大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)動(dòng)態(tài)等值建模研究.pdf

1、新能源的開發(fā)利用業(yè)已成為世界各國能源發(fā)展的重要版塊，其中風(fēng)力發(fā)電技術(shù)相對(duì)成熟，因而發(fā)展勢(shì)頭十分迅猛，世界范圍內(nèi)風(fēng)電裝機(jī)容量不斷提升，與傳統(tǒng)火力發(fā)電廠供電模式不同，風(fēng)力發(fā)電廠輸出電能的隨機(jī)性及波動(dòng)性明顯，電力系統(tǒng)中風(fēng)電滲透率的持續(xù)增漲必然對(duì)大電網(wǎng)的安全穩(wěn)定工作產(chǎn)生影響。為了分析風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行對(duì)電力系統(tǒng)的潮流、電能質(zhì)量及調(diào)度等影響，首先應(yīng)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的建模進(jìn)行研究。對(duì)于大型風(fēng)電基地，內(nèi)部可能運(yùn)行數(shù)百架風(fēng)機(jī)，如果針對(duì)每一臺(tái)工作中的風(fēng)機(jī)都進(jìn)行詳細(xì)建

2、模，逐個(gè)分析，不僅增加了分析的時(shí)間成本，同時(shí)也是不必要的，因?yàn)閷?duì)風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)過程的分析，只關(guān)心風(fēng)電場(chǎng)視作一個(gè)整體對(duì)電力系統(tǒng)將產(chǎn)生哪些影響。所以在對(duì)風(fēng)電場(chǎng)建模時(shí)，考慮將風(fēng)電場(chǎng)做相應(yīng)的等值轉(zhuǎn)化處理。本文就DFIG型風(fēng)電機(jī)組所構(gòu)成的風(fēng)電場(chǎng)，分析了風(fēng)電場(chǎng)在不同情況下的建模方法，并應(yīng)用所建模型仿真對(duì)比了風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)過程中的暫態(tài)特性。
　　首先，論述了課題研究背景及發(fā)展現(xiàn)狀，體現(xiàn)了對(duì)風(fēng)電場(chǎng)建模研究的必要性，還對(duì)雙饋感應(yīng)式異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的基本組成及

3、工作原理進(jìn)行了介紹；對(duì)常用的風(fēng)速模型—風(fēng)速四分量模型、尾流效應(yīng)模型、風(fēng)力機(jī)模型等均予以介紹；還對(duì)風(fēng)場(chǎng)內(nèi)風(fēng)機(jī)連接的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及并網(wǎng)過程進(jìn)行了論述，為風(fēng)電場(chǎng)建模打下了理論基礎(chǔ)。
　　其次，對(duì)以往經(jīng)常使用的風(fēng)電場(chǎng)建模方法及依據(jù)做了簡(jiǎn)單介紹，綜合分析各種建模方法的利弊，本文決定采用基于機(jī)組聚類的多機(jī)等值方法進(jìn)行建模，并選取聚類方法中使用最廣范的K-均值聚類法對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行分組。本文提出以風(fēng)機(jī)輸入風(fēng)速為分群依據(jù)，首先應(yīng)掌握詳細(xì)的風(fēng)速數(shù)據(jù)，即風(fēng)場(chǎng)

4、內(nèi)各機(jī)組的時(shí)時(shí)輸入風(fēng)速值，在綜合考慮風(fēng)速、風(fēng)向變化、機(jī)組排列情況及尾流效應(yīng)影響下，將輸入風(fēng)速相近的機(jī)組聚合成一臺(tái)等值風(fēng)機(jī)，最后將風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)所有風(fēng)機(jī)等效成數(shù)臺(tái)等值機(jī)。有關(guān)依據(jù)輸入風(fēng)速作為機(jī)組分群依據(jù)的建模研究已有很多，因此本文研究的側(cè)重點(diǎn)則放在對(duì)各機(jī)組輸入風(fēng)速值的精確求取上；當(dāng)風(fēng)場(chǎng)內(nèi)部分機(jī)組風(fēng)速記錄儀出現(xiàn)故障，使得對(duì)應(yīng)機(jī)組輸入風(fēng)速數(shù)據(jù)錯(cuò)誤或缺失時(shí)，提出建立線性回歸方程，找出風(fēng)場(chǎng)內(nèi)每臺(tái)機(jī)組間輸入風(fēng)速的聯(lián)系，便可得到缺失的風(fēng)速值；此外本文還考慮

5、了目前我國風(fēng)力發(fā)電發(fā)展所面臨的一個(gè)實(shí)際問題，即風(fēng)電場(chǎng)發(fā)出電量無法完全被大電網(wǎng)吸納，進(jìn)而出現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)“空轉(zhuǎn)棄風(fēng)”情況，即人為降低風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電量（部分機(jī)組空轉(zhuǎn)、停機(jī)或增大葉輪槳距角），風(fēng)能利用效率降低。當(dāng)空轉(zhuǎn)棄風(fēng)發(fā)生時(shí)，之前所述的根據(jù)輸入風(fēng)速對(duì)機(jī)組進(jìn)行聚類分組的方法就會(huì)失效，此種情況下，本文提出了選取風(fēng)能利用系數(shù)作為機(jī)組聚類依據(jù)，建立風(fēng)電場(chǎng)多機(jī)等值模型。
　　再次，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)整體等值參數(shù)、等值機(jī)組參數(shù)的求取方法進(jìn)行了論述，包含發(fā)電機(jī)參數(shù)、軸

6、系參數(shù)、變壓器及補(bǔ)償電容器參數(shù)等；對(duì)風(fēng)電場(chǎng)整體集電系統(tǒng)的等值，針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)常用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：干線式及放射式連接方式的集電系統(tǒng)，等值阻抗的求取方法進(jìn)行了分析；應(yīng)用MATLAB/SIMULINK軟件建立了風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)詳細(xì)模型及多機(jī)等效并網(wǎng)模型，通過編程實(shí)現(xiàn)不同風(fēng)速、風(fēng)向、機(jī)組排列及尾流效應(yīng)作用下，各機(jī)組輸入風(fēng)速值的計(jì)算，并得出風(fēng)機(jī)間尾流效應(yīng)強(qiáng)弱受風(fēng)速、風(fēng)向的變化而發(fā)生改變，進(jìn)而影響風(fēng)電場(chǎng)功率輸出能力。風(fēng)速缺失時(shí)運(yùn)用MATLAB軟件建立各機(jī)組間輸入風(fēng)