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》

5 ) 式中: As h a d _ j k 为风机k 在风机j 处的投影面积;

Ar o t _ j 为风机桨叶扫风面积. 式(

5 ) 中, 完全遮挡和不遮挡的情况下, B( j, k) 分别为1和0;

不完全遮挡根据附录 A 图A2中不 同的遮挡形式, 投影面积分别计算如下: As h a d 1= r

2 ( x) a r c c o s d1 r( x) ? è ? ? ? ÷ + r

2 r o t a r c c o s d-d1 r r o t ? è ? ? ? ÷ -d Z (

6 ) As h a d 2= r

2 ( x) a r c c o s d2 + r

2 ( x) - r

2 r o t

2 d r( x) ? è ? ? ? ÷ + r

2 r o t a r c c o s d2 + r

2 r o t- r

2 ( x)

2 d r( x) ? è ? ? ? ÷ -d Z (

7 ) 式中: d, d1, Z 为距离, 具体参见附录 A 图A2. 最后, 集合所有机组对机组j 的尾流影响, 有vT j = v0 1- ∑ k B( j, k)1- vw a k e _T k v0 ? è ? ? ? ÷

2 é ? ê ê ù ? ú ú (

8 ) 式中: vT j 为第j 台风机的平均风速;

vw a k e _T k 为根据 式(

4 ) 计算出的第k 台风机的尾流风速;

B( j, k) 为第k 台风机对第j 台风机的尾流影响因数. 考虑风机分布和地形、 平均风速及风向等因素 影响, 通过上述尾流模型, 即可实现空间尺度上从风 电场区域平均风速到风电机组处平均风速的精确刻 画, 从而得到了风电场内风速空间上的分布特性.

2 基于平均风速模拟的风速时间分布特性 分析 通过上述尾流模型, 可根据测风塔观测风速( 风 电场区域) 计算每台风机的风速.此风速为轮毂高

1 3 孙辉, 等 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 度处平均风速, 一般是10min到1h 内的平均风速.但在电力系统中,

1 0m i n及以上时间尺度的风 电功率输出可以满足调度的需求;

但对调频而言, 系 统频率恢复时间最低可至毫秒级, 最高到分钟级, 秒 级的风电功率波动对系统频率影响不可忽略.因此, 有必要进一步提高风速模拟的时间精度. 2.

1 风机转轴处风速计算 由于风机的桨叶旋转采样[

3 3 ] 、 塔影[

3 4] 、 风剪切 效应, 以及风机机械系统的惯性作用, 风机轮毂高度 处的风速和风机转轴处的风速是不一样的.本文提 出了一种考虑风紊流特性及风机自身机械作用, 从 轮毂高度处分钟到小时级风速平均值到风机转轴处 秒级风速的变换方法, 实现了单台风机风速在时间 尺度上的精确刻画. 如图2所示, 等效风速模型分成轮毂风速和转 轴风速模型两部分. 图2 等效风速模型结构 F i g .

2 S t r u c t u r eo f e q u i v a l e n tw i n ds p e e dm o d e l 轮毂风速模型的输入为轮毂高度处分钟到小时 级平均风速vm , 输出为由平均风速叠加白噪声产生 的风机轮毂高度处风速秒级时间序列vh u b. 转轴风速模型的输入为轮毂高度处风速vh u b以 及转子位置角θ r, 输出为考虑湍流、 旋转 采样及风 轮空间平均效应后的风机转轴处等效风速秒级时间 序列vw i n d. 根据轮毂高度处平均风速, 可模拟1 0~2 0m i n 内的风机转轴处等效风速;

同时, 根据转子位置角, 还可模拟因桨叶旋转采样产生的不同的湍流幅值. 需要指出的是, 塔架对气流的阻挡导致的风速 减小的现象, 即塔影效应[

3 5] , 在图2的模型中未考 虑.目前主流风机类型为上风向风机, 即风轮位于 塔架前方.对于上风向风机而言, 由于风轮在塔架 前方, 相比于下风向风机受到塔架的影响较小[

3 6 G

3 7] , 对风机输出影响较小, 因此忽略了塔架的影响. 模型的具体模块如附录 A 图A3所示.轮毂风 速模型和转轴风速模型由 K a i m a l滤波器 HK F( s) 、 零阶滤波器 HZ F ( s) 及三阶滤波器 HT F ( s) 级联组 成.同时模型还包括三个统一的白噪声发生器WN, 此发生器由PowerFactory软件内置的ElmN o i s e模块提供. P o w e rF a c t o r yD I g S I L E NT 中等效风速模型仿真结果见附录 A 图A4. 2.