m/s后开始重起，如图6-1中E-F段功率曲线所示，这称为滞后曲线。

风电机组输出功率随风速变化而变化。风电场是由大量分散布置的风电机组组成的，其有功出力是风电场内所有风电机组有功出力之和。由第4章研究可知，风电场输入风速和风向同时影响风电场内每台风电机组的输入风速，因此，风电场的有功输出随风电场输入风速和风向的波动而变化。

风电场有功功率探析,风力机从风中捕捉风能

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