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 风电场内时延效应的处理 大型风电场内, 自然风的传播 存在时间延迟. 图1中, 沿风速传播方向, 如果风速保持不变, 从上 游机组到下游机组平均时延定义为: τ= x v0 (

9 ) 考虑尾流影响后, 结合图1和式(

4 ) , 式(

9 ) 可表 示为: τ= ∫ x

0 d x vx = ∫ x

0 d x v0 1- ( 1- 1-CT ) r r o t r r o t +m x ? è ? ? ? ÷

2 é ? ê ê ù ? ú ú (

1 0 ) 式中: vx 为x 处尾流风速, 由式( 4) 可得.令p= ( 1- 1-CT ) , t= r r o t / ( r r o t+m x) , 则τ= ∫ r r o t r r o t + m x

1 - r r o t d t v0 m t

2 ( 1-p t

2 ) = r r o t v0 m - pa r c t a n (p t j ) j -

1 t ? è ? ? ? ÷

1 r r o t r r o t + m x (

1 1 ) 计算自然风传播的时延前, 需要确定自然风传 播到每台风机的顺序.为此需要沿自然风向先建立 空间坐标系. 一般, 每个地区都有盛行风向.文献[

3 8 G

3 9 ] 研 究结果表明, 短期内风向变化很小, 风机偏航系统能 够满足偏航需求.根据风电场内部空间关系及盛行 风向, 建立如附录 A 图A5所示的坐标系, 再根据风 向进行空间坐标变换.风机新坐标与原坐标关系 为: m ′=m? c o s φ- n? s i nφ n ′=m? s i nφ+ n? c o s φ { (

1 2 ) 式中: ( m? , n? ) , ( m ′, n ′) 分别为变换前、 后的风机 坐标;

φ 为盛行风向. 坐标变换后, 比较每天风机的横坐标, 即可确定 自然风传播的顺序, 再根据式(

1 2) 即可求得风机间 的时间延迟. 考虑风机自身机械特性及风电场内时延效应, 通过上述模型, 即可实现时间尺度上从分钟到小时 级平均风速到秒级风速序列的精确刻画, 从而得到 了风电场内风速时间上的分布特性.

3 考虑风机控制运行状态的风电功率计算 3.

1 考虑风机控制的风电功率输出 通过上述风速时空分布模型, 风电场内风机可 实现解耦, 即可对每台风机单独控制.风电场整体 输出可通过将每台风机出力求和得到. 类似于文献[

1 6,

4 0 G

4 3] , 由风速转换成风电功

2 3

2 0

1 5,

3 9 (

2 ) ?绿色电力自动化? h t t p : / / ww w. a e p s G i n f o . c o m 率时, 不考虑变流器的动态控制过程, 风机模型包括 空气动力学模型、 机械驱动链模型, 忽略齿轮箱的动 态, 风机的数学模型如下[

2 4,

4 4 G

4 9 ] : Tw-Tg l=J d ωg l d t γ ωg l= ωg h Tg l ωg l=Tg h ωg h=Pg Tw= Pw ωg l = 0.

5 π R2 ρ Cp c o s θ ωg l ì ? í ? ? ? ? ? ? ? ? (

1 3 ) 式中: Tw, Tg l, Tg h分别对应加在桨叶的转矩、 加在 齿轮箱低速轴的转矩、 加在齿轮箱高速轴的转矩;

J 为风机惯量;

γ 为齿轮箱变比;

ωg l, ωg h分别为低速轴 和高速轴转速;

Pw 为加在桨叶的功率;

R 为桨叶半 径;

ρ 为空气密度;

θ 为偏航角;

Cp 为风能利用系数. 由式(

1 3 ) 可得风机输出功率Pg 为: Pg= ωg l 0.

5 π R2 ρ Cp c o s θ ωg l -J d ωg l d t ? è ? ? ? ÷ (

1 4 ) Cp( λ, β) = c

1 c

2 λ i - c

3 β- c

4 ? è ? ? ? ÷ - c

5 λ i + c

6 λ

1 λ i =

1 λ+0.

0 8 β - 0.

0 3

5 β

3 +1 ì ? í ? ? ? ? (

1 5 ) 式中: λ 为叶尖速比, λ........