尾流效应对风电场输出功率的影响
尾流效应对风电场输出功率的影响
尾流效应对风电场输出功率的影响3I m p act of W ind T u rb ine W ake on W ind Pow er O u tp u t国家电力公司电力科学研究院 陈树勇 戴慧珠 白晓民 周孝信 (北京100085) 3国家“九五”科学技术攻关项目【摘要】 研究了风电机组尾流效应对风电场输出功率的影响,提出了风电机组效率矩阵、风电机组的功率特性矩阵,以及等效输出功率特性等新的概念和相应的算法,从而建立了比较全面的风电场输出功率和风速的关系模型,为研究并网风电场运行和规划方面的有关问题奠定了基础。
【关键词】 风电 尾流效应 功率特性Abstract A novel model fo r si m ulating the relati on 2sh i p betw een w ind speed and w ind pow er p lant output has been developed ,in w h ich the w ind turbine w ake effects is integrated .Som e useful concep ts ,such as w ind pow er efficiency m atrix ,w ind turbine generato r pow er m atrix and equivalent pow er characteristics ,are defined ,and m ethods fo r calculati on are given .T h is paper p rovides an i m po rtant foundati on fo r studying technical and econom ical p roblem s concerned w ith gridconnected w ind farm s in pow er system opera 2ti on and p lanning .Key words w ind pow er w ake effects pow er out 2put0 前言在研究并网风电场运行和规划方面的有关问题(如:潮流计算、稳定计算、短路计算和随机生产模拟等)时,需要确定风力发电机组(以下简称风电机组)和风力发电场(以下简称风电场)的输出功率。
考虑尾流影响时风电场功率最大化优化控制
电气传动2020年第50卷第12期ELECTRIC DRIVE 2020Vol.50No.12摘要：提出一种考虑尾流效应时风电场最大功率优化控制策略。
针对风向变化及尾流叠加问题，基于笛卡尔坐标变换的方法，建立了不同地形下尾流与风轮交汇面积的计算方法。
在风电场布局确定的情况下，利用粒子群算法优化每台机组的轴向诱导因子，为了减小机组的载荷，采用先调节转速，再调节桨距角的方案，从而确定使得风电场功率最大时每台机组的转速和桨距角，对16台风电机组进行仿真研究，仿真结果表明，与传统单机最大风能跟踪方式相比，所提出的优化控制策略使得风电场功率明显增加。
关键词：风力发电机组；尾流模型；粒子群算法；功率优化；风电场中图分类号：TM31文献标识码：ADOI ：10.19457/j.1001-2095.dqcd20072Optimal Control of Wind Farm Power Maximization Considering Wake EffectLIU Jun ，CAO Mengjiao（College of Automation and Information Engineering ，Xi ’an University of Technology ，Xi ’an 710048，Shaanxi ，China ）Abstract:A maximum power optimization control strategy for wind farms considering wake effect was proposed.Aiming at the wind direction change and wake superposition problem ，based on the Cartesian coordinate transformation method ，the calculation method of the intersection area of wake and wind turbine under different terrains was established.In the case where the layout of the wind farm was determined ，the particle swarm optimization algorithm was used to optimize the axial induced factor of each unit.In order to reduce the load of the unit ，the scheme of first adjusting the rotational speed and then adjusting the pitch angle was adopted so as to determine the speed and pitch angle of each unit when the power of the wind farm was maximized.The simulation of 16wind turbines were carried out ，the simulation results show that compared with the traditional single-machine maximum wind energy tracking method ，the optimized control strategy proposed makes the wind farm power increase significantly.Key words:wind turbine ；wake model ；particle swarm optimization ；power optimization ；wind farm考虑尾流影响时风电场功率最大化优化控制刘军，曹梦娇（西安理工大学自动化与信息工程学院，陕西西安710048）作者简介：刘军（1963—），男，博士，教授，Email ：近年来，随着风电机组容量和风电场规模的不断增大，尾流效应对风电场功率的影响也逐步显现。
风力发电机组的尾流效应研究与优化
风力发电机组的尾流效应研究与优化引言随着对可再生能源的需求不断增长，风力发电作为一种清洁且可持续的能源形式受到了广泛关注。
然而，风力发电机组在发电过程中会产生尾流效应，这一效应对于机组后方的发电机组和环境都会产生一定影响。
因此，研究和优化风力发电机组的尾流效应显得非常重要。
尾流效应及其影响尾流效应是指风力发电机组运转时，机组旋转的风叶会引起机组后方的气流下降速度增加、气压增大以及湍流强度增加等情况。
这种气流扰动会对机组后方的其他发电机组以及周围环境造成一定的影响。
对于机组后方的发电机组来说，尾流效应会导致其收到来自前方机组产生的湍流扰动，从而减少了被风力利用的效率。
尤其在多台机组并网的情况下，若未对尾流效应进行优化，会导致前排发电机组产生明显的功率损失。
因此，研究尾流效应对发电效率的影响，并针对性地进行优化，对于提高整个风电场的发电能力至关重要。
另一方面，尾流效应还会对周围环境产生影响。
高速下降的气流会导致周围地面气温升高、湿度降低以及土壤水分蒸发速度加快，可能对农作物生长和土地利用产生一定的负面影响。
此外，尾流效应还可能对气象和大气环境产生一定的干扰。
因此，优化风力发电机组的尾流效应对于减少对周围环境的负面影响具有重要意义。
尾流效应的研究方法研究风力发电机组的尾流效应通常采用实地观测、数值模拟以及风洞试验等方法。
实地观测是直接观察机组运转时尾流效应的发展和变化情况。
通过布设风速仪、湍流传感器以及气象观测设备等，可以获取到尾流效应产生的数据，并分析其对发电机组和环境的影响。
这种方法可以提供实际运转状态下的尾流效应数据，对于研究和优化具有重要参考价值。
数值模拟是通过计算流体力学方法对尾流效应进行模拟和分析。
研究人员利用风力发电机组的几何参数和运转条件建立数学模型，运用计算流体力学软件模拟机组运转时的风流场分布、湍流强度以及气压分布等信息。
通过数值模拟可以更为全面地了解尾流效应的分布和变化规律，并指导优化设计。
考虑地形影响及尾流效应的风电场可靠性分析
考虑地形影响及尾流效应的风电场可靠性分析杨子成【摘要】现今大型风电场通常安装于山区、丘陵等风能资源丰富的山区,自然界风在流过这些地区时,由于地形复杂、机组间存在遮挡等因素,使得流过每台风力机的风速不尽相同,直接影响风电场的输出功率.为提高风能利用率、增加风电场输出功率,对所建风电场基于序贯蒙特卡罗模拟法,在综合考虑风速变化模型、所建地形影响及机组间尾流效应的情况下,对机组排列进行最优分布,并分析并网后系统的可靠性.该研究结果对于风电场规划选址、设计机组排列布局以及提高并网风电场经济效益等方面具有重要的理论指导意义.【期刊名称】《电气技术》【年(卷),期】2017(000)001【总页数】6页(P71-76)【关键词】地形影响;尾流效应;最优分布;可靠性分析【作者】杨子成【作者单位】国网山西省电力公司,太原 030001【正文语种】中文近些年，随着日益严重的环境问题，风能作为一种清洁的可再生能源，受到人们越来越多的广泛关注，风力发电技术也得到了迅猛发展。
自然界流过的风速直接决定着一台风力机的输出功率。
由于风速随机变化的不确定及不可控，使得统计风电机组输出功率的范围波动很大，因此，建立有效的风速概率模型[1]，了解风速的统计特性，是计算风电场输出功率的首要重点工作。
现今大型风电场通常安装在山区、丘陵等风能资源丰富但地形结构却比较复杂的地方，地形影响使得流过每台风力机的风速不尽相同，直接影响每台风力机的输出功率[2]。
故深入分析山区、丘陵等地形特点对风速变化的影响规律，如文献[2]所述，对于统计风电场输出功率、分析并网系统可靠性以及风电场规划选址等有重要的现实意义。
处于同一风电场的风电机组，由于上风向机组会对下风向机组造成一定遮挡，即尾流效应[3-5]，会造成下风向机组风速及输出功率的大幅降低，因此，为更高效地利用风力资源，实现风电场经济效益最大化，迫切需要对风电机组的排列进行最优分布[3,5-7]，迫切需要对并网后系统进行详细、准确的可靠性分析[6-7]。
考虑尾流效应的风电场减载出力优化控制
考虑尾流效应的风电场减载出力优化控制近年来，随着风电行业的不断发展，风电场逐渐成为一种重要的可再生能源，越来越受到人们的关注。
然而，在风力机组的运行过程中，要面临不同风速带的不同风速工作。
而在一些大型风电场中，风机的密度很高，尾流效应将使得下风风机受到影响，导致发电效率降低，甚至损坏发电设备。
因此，减载出力优化控制成为了风电场优化管理的重要手段之一。
本文将探讨如何考虑尾流效应进行减载出力优化控制，提高风电场的效益和稳定性。
一、尾流效应及其影响尾流是指高速运动的空气流到与其平行的静止物体后所形成的一种能量损失的空气流动现象。
在风电场中，由于风向与地面大体平行，风力机组受到风的影响后，会形成尾流。
尾流由高速流在下方涡核两侧的涡街和低速流两部分构成，随着距风机的远近，尾流逐渐扩散。
尾流的形成会对下风风机产生影响，降低下风风机的产电和叶片的寿命。
具体表现为：（1）降低下风风机的产电量：下风风机由于处于前一台风机的尾流区域内，收到了前一台风机吸走的部分风能。
由于空气的不可压缩性，这些被吸走的风量等于后一台风机的风量，即下风风机的生成能力减小，左右相当于实现了减载。
（2）影响叶片的寿命：尾流导致了下风风机背面的非常规进风方向，造成了垂直轴向的风接触。
这种风接触使得下风风机部分的叶片受到振动和产生疲劳，从而降低了风机的寿命。
综上所述，尾流效应对风电场运行造成了不小的影响，因此，必须要采取一定的措施进行控制和优化。
二、减载出力优化控制在风电场中，减载出力优化控制是一种重要的措施，可以有效地缓解尾流效应对下风风机的影响，提高风电场的效益。
具体来说，减载出力优化控制可以通过降低前一台风机的功率来减小其尾流区域内的风速，从而减少下风风机的受影响范围。
一般来说，减载出力优化控制的原则是尽可能地保证风电场的总发电量不受影响。
在实践中，减载出力优化控制主要包括两种方法：一种是基于功率的减载控制，另一种是基于叶尖速度的减载控制。
探析风电场群间尾流效应对于发电量的影响
电力系统Electric System2020年第24期2020 No.24电力系统装备Electric Power System Equipment1 风电场群间尾流效应分析文中选取宁夏两个风电场群作为分析研究对象，其风电场群有如下特性：（1）两个风电场群地势均相对平坦，主风向稳定且相对集中；（2）风电场群（一）风机排布较规则；风电场群（二）风机排布无规则。
基于风电场群实时测风塔数据进行流场测量，揭示大型风电场群上下游风电场间尾流效应的影响。
1.1 风能资源参数选取和计算风电场群（一）位于宁夏回族自治区贺兰山南段，地势开阔且平坦，局部有起伏，海拔1300~1400 m ，由于风场处于咽喉狭窄地带，风电场主导风向西北风，年盛行风向及风能风向一致且稳定，月平均风速呈现明显的季节性变化，春季风速最大，秋季风速最小。
风电场群（一）分五期建设，总装机169台，装机容量18.3万kW 。
风电场群（一）周围先后设有11座测风塔，本次采用其中2座测风塔数据分析尾流效应。
风电场群（二）场址位于宁夏回族自治区吴忠市太阳山开发区境内，海拔1400~1430 m ，为半荒漠土地，地势平坦开阔，风电场主导风向东南偏南风，风场年盛行风向及风能风向一致且稳定，风电场群（二）分七期建设，总装机271台，装机容量34.3万kW 。
风电场群（二）周围先后设有7座测风塔，本次采用数据完整的1座测风数据分析尾流效应。
风电场群的计算均采用美国航天局SRTM 信息地图资料作为风电场地形图的来源，运用MeteodynWT 软件对该区域进行风资源评估，并得到该区域的尾流效应平均折减率和年平均发电量。
1.2 风电场群（一）尾流效应图1 风电场群（一）风机机位图图2 风电场群（一）风能分布模拟图由图1、图2可见，风电场群（一）的风向风况较单一，前三期风场风机机位排布规律，其在盛行风向上机组相隔为360 m 左右，约为6倍风轮直径，在垂直于盛行风向上机组间相隔240 m 左右，约为4倍风轮直径。
尾流对风力发电机组的影响
尾流对风力发电机组的影响作者：雷启龙、黄瑞芳、李高峰黄瑞芳工作单位：内蒙古电力工程技术研究院内蒙古邮编： 010010 雷启龙、李高峰工作单位：国华（河北）新能源有限公司邮编： 076750摘要：由于大型风电场风力发电机组数量众多，占地面积较大，风力发电机组间尾流效应将对风电场并网点输出特性有较大的影响。
以定速机组风电场为例，在电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC平台上，搭建了25台750kW风电机组组成的风电场模型。
分析结果表明，尾流效应会造成风电场的风能损失。
在风电场接入电网检测中，需要考虑尾流效应的影响。
（文章题目主要是想说尾流对单个风力发电机组的影响，比如对叶片、对变桨控制、对机组振动、对其他自动控制等影响正常运行的分析）关键词：风电场；风力发电机组；尾流效应；输出特性1 引言随着风电技术的快速发展，以及风力发电在电力系统中比重的持续增加，大型风电场通常由几百台甚至上千台风电机组组成。
为准确分析大型风电场的动态行为，机组间尾流效应值得关注。
当研究风电场等值模型或风电场对电力系统的影响时，通常假定风电场内所有风电机组的风速相同。
实际上，当风吹过风力机时会损失部分能量，表现为风速的降低。
在风电场中，前面的风电机组要遮挡后面的风电机组，因此，处于下风向风电机组的风速小于上风向风电机组的风速。
风电机组相距越近，前面风电机组对后面风电机组风速的影响越大，这种现象称为尾流效应。
以5排、每排间距为400m的风电场为例，假定风速为8m/s，风穿过整个风电场的时间至少需要3min。
因此，尾流效应将对风电场输出特性有重要的影响。
国家电网公司于2009年2月颁布了风电场接入电网技术规定。
技术规定中给出了风电场接人电网的技术要求，对风电场最大功率变化率和风电场并网点电压偏差以及风电场接人电网检测有了明确规定。
在风电场接入电网检测中，需要尾流效应对风电场并网点特性的影响。
鉴于此，本文以PSCAD/EMTDC为研究平台，搭建了25台定速风电机组组成的风电场。
考虑尾流效应的风电场有功功率控制策略研究
考虑尾流效应的风电场有功功率控制策略研究尾流效应是指当一台风力发电机转动时，其旋转叶片所形成的气流将影响其后方的其他风力发电机的工作效率。
同时，研究表明，风力发电机之间的距离越近，尾流效应越显著。
因此，在风力发电场中，采取合理的有功功率控制策略可以有效减少尾流效应对发电量的影响，提高电站发电效率和经济效益。
有功功率控制策略是指通过改变风力发电机的输出功率来控制尾流效应。
在风力发电场中，制定合理的有功功率控制策略需要考虑以下因素：首先，风速是影响风力发电机输出功率的重要因素。
因此，在制定有功功率控制策略时，需要根据实际风速情况调整发电机的输出功率。
具体来说，当风速较低时，提高发电机的输出功率可以降低尾流效应的影响；当风速较高时，适当降低发电机的输出功率可以减少尾流效应对后方风力发电机的影响。
其次，风向也是影响风力发电机尾流效应的重要因素。
因此，在制定有功功率控制策略时，需要考虑风机之间的布局和方向，使得风机之间的相互作用最小化。
具体来说，在风向相同的情况下，应尽量避免将风机布局在同一直线上，而应将风机布置为互相错开的方式，以最大限度地减少尾流效应的影响。
最后，风力发电场中的风机数量和类型也会对有功功率控制策略的制定产生影响。
在小型风力发电场中，风机数量相对较少，且类型单一，因此可采取较为简单的有功功率控制策略。
而在大型风力发电场中，风机数量较多，类型较复杂，因此需要采用更加复杂的有功功率控制策略，以保证风力发电机之间的相互作用最小化。
在实际应用中，考虑尾流效应的风力发电场有功功率控制策略可分为两种：集中控制和分散控制。
集中控制策略通常通过预测风速和风向等气象因素，控制整个风电场内的所有风机，以最大化整个风电场的发电效率。
分散控制策略则将每个风机都设置为独立控制单元，通过风机之间的通讯和协调来最小化尾流效应的影响。
总之，考虑尾流效应的风力发电场有功功率控制策略是提高风力发电场经济效益和可靠性的重要措施。
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尾流效应对风电场输出功率的影响3I m p act of W ind T u rb ine W ake on W ind Pow er O u tp u t国家电力公司电力科学研究院 陈树勇 戴慧珠 白晓民 周孝信 (北京100085) 3国家“九五”科学技术攻关项目【摘要】 研究了风电机组尾流效应对风电场输出功率的影响,提出了风电机组效率矩阵、风电机组的功率特性矩阵,以及等效输出功率特性等新的概念和相应的算法,从而建立了比较全面的风电场输出功率和风速的关系模型,为研究并网风电场运行和规划方面的有关问题奠定了基础。
【关键词】 风电 尾流效应 功率特性Abstract A novel model fo r si m ulating the relati on 2sh i p betw een w ind speed and w ind pow er p lant output has been developed ,in w h ich the w ind turbine w ake effects is integrated .Som e useful concep ts ,such as w ind pow er efficiency m atrix ,w ind turbine generato r pow er m atrix and equivalent pow er characteristics ,are defined ,and m ethods fo r calculati on are given .T h is paper p rovides an i m po rtant foundati on fo r studying technical and econom ical p roblem s concerned w ith gridconnected w ind farm s in pow er system opera 2ti on and p lanning .Key words w ind pow er w ake effects pow er out 2put0 前言在研究并网风电场运行和规划方面的有关问题(如:潮流计算、稳定计算、短路计算和随机生产模拟等)时,需要确定风力发电机组(以下简称风电机组)和风力发电场(以下简称风电场)的输出功率。
目前采用的数学模型基本上是,假设风电场内所有风电机组的风速相同,根据风电机组的功率特性曲线确定某一风速下风电机组和风电场的输出功率[1～4],而没有考虑风电场内风速的变化。
风电机组吸收了风中的部分能量,所以风经过风电机组后,其速度要有所下降。
在风电场中,前面的风电机组要遮挡后面的风电机组,因此,座落在下风向的风电机组的风速就低于座落在上风向的风电机组的风速,风电机组相距越近,前面风电机组对后面风电机组风速的影响越大,这种现象称为尾流效应。
尾流效应造成的能量损失可能对风电场的经济性有着重要的影响。
美国加州风电场的运行经验表明,尾流造成损失的典型值是10%;根据地形地貌、机组间的距离和风的湍流强度不同,尾流损失最小是2%,最大可达30%[5]。
为了充分利用当地的风能资源和发挥规模效益,大型风电场通常有几十台到数百台风电机组,受场地和其它条件的限制,这些机组不可能相距太远。
因此,在确定风电机组和风电场的输出功率时,必须考虑尾流效应对每台风电机组风速的影响,只有这样才能保证计算的准确性,从而使得研究结果具有实际意义和实用价值。
本文考虑了风电机组的尾流效应,提出了风电场效率矩阵、风电机组的功率特性矩阵,以及等效输出功率特性等新的概念和相应的算法,从而建立了比较全面的风电场输出功率特性的模型,在很大程度上提高了风电场输出功率的计算精度,为研究并网风电场运行和规划方面的有关问题奠定了基础。
1 尾流效应的模型 尾流效应如图1所示,图中:X 是沿着风速方向离开风电机组的距离,风电机组安装在X =0处,R 是风电机组转子的半径,R W 是X 点的尾流半径,V 0和V X 分别是吹向和离开风电机组的风速。
图1 尾流效应示意平坦地形的尾流模型[6]是:V X =V 0[1-(1-1-C T )(RR +K X)2](1)式中,C T 是风电机组的推力系数;K 是尾流下降系数,它与风的湍流强度(湍流强度是一定时间内风速的均方差与均值之比)成正比K =k W (ΡG +Ρ0) U (2)式中,ΡG 和Ρ0分别是风电机组产生的湍流和自然湍—82—流的均方差;U是平均风速;k W是一经验常数。
因为V X是C T的函数,所以尾流效应与风电机组的空气动力特性有关。
复杂地形的尾流模型[5]:假设风电机组的下风向是复杂地形(高度和地表不同等),安装风电机组之前和之后(受尾流影响)X点的风速分别是V0X和V′X,令V X=V0(1-d F)(3)V′X=V0X(1-d C)(4)式中,d F和d C分别是平坦地形和复杂地形对应的风速下降系数。
假设没有风电机组时坐标0点和X 点的压力相同,则根据无损耗贝努里方程有p0+015ΘV20=p X+015ΘV0X2(5)式中,p0和pX分别是风电机组所在地点和X点的空气静压力;Θ是空气密度。
假设安装风电机组后复杂地形的尾流损耗和平坦地形相同,即p0+015ΘV02(1-d F)2=p X+015ΘV0X2(1-d C)2(6)则有V02(-2d C+d C2)=V0X2(-2d F+2d F2)(7)因为d C和d F较小,把上式线性化,可以得到d C=d F(V0V0X)2(8)该式能够较好地近似有损耗的非均匀风速场。
2 考虑尾流效应的风电机组功率特性 假设风电场内有J种型号的风电机组,风速共离散成I段,风向分成D个方位。
在以下的公式中,为了叙述方便,在矩阵中一般用i代表风速V i,用d 和j分别代表风向和风电机组型号,其取值范围是i =1,2…,I,、d=1,2,…,D和j=1,2,…,J无特殊情况时公式中不再注明它们的取值范围。
定义1:风电机组的效率系数是,不同风速和风向时所有该型号机组的实际输出功率与不考虑尾流效应时计算的功率之比。
效率系数组成的矩阵称为效率矩阵(E F j),它的元素是:E F j(i,d)=w j(v i,d)N j x0j(v i)(9)式中,E F j(i,d)和W j(v i,d)是风速为v i、风向在第d 个方向上时第j种型号风电机组的效率系数和实际输出功率,一般D取12或16个方位;x0j(v i)和N j 分别是第j种型号风电机组的功率特性和台数。
定义2:多台同一型号风电机组的等效功率特性矩阵(X j)是风电机组输出功率的均值与风速和风向的关系,它的元素是:x j(i,d)=E F j(i,d)x0j(v i)(10)式中,x j(i,d)是v i风速时第j种型号风电机组输出功率的均值。
定义3:多台同一型号风电机组的等效功率特性是某一风速下,风电机组输出功率的均值与该风速的关系x j′(v i)=1P′(v i)∑Dd=1P(v i,d)x j(i,d)(11)式中,x j(v i,j)是v i风速时第j种型号风电机组的平均输出功率;P(v i,d)是风速为v i风向在第d个方位上时的概率;P′(v i)是风速为v i的概率:P′(v i)=∑Dd=1P(v i,d)(12)每个方向上风速的概率密度函数可以用W eibu ll分布来描述f d(v d)=k dc d(v dc d)k d-1exp[-(v dc d)k d](13)式中,f d是第d个方位风速的概率密度函数,vd、k d和cd分别是风速变量、形状系数和尺度系数。
定义4:有风向和无风向的风电场输出功率特性分别是:y(v i,d)=∑JJ=1N j x j(v i,d)(14)y′(v i)=∑JJ=1N j x′j(v i)(15)式中,y(v i,d)和y′(v i)分别是有风向和无风向的风电场输出功率。
风电场的平均输出功率(P P)是:P P=∑Ii=1∑Dd=1P(v i,d)y(v i,d)=∑Ii=1P′(v i)y′(v i)(16)而不考虑尾流效应时,计算的风电场平均输出功率(F P)是:F P=∑Ii=1P′(v i)∑Jj=1N j x0j(v i)(17)定义5:风电场的能量损失率(∃L)是:∃L=(F P-P P) F P(18)风电机组的优化布置就是在场址边界和机组型号以及台数已经确定的情况下,求解使∃L最小的每台风电机组的位置坐标。
3 风速和风电功率的计算方法假设已知风电场的风速,则根据尾流模型可以确定每台风电机组的风速。
方法如下:—92—(1)输入气象数据、风电机组参数和位置以及地形地貌参数;(2)根据风向进行坐标变换,使变换后的纵坐标与风向相反;(3)确定风向上第1台风电机组,计算它对其它机组的影响;(4)沿着风速的方向,即纵坐标减少的方向,依次计算下一台机组的风速和它对其它机组的影响;(5)计算各个方向和各种风速条件下风电机组的效率矩阵;(6)计算风电机组的功率特性矩阵;(7)可以根据风速风向的时间序列计算风电场的瞬时输出功率;(8)可以根据风速和风向的联合概率分布确定风电机组和风电场的等效功率特性曲线和平均输出功率以及能量损失率。
4 算例假设风电场具有36台容量是600k W 的风电机组,其具体位置如图2所示,图中坐标的单位是风电机组风轮的直径(D );纵坐标是40和50的风电机组座落在山坡上,其它机组座落在较平的地面。
图2 风电机组的位置风电场各个方向的风速分布参数如表1所列。
分别考虑采用失速型和变浆距型风电机组2种情况,其典型推力系数曲线如图3所示。
表1 风速的概率分布参数方位概率c k101140918213020110691521063010769132111401060911214650105671221556010676112123701080713210580108961821269010676102124100105661221101101086716210612011189182124假设风轮直径相同,计算结果如下:(1)风电场的效率矩阵如图4和图5所示。
其中:风速标在图标的下侧;雷达图周围的数字是方位,方位1是正北:坐标是效率系数。
可见:a 1 风电场的效率系数与机组布置的关系很大。
由于机组的横向间距仅为3D ,而纵向间距是10D ,所以横向(方位4和10)的效率系数比纵向(方位1和7)的效率系数低很多;而在方位3、5、9和11,由于机组基本上不受尾流影响,所以其效率系数是1。
b 1 效率系数与风速的关系是,在风速低于风电机组的额定风速时,风速越大效率系数越高。