专利名称：计及风电场输入风速和风向随机波动的风电机组分组方法
技术领域：
本发明涉及一种风电机组分组方法，特别涉及一种考虑风电场输入风速、风向随 机波动及风电机组间尾流效应的风电机组分组方法，用于大型风电场的建模及并网分析。
背景技术：
随着我国近年来风力发电的快速发展，进行风电场接入电力系统的研究和评估、 开展系统及关键节点接纳风电能力的研究是当前风电发展中迫切需要解决的重要问题。从 电力系统的角度来看，对风电场进行研究所关心的不是风电场内部每台风电机组的特性而 是风电场作为一个整体的动态特性以及对电力系统的影响。因此，风电场接入电力系统分 析时需要建立满足分析要求的动态模型。风电场不同于常规的发电厂，风电场是由大量分散布置的风电机组群组成的。由 于上游风电机组的风轮对下游风电机组风轮的遮挡，下游风电机组的输入风速就低于上游 风电机组的输入风速，风电机组相距越近，它们之间的影响越大。大型风电场通常由几十台 甚至数百台风电机组组成，为了充分利用土地资源，这些风电机组不可能相距太远。风电场 内每台风电机组的输入风速除了都随着风电场来风风速和来风风向的波动而波动外，风电 机组间的尾流效应还可能使得不同安装地点的风电机组输入风速具有明显差异，造成同一 时刻风电场内风电机组的运行状态不完全相同。因此，在建立风速波动情况下并网风电场 动态模型时，应首先考虑风电场输入风速和风向的随机波动以及风电机组间尾流效应的影 响，根据风电机组的运行情况对风电机组进行分组，然后再建立风电场等值模型。目前，现有风电机组分组方法有(1)把风电场内所有风电机组归为一组。它分两种情况，一是不考虑风电机组间的 尾流影响，认为风电场内所有风电机组的输入风速都相同，把它们归为一组并等效成一台 风电机组，然后建立风电场等值模型；二是考虑风电机组的输入风速不同，但仍把输入风速 不同的风电机组归为一组，在风电机组等效过程中，风力机和发电机处理方法不同，只是对 风电机组的发电机进行等值，而没有对风力机等值，这样把归为一组的风电机组等值成一 台等值发电机与多台风力机的组合。(2)连结于同一条集电线路上所有风电机组都归为一组，并将它们等效成一台风 电机组。(3)对于风电机组排列布置规则的风电场，按照风电机组安装位置进行分组。如海 上风电场，假设与风电场来风风向垂直的每排风电机组输入风速相同，将每排风电机组归 为一组并等效成一台等效风电机组。(4)当风电机组排列布置不规则时，根据发电机的机械暂态数学模型的特征根对 双馈风电机组分组。(5)利用电力系统动态等值方法中的功率相关性确定风电场内的风电机组分组， 应用相关等效方法模式对风电场进行等效。综上所述，在对风电机组分组时，没有考虑风电场输入风速和风向随机变化及风电机组间尾流影响对风电机组分组的影响。风电场输入风速、风向和风电机组间尾流影响 直接影响每台风电机组的输入风速，并且随风速和风向的随机波动而变化，因此风电场内 风电机组的分组也应是随机变化的。因此，计及风电机组的运行状况合理对风电机组分组 建立风电场动态模型是非常必要和具有实际意义的。
发明内容
本发明的目的是考虑风电场输入风速、风向的随机波动及风电机组间尾流效应对 风电机组分组的的影响，提出根据3维相关系数矩阵对风电机组分组的方法，给出计算风 电机组相关系数的方法和利用此系数计算每组风电机组等效输入风速的方法。利用此方法 可建立风电场的随机模型，研究风电场输入风速和风向随机波动时风电场输出特性。本发明为实现上述目的，采用的技术方案是1.风电机组输入风速的确定风通过上游风轮向下游传播的途径可以用如
图1所示的N. 0. Jensen尾流模型来 表示。图1中风电机组安装在0处，x是沿着经过风轮后的风向离开风电机组的距离；rMt 是风轮半径;Arat为风轮所扫掠的面积；a是圆锥顶点因数；r(x)是风轮在x处圆锥面的投 影半径，也叫风轮在x处的尾流半径r (x) = rrot+tan a . x(1)式中tana = k为尾流衰减常数，它表示风经过风轮后沿风轮轴的方向向下传播 时，每传播1米风轮投影面半径增加的长度，可由下列经验公式给出
^^ (2)7 I Z )
in -----
Ve)式中Z为风机水平轴中心高度；re为地表粗糙度。根据风电场地形地貌特征，k的 取值如表1所示。表1尾流衰减常数的取值
地形分类尾流衰减常数k地形描述海平面0. 04湖面、海面水和陆地混合0. 052水面和陆地混合，也适于非常平滑的地形非常开阔的草原0. 063没有交叉的栅栏、分散的建筑物、平滑的山开阔的草原0. 0751250米以外有8米高的建筑物和障碍物有建筑的草原0. 083800米以外有8米高的建筑物和障碍物树木和草原0. 092250米以外有8米高的建筑物和障碍物、密级的植被
权利要求
计及风电场输入风速和风向随机波动的风电机组分组方法，其特征在于考虑了风电机组间尾流效应、风电机组排列布置和风向对风电机组尾流效应的影响；考虑风电场输入风速和风向的随机波动，提出了利用3维相关系数矩阵对风电机组分组的方法。
2.根据权利要求1所述的一种考虑风向对风电机组分组的影响，其特征在于考虑风 电机组根据轮毂高度的风速计和风向标使风轮随着风向变化而旋转，计算上、下游风电机 组的遮挡面积。
3.根据权利要求1所述的一种考虑风电场输入风速和风向的随机波动情况下对风电 机组分组的方法，其特征在于提出了计算风电机组相关系数的方法。
4.根据权利要求1所述的一种考虑风电场输入风速和风向的随机波动情况下对风电 机组分组的方法，其特征在于根据风电机组的3维相关系数矩阵，提出在同一风向下每个 风速间隔内把相关系数相等的风电机组归为一组的分组方法。
5.根据权利要求1所述的一种考虑风电场输入风速和风向的随机波动情况下对风电 机组分组的方法，其特征在于提出了在已知风电场输入风速，利用风电机组的相关系数计 算出每组风电机组的等效输入风速的方法。
6.根据权利要求1所述的一种考虑风电场输入风速和风向的随机波动情况下对风电 机组分组的方法，其特征在于利用3维相关系数矩阵对风电机组分组，可以实现随风电场 输入风速和风向随机波动对风电机组分组，并为建立风电场随机模型做准备。
全文摘要
本发明公开一种风电机组分组方法，该方法考虑风电场输入风速、风向随机波动及风电机组间尾流效应，提出利用风电机组的相关系数对风电机组分组的方法。技术方案包括考虑风电机组之间尾流效确定风电机组的输入风速；研究风向变化对风电机组输入风速的影响；通过对风电场每个风速和风向间隔内风电机组相关系数的计算可以得出一个3维的相关系数矩阵；在同一风向下的每个风速间隔内，把相关系数相同的风电机组归为一组完成风电机组的分组。此方法克服了以往不考虑风电场来风风速、来风风向变化和风电机组间的尾流影响，或只按照其中某一因素对风电机组分组带来的影响；利用此方法可方便查询风电场输入风速和风向变化时风电机组分组情况，并计算出每组风电机组的等效输入风速，建立风电场的随机模型，进一步决定风电场的出力，研究并网风电场的输出特性及对电网运行特性的影响，同时为电网调度部门合理安排生产计划、减少系统备用容量提供了较为准确的风电数据。
文档编号F03D9/00GK101949363SQ20101029731
公开日2011年1月19日 申请日期2010年9月21日 优先权日2010年9月21日
发明者于群, 曹娜 申请人:山东科技大学