PDF《考虑风速时空分布及风机运行状态的风电场功率计算方法》

2 2] , 以及风机运行状态( 正常运 行或故障检修) [

2 3 G

2 4] 直接影响风电场功率输出. 另外, 由于成本限制, 风电场建设前进行风能评 估时, 风速监测一般只精确到风电场级和分钟到小 时级;

风电场实际运行时, 风速预报的空间精度和时 间精度也不高[

2 5 G

2 6] .空间解析精度的提高有利于模 拟复杂地形处的风速时程;

而时间尺度的精确有利 于满足调度控制需求. 本文以风电场外特性为出发点, 即在风电场物 理结构下, 以区域内测风塔观测的分钟到小时级平 均风速和风向为输入, 输出风电场整体出力.为提 高输入风速的空间精度和时间精度, 研究风机地理 分布以及风机启停对尾流模型的影响, 计及风速在 空间分布的时延效应, 建立了考虑风速时空分布特 性的等效风速模型.在此基础上, 进一步考虑风机

0 3 第3 9卷第2期2015年1月2 5日Vol.39N o . 2J a n .

2 5,

2 0

1 5 D O I :

1 0.

7 5

0 0 / A E P S

2 0

1 3

1 2

0 9

0 0

2 h t t p : / / ww w. a e p s G i n f o . c o m 的机械特性及控制运行状态, 提出了风电场功率计 算方法.最后, 以实际风电场地理数据和风机参数 为基础的仿真算例验证了方法的可行性和合理性.

1 基于尾流模型的风速空间分布特性分析 当自然风经过风电场时, 风速方向上前后风机 的输入风速是不同的.由于上游风机的遮挡, 自然 风通过上游风机吹向下游风机时, 会对下游风机产 生强烈湍流, 下游风机的输入风速将小于上游风机 的输入风速, 这种现象称为尾流效应[

2 7 G

2 8] .而且, 风 机间相距越近, 尾流效应的影响越大. 1.

1 理想风机背后尾流 自然风通道示意图可参见附录 A 图A1, 根据 空气动力学中不可压缩流动理论[

2 9] , 自然风经过风 机后, 风机背面风速vw 0和风机输入风速v0 的关系 为: vw

0 v0 =( 1-2 a) = 1-CT (

1 ) 式中: a 为轴向感应系数, 为因叶轮旋转造成的风速 削减部 分与初始风速v0 之比;

推力系数CT =

4 a( 1- a) , 由风机厂商提供. 1.

2 J e n s e n尾流模型 目前, 有许多能用于模拟尾流效应的数学模型, 其中最常用的是J e n s e n尾流模型[

3 0] , 其 计算基础 为风机背后尾流线性扩张的假设.如图1所示, 假 设风机背 面尾流为线性扩张, 在距离上游风机x处, 尾流影响半径满足: r( x) = r r o t+m x (

2 ) 式中: r( x) 为x 处尾流影响半径;

r r o t为上游风机桨 叶半径;

x 为两台风机间的距离;

m =t a nα, α 为线 性扩 张角, 取值与地形有关, 一般陆地上t a nα= 0.

0 4 [

3 1 G

3 2 ] . 图1 风机背后尾流扩张示意图 F i g .

1 S c h e m a t i co fw i n dt u r b i n ew a k e e x p a n s i o n 自然风经过上游风机后, 下游风机接收的风速 包括尾流风速分量vw( x) 和自然风速v0 分量, 根据 动量定理, 得到: π r

2 r o t vw 0+π ( r

2 ( x) - r

2 r o t) v0=π r

2 ( x) vw( x) (

3 ) 式中: vw( x) 表示受上游风机影响, 其下游x 处的尾 流风速. 由式(

1 ) 至式(

3 ) 可得: vw( x) = v0 1-( 1- 1-CT ) r r o t r( x) ? è ? ? ? ÷

2 é ? ê ê ù ? ú ú (

4 ) 上述为两台风机之间的尾流模型, 下面描述模 拟风电场和风电场群中多台风机间的尾流模型及尾 流影响下的各风机平均输入风速. 设风电场中有 N 台机组, 区域内测风塔自然风 速为v0, 其中第j 台风机的平均输入风速不仅受到 距离其最近的机组的尾流影响, 同时也受到其他上 游机组的影响. 根据上游风机对下游风机的阴影遮挡面积, 将 尾流影响分成三类: 完全遮挡、 不完全遮挡、 不遮挡. 定义第k 台风机对第j 台风机的尾流影响因数为: B( j, k) = As h a d _ j k Ar o t _ j (