风电场的发电可靠性模型及其应用(2)

建立了风电场的发电可靠性模型,介绍了该模型在随机生产模拟和随机潮流分析等方面的应用。该模型考虑了风速的随机变化、不同风电场之间风速的相关性、风电机组的功率特性及其强迫停运率、风电机组的布置和尾流效应以及气温等因素对风电场输出功率的影响,揭示了风电场输出功率的统计规律。

　第3期　　　　　　　　　　　　　陈树勇等:　风电场的发电可靠性模型及其应用27

针对大型并网风电场规划中的特殊问题,本文提出了风电场的发电可靠性模型。在电力系统随机生产模拟中,该模型可以用来确定风电场的容量可信度和电力系统的可避免费用。基于随机潮流分析,该模型能够用来求解含风电场的电力系统线路潮流及节点电压的概率分布,因此可以确定风电场的稳态穿透功率极限。

式中　t为风电场的气温;1(t)为单位阶跃函数:当t<0时1(t)=0,当t≥0时1(t)=1。2.2　尾流效应的数学模型

尾流效应如图2所示,图中:风电机组安装在X=0处,X为沿风速方向距风电机组安装点的距离;R为风电机组转子半径;RW为X点处的尾流半径;V0和VX分别为吹向和离开风电机组的风速。

(1)平坦地形的尾流模型[3]

2　风电场的输出功率特性

2.1　风电机组的输出功率特性

平坦地形的尾流模型为

(4)

R+KX

　C,与风速和风电

VX=V0[1-(1-

标准空气密度条件下,风电机组的输出功率与风速的关系曲线称为风电机组的标准功率特性曲线,它可由厂家提供。在安装地点条件下,出功率特性曲线x),则它们之间的变换关系为[]

)0≤v<∞α

式中　v为风速;α为风速变换系数

x(v)=x0(

3

-CT)(

)2]

;

K,与风的湍流强(5)　　　　　K=kw(σG+σ0)/U

σG和σ式中　0分别为风电机组产生的湍流和自然湍流的均方差;U为平均风速;kw为一经验常数。

(1)

(2)

3

ρ式中　0为标准空气密度,取1.225kg/m;ρ为风

α=　　　　　　

电场的空气密度。

某风电机组的标准功率特性曲线和在国内某风电场(ρ=1.0029kg/m3)条件下的实际功率特性曲线如图1所示。

图2　尾流效应示意图

Fig.2　WakeeffectofWTG

　　因为VX是CT的函数,所以尾流效应与风电机

组的空气动力特性有关。

(2)复杂地形的尾流模型[4]

如果风电机组的下风向是复杂地形,假设未装风电机组和安装了风电机组两种情况下,X处的风速分别为V0X和V′X,令

VX=V0(1-dF)

VX=V0X(1-dC)

′

(6)(7)

式中　dF和dC分别为平坦地形和复杂地形对应的

图1　风电机组的功率特性曲线

Fig.1　Standard&practicalpowercurveforWTG

　　假设风电机组的工作气温是[tL,tH],当风电场

气温超过该范围时,风电机组会自动停机。因此,考虑气温时,风电机组的输出功率特性为

x(v)=x0(

)()()()α1t-tL1tH-t　0≤v<∞

(3)

风速下降系数。

假设未装风电机组时坐标O点和X点的压力相同,并且安装风电机组后平坦地形和复杂地形的尾流损耗相同,则可以得到

(8)dC=dF(V0/V0X)2该式能够较好地描述有损耗的非均匀风速场。

2.3　风电机群的输出功率特性由于尾流效应,风电场的输出功率不但与风速有关而且与风向有关,所以风电场的输出功率具有