3考虑尾流效应的风电场风速分布.DOC

风电场的尾流效应 王杰 （华北电力大学，保定，071003）） 摘要：详细分析了尾流效应模型以及尾流效应对不同位置风机风速的影响,以某风电场为例得到了考虑以上因素时风电场的风速分布和实际输出功率，在此基础上，改进基于风电场端口输出特性的风电场等值方法。 0 引言 随着煤、石油、天然气等化石类非再生能源的日益枯竭和全球生态环境的不断恶化，风电作为一种可再生的洁净能源发展越来越快。但是由于风能具有随机性和间歇性的特点，风电场的输出功率也存在着周期性的波动，功率的变化会对电网产生一系列的影响，只要包括电压的波动和闪变、对接入点短路电流的影响、并网过程对电网的冲击、对频率的影响等等。因此建立合适的动态模型，准确地模拟风电场动态行为是仿真研究结果可信度的关键。 1尾流效应模型 基于风电场端口输出特性的风电场等值方法，未考虑由尾流效应对不同位置风机的影响，而统一的将所有风机的风速视为相等的。这样对于等值结果会造成一定的误差，本文意在将尾流所造成的风机输出功率不同的影响考虑在内而提高等值的精度。 在风电场中，各台风力发电机排列在不同的位置上。由于尾流的影响，坐落在下风向的风电机组的风速将低于坐落在上风向的风电机组的风速，一般称之为尾流效应。确定尾流效应的物理因素主要有机组间的距离、风电机组的功率特和推力特性以及风的湍流强度。 受尾流影响的风的湍流强度是： (1) 其中和分别是风电机组产生的湍流和自然湍流的均方差，是平均风速，通常情况下，=0.08，=0.12。 图1是尾流效应的Jensen模型，Jensen模型较好地模拟了平坦地形的尾流情况。 图1尾流效应模型 (Jensen模型) 假设风电场是均匀场，是两个风电机组的距离，叶轮半径和尾流半径分别是和；自然风速、通过转子的风速和受尾流影响的风速分别是，，。据动量理论有： （2） 式中为空气密度是一常数。令尾流下降系数，由于， 和风电机组的推力系数具有如下关系： （3） 所以 （4） 其中一般取0.2。 3 考虑尾流效应的风电场风速分布 图2 风电场风机布局图 以72台风机的风电场为例，假设该风电场是平坦分布的，忽略了地形因素，如图2所示，每台风机容量为600kW，半径为30m，整个风电场的装机容量为43.2MW。整个风电场分6部分，每部分包含12台风机，通过30kV电缆与升压站相连。沿电缆方向相邻风机间距离为350m，相邻两排风机间距离为850m， 由于风机布局的行距比较大，可以认为各行风机之间没有影响，而同一行的风机由于尾流因素会产生相互影响。相邻的上风向风机对下风向风机获得风能的影响可用Jensen模型中的公式，若风向为图 2所示方向，衰减常数以式计算 （5） 其中h为轮毂高度，为粗糙度，一般为0.002。 设各台风机＝0.2，风轮机高60m，叶片半径为30m，则由(4)式计算可得：=0.961 这样由于每行风机所在处速度相同，即每一行的运行点相同，因此同行的风机可以等值为一台机，比如（11）， 图3风电基础的功率输出特性曲线 3 考虑尾流效应的风电场等值方法 基于端口输出特性的风电场等值方法的原理是综合利用不同运行风速下的风电场输出特性中所包含的各种信息建立优化模型求解风电场的等值参数，即通过由几组风速与该风速下对应的风电场输出的组合作为该等值模型的输入信息得到几组等值参数，再通过模型的目标函数得到最优的等值结果。因此，风速与风速下的输出特性的确定对于模型等值结果的精度很重要。等值方法中没有考虑尾流效应，风电场测得的上风向风速视为每台风机获得的风速，而实际的风电场输出为,把(，)作为优化模型的输入，则等值结果会产生一定的误差，因此必须考虑尾流效应的影响。根据风电场的实际和风机参数，代入尾流效应模型，得到最接近风电场实际运行状态的每台风机的风速，通过风功率公式得到风场每台风机的平均风速，因此(，)才是优化模型中正确的是输入参数，这样得到的等值结果才是最精确的。 4结论 本文详细分析了尾流效应模型，以及对风电场的风速分布和风电场输出功率的影响，考虑了尾流效应提高了基于风电场输出特性的等值模型的精度。 5参考文献 [1] 王承煦, 张源. 风力发电. 中国电力出版社, 北京, 2003. [2] 孙建锋，焦连伟，吴俊玲，等．风电场发电机动态等值问题的研究.电网技术，2004，28(7)：58．61． [3] Feijóo A, Cidrás J, Camilo C. A third order model for the doubly fed induction machine[J].