一种多机等值的风电场调频计算方法及系统与流程

本发明涉及风电调频，具体为一种多机等值的风电场调频计算方法及系统。

背景技术：

1、随着可再生能源的广泛应用，尤其是风能在全球能源结构中的比重日益增加，风电场的稳定运行对电网的稳定性提出了新的挑战。传统的风电场主要侧重于最大化能量捕获，而对电网调频和稳定性的贡献相对有限。尤其在风力波动大的情况下，风电场对电网的频率稳定性影响显著。

2、现有技术主要关注单机的调频响应能力，但对于多机等值的风电场，如何综合考虑各个风机之间的相互影响，特别是尾流效应对整体风电场调频能力的影响，仍是一个技术难题。现有的风电场调频方法往往缺乏对风速变化、输出功率、有效动能变化量以及敏感数据概率的综合考量，从而限制了风电场在电网频率调节中的潜力。

技术实现思路

1、鉴于上述存在的问题，提出了本发明。

2、因此，本发明解决的技术问题是：现有的风电场调频方法往往缺乏对风速变化、输出功率、有效动能变化量以及敏感数据概率的综合考量，从而限制了风电场在电网频率调节中的潜力。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种多机等值的风电场调频计算方法，包括：采集风电场运行数据，获取风电场多机等值指标，计算风机调频能力因子。

4、建立电网频率偏差响应模型。

5、计算调频响应功率，分析风电场稳定性。

6、作为本发明所述的多机等值的风电场调频计算方法的一种优选方案，其中：所述风电场多机等值指标包括受尾流效应影响的风速、输出功率、有效动能变化量、敏感数据概率。

7、作为本发明所述的多机等值的风电场调频计算方法的一种优选方案，其中：所述受尾流效应影响的风速包括，

8、计算尾流速度：

9、

10、其中，vx表示上游风机在下游距离x处的尾流风速。v0表示来流风速。ct表示风机推力系数。r0表示风机风轮半径。rx是上游风机在下游距离x处生成的尾流半径。soverlap表示尾流影响区域面积。s0表示风机风轮面积。k表示尾流衰减常数。x表示尾流下游区域水平距离x点处。

11、风电场n行m列处风机风速vn,m表示为：

12、

13、其中，vij表示风电场第i行j列风机产生的尾流速度。n_row表示风电场一行风机的数量。n_col表示风电场一列风机的数量。

14、作为本发明所述的多机等值的风电场调频计算方法的一种优选方案，其中：所述输出功率表示为：

15、

16、其中，pn表示此时风机单位时间内可捕获的理论功率。cp表示风能利用系数。ρ表示风电场的空气密度。s表示叶轮扫掠面积。v表示风速，vin表示机组切入风速，vn表示机组额定风速，pm表示风电机组额定功率。

17、所述有效动能变化量表示为：

18、δek_wake＝δed+δep_wake

19、

20、

21、其中，δed表示转子动能变化量，δep_wake表示风能捕获的变化量，pd表示转子的功率，jd表示转子惯性矩，ω0表示无扰动状态下的转子角速度，ωmin表示最小角速度，r表示风力涡轮机的转子半径，cp表示功率系数，β表示叶片倾角，ωr表示转子的实际运行角速度，cpmax表示功率系数的最大值，ton表示开始时间，toff表示结束时间。

22、所述敏感数据概率表示为：

23、

24、其中，vavg表示风速平均值，ρavg表示空气密度平均值，σv表示风速标准差，σρ表示空气密度标准差。

25、作为本发明所述的多机等值的风电场调频计算方法的一种优选方案，其中：所述计算风机调频能力因子包括，将所述受尾流效应影响的风速、输出功率、有效动能变化量、敏感数据概率整合到积分公式中：

26、

27、其中，t表示考虑的总时间，α表示功率调节因子，β表示动能调节因子，γ表示敏感数据概率调节因子，ps(v(t),ρ(t))表示时间t的敏感数据概率。

28、作为本发明所述的多机等值的风电场调频计算方法的一种优选方案，其中：所述建立电网频率偏差响应模型表示为：

29、

30、其中，δf表示电网频率的实际变化量，fnom表示电网标称频率，k表示频率变化对功率调整的敏感度。

31、作为本发明所述的多机等值的风电场调频计算方法的一种优选方案，其中：所述计算调频响应功率，分析风电场稳定性包括，

32、调频响应功率表示为：

33、δp＝m·(px-ps)+n·f

34、其中，m表示调节系数，n表示频率响应系数，px表示当前功率需求，ps表示当前实际功率输出。

35、将δp与风电场行业标准规范规定的调频响应功率阈值pthreshold进行比较，分析风电场稳定性：

36、若δp≥pthreshold，表示风电场具有较强的调频能力，能有效地支持电网的频率稳定性。

37、若δp<pthreshold，则表示风电场的调频能力不足，需要额外的措施来维持电网的频率稳定。

38、一种多机等值的风电场调频计算系统，其特征在于：包括，

39、计算模块，采集风电场运行数据，获取风电场多机等值指标，计算风机调频能力因子。

40、建立模型模块，建立电网频率偏差响应模型。

41、分析模块，计算调频响应功率，分析风电场稳定性。

42、一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的方法的步骤。

43、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的方法的步骤。

44、本发明的有益效果：准确评估风电场的调频响应能力，从而有效提升电网的频率稳定性。通过综合分析尾流效应、风速变化、输出功率和动能变化等因素，本方法能更全面地考虑风电场内各风机的相互作用，优化调频响应策略。此外，该方法还可以辅助电网运营商更好地进行风电场的规划和管理，提高风电场的经济效益和运行效率。

技术特征：

1.一种多机等值的风电场调频计算方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的多机等值的风电场调频计算方法，其特征在于：所述风电场多机等值指标包括受尾流效应影响的风速、输出功率、有效动能变化量、敏感数据概率。

3.如权利要求2所述的多机等值的风电场调频计算方法，其特征在于：所述受尾流效应影响的风速包括，

4.如权利要求3所述的多机等值的风电场调频计算方法，其特征在于：所述输出功率表示为：

5.如权利要求4所述的多机等值的风电场调频计算方法，其特征在于：所述计算风机调频能力因子包括，将所述受尾流效应影响的风速、输出功率、有效动能变化量、敏感数据概率整合到积分公式中：

6.如权利要求5所述的多机等值的风电场调频计算方法，其特征在于：所述建立电网频率偏差响应模型表示为：

7.如权利要求6所述的多机等值的风电场调频计算方法，其特征在于：所述计算调频响应功率，分析风电场稳定性包括，

8.一种采用如权利要求1-7任一所述方法的一种多机等值的风电场调频计算系统，其特征在于：

9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。

技术总结
本发明公开了一种多机等值的风电场调频计算方法及系统，包括：采集风电场运行数据，获取风电场多机等值指标，计算风机调频能力因子；建立电网频率偏差响应模型；计算调频响应功率，分析风电场稳定性。本发明提供的多机等值的风电场调频计算方法及系统准确评估风电场的调频响应能力，从而有效提升电网的频率稳定性。通过综合分析尾流效应、风速变化、输出功率和动能变化等因素，本方法能更全面地考虑风电场内各风机的相互作用，优化调频响应策略。此外，该方法还可以辅助电网运营商更好地进行风电场的规划和管理，提高风电场的经济效益和运行效率。

技术研发人员：古庭赟,刘明顺,张后谊,范强,徐长宝,李博文,祝健杨,毛钧毅,冯起辉,林呈辉,徐玉韬,王国松,贺先强,高源,辛明勇,王宇
受保护的技术使用者：贵州电网有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/21