尾流对风力发电机组的影响
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。
尾缘襟翼对大型风力机气动性能及尾流特性影响的研究
尾缘襟翼对大型风力机气动性能及尾流特性影响的研究尾缘襟翼对大型风力机气动性能及尾流特性影响的研究摘要：本文通过对尾缘襟翼在大型风力机中的应用进行研究，分析了尾缘襟翼对风力机气动性能和尾流特性的影响。
首先介绍了尾缘襟翼的基本原理和作用机制，然后设计并搭建了实验平台，并进行了一系列的试验和测量。
实验结果表明，尾缘襟翼能够显著改善风力机的气动性能，提高整机的发电效率，并减小尾流速度差和涡旋强度。
最后，对尾缘襟翼在实际应用中的前景和挑战进行了讨论。
1. 引言大型风力机是目前广泛应用于风能发电的设备之一。
然而，在风力机运行过程中，将产生大量的尾流，严重影响风力机的发电效率和附近地面环境。
因此，研究尾流特性及其对风力机气动性能的影响具有重要的理论意义和实际应用价值。
2. 尾缘襟翼的基本原理和作用机制尾缘襟翼作为一种常见的尾流改善装置，其基本原理是在风力机的尾缘处增加一定的襟翼结构，通过改变风流的流向和速度分布，降低尾流速度的差异，并减小尾流涡旋的强度，从而改善风力机的气动性能。
3. 实验设计与方法为了研究尾缘襟翼对风力机气动性能和尾流特性的影响，我们设计并搭建了一个实验平台。
实验平台包括一个大型风力机模型和相应的测量设备。
通过改变尾缘襟翼的结构参数和安装位置，分别进行了多组试验，并对风力机的气动性能和尾流特性进行了测量和分析。
4. 结果与分析实验结果表明，尾缘襟翼能够显著影响风力机的气动性能。
与无尾缘襟翼的情况相比，尾缘襟翼的安装可以有效提高风力机的气动效率，提高发电量。
同时，通过改变尾缘襟翼的结构参数和安装位置，可以进一步优化风力机的气动性能，达到最佳的尾流改善效果。
5. 尾缘襟翼应用的前景和挑战尾缘襟翼作为一种改善风力机尾流的装置，具有广阔的应用前景。
然而，尾缘襟翼在应用过程中也面临一些挑战，如结构设计的复杂性、安装和维护难度等。
因此，在进一步推广应用尾缘襟翼的过程中，需要进一步研究和解决这些挑战。
6. 结论本研究通过对尾缘襟翼在大型风力机中的应用进行了系统的研究和分析，得到了以下结论：尾缘襟翼能够显著改善风力机的气动性能，提高整机的发电效率；尾缘襟翼能够减小尾流速度差和涡旋强度，改善风力机的尾流特性；尾缘襟翼在实际应用中具有广阔的前景，但也存在一些挑战，需要进一步研究和解决通过对尾缘襟翼在大型风力机中的应用进行研究和分析，本研究发现尾缘襟翼能够显著改善风力机的气动性能，提高整机的发电效率。
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。
大型风电场尾流影响研究
，案例：中国西部某风电场3.1介绍该风电场位于中国西北部，有风机200台，额定功率均为750kW，整个风电场的额定容量为150MW。
风机轮毂高度处年平均风速约为7m/s。
水电水利规划总院在大型风电场尾流影响研究前期调研[1]报告中已经详细介绍了该风电场，在此不进行详细的介绍。
3.2风力发电机组西部某风电场的风电机组功率为750kW，轮毂高度为60m，风轮直径为50m。
3.3风电场布置该风电场风机的间距为5～6倍风轮直径；两排风机之间的距离为9倍的风轮直径。
第一期和第二期的风力发电场距离为19倍的风轮直径。
风电场周边地区和风电机组布置如图2-1、图2-2所示。
3.4地形该风电场地形是非常开阔和平坦的。
图2-3显示的是风电场地形。
粗糙度的分类用数字表示如图2-4所示，包括表面粗糙度线和相应的粗糙度的玫瑰图。
测风数据是由风电场附近的测风塔提供，测风塔位于风电场东边约1.7km 的位置。
该风电场主风向为偏东风，如图2-5所示。
测风数据是从2008年8月1日～12月31日5个月时期的数据。
基于两个最高风速仪，测得的风切变是对应于0.8的粗糙度。
但是风电场地势相图2-1风电场布置图大型风电场尾流影响研究图2-2风电场风机编号与布置图图2-3风电场照片（邻近风电场的位置）图2-4粗糙度模型不包括风电场内的粗糙度（a ）粗糙度线（b ）粗糙度玫瑰图当杯该东相廓数所组使的当平坦，测量周期从夏天到冬天，粗糙度的取值是合理的。
由于报告中缺乏风杯的安装细节，设备中的任何故障都可能导致计算结果错误。
根据已知条件，该地区为典型的戈壁沙漠。
如果这5个月的测风数据可以代表长期水平，则风电场的平均主风向是东风，60m 轮毂高度处的平均风速为7.5m /s 。
但是，这个问题与本次研究不相关。
更重要的是对周围的地形应采取多大的粗糙度设置。
图2-6为2008年8月1日～12月31日的测风数据及风向玫瑰图和风廓线。
3.5发电量该风电场的发电量可由下列数据得到：2008年1月到2008年10月每台风机的日发电量，2008年9月10min 数据记录。
尾流对风电机组发电量影响分析
尾流对风电机组发电量影响分析作者：许霞张小雷孟庆茂来源：《风能》2014年第05期风能是一种可再生的无污染绿色能源，风力发电随着人们对能源和环境问题的关注而得到迅速发展。
最近几年，我国风电总装机容量已跃居世界第一位。
同时，风力发电的大规模应用也带来了一些新问题，如风能损失，即风电场的局部干扰对风电机组出力的影响。
尾流效应、湍流效应和风电场中局部风向的变化都有可能造成风能损失。
由于大型风电场风电机组数量众多，占地面积较大，风电机组间尾流效应和风速时滞将对风电场并网点输出特性有较大的影响。
本文针对风电机组尾流效应对主风向方向上存在上下游关系的机位进行分析提出风电机组间合理的建议距离。
尾流的影响气流在经过风电机组叶片时，由于风电机组把一部分风能转化为电能，根据能量守恒原理，气流能量会减小，实际上风电机组的叶片对风速有阻挡作用，在风电机组的下风向会产生类似轮船尾流的效果，该区域会产生较大的湍流，同时风速也会降低。
风电场的风电机组布置应考虑到风电机组之间的尾流影响，风电机组之间的距离至少保证3倍的叶轮直径，在主风向上，风电机组之间的距离应更大一些。
国外有研究成果表明，对单台风电机组，在风轮2D-3D的顺风中心处，风速减小35%-45%；在距离8D处，风速减小10%。
尾流的直径在距离风轮8D-10D为2.6D-2.8D。
对于行距为8D-11D，列距为2D-3D的布置，第二排的能量损失在10m/s时为8%-20%。
某风电场尾流分析以某丘陵地区风电场为例，风轮直径为87m，遴选出风场中距离较近，地势相当，主风向方向上存在上下游关系的机位进行尾流分析。
引入变量：TP=下游机位总电量/上游机位总电量；WP=下游机位尾流影响扇区电量/上游机位对应扇区电量。
TP值表征上下游机位整体发电水平的差异，WP值则表征受尾流影响扇区发电水平的差异，通过对比TP值和WP值，某种程度上可以反映出风电机组尾流对机组发电能力的影响。
风电场测风塔风向玫瑰图见图1。
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。
风力发电机组叶轮尾流设计与优化
风力发电机组叶轮尾流设计与优化随着环境保护意识的提高和清洁能源的需求不断增加，风力发电作为一种可再生、清洁的能源形式备受关注。
在风力发电机组中，叶轮是关键部件之一，其设计与性能直接影响发电效率和整机工作稳定性。
尾流是指当风轮旋转后，背风面会产生涡旋，导致叶片受到非均匀气流的影响，降低了叶片的工作效率。
因此，叶轮尾流的设计与优化成为了提高风力发电机组效率的重要研究课题。
1. 尾流对叶轮性能的影响尾流的产生主要源自于叶片的运动，其会使得叶片受到来自非均匀气流的干扰，导致叶片气动性能下降。
尾流的存在使得风力发电机组的效率降低，同时也会增加噪音和振动。
因此，减小或消除尾流对于提高叶轮性能至关重要。
2. 尾流设计原则为了降低尾流对叶轮的影响，设计师可以采取以下措施：（1）优化叶片形状：通过改变叶片的弧度和扭转角度，使得尾流对叶片的干扰减小；（2）增加叶片数量：增加叶片数量可以减少尾流对单个叶片的影响，提高整机的效率；（3）采用先进的气动设计理念：利用计算流体力学（CFD）等技术，对叶轮进行细致的气动仿真，找出最优设计方案。
3. 尾流优化技术针对尾流对叶轮性能的影响，研究人员提出了多种优化技术：（1）直接采用被动措施，如改变叶片形状和布局；（2）引入主动控制技术，如采用智能材料或人工智能控制系统，实时调节叶片形状以适应不同风速和风向；（3）结合多学科技术，如结构优化和气动设计相结合，通过综合优化实现叶轮尾流的优化。
4. 尾流设计与叶轮整体性能叶轮尾流的设计与优化不仅可以提高叶轮的单独性能，还可以对整个风力发电机组的性能产生积极影响。
经过尾流的优化设计，叶轮工作更加高效稳定，整机发电效率提高，同时噪音和振动也得到一定程度的控制，使得风力发电机组在实际应用中更加可靠和经济。
5. 结语风力发电机组叶轮尾流设计与优化是目前风力发电领域中的重要研究方向。
通过合理的尾流设计和优化措施，可以提高风力发电机组的整体性能，减小对环境的影响，促进清洁能源的发展。
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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。
分析比较了考虑尾流效应和忽略尾流效应故障下风电场并网点动态特性。
2风电场接入电网的技术规定
本文分别给出风电场接人电网的技术规定中有关有功功率和电压偏差的要求。
（1）确保风电场最大输出功率及功率变化率不超过电网调度部门的给定值。
最大功率变化率1min功率变化率和l0min功率变化率。
（2）风电场接入电力系统后，并网点电压正、负偏差的绝对值之和不超过额定电压的10％，一般应为额定电压的—3％～+7％。
因此，风电场需要进行包含上述内容的风电场接入电网检测。
仿真分析风电场并网点特性是分析风电场是否满足并网技术规定的方法之一。
3 不同风速模型的风电场输出特性
3.1算例及电网参数
为了准确分析风电场并网点特性，分析尾流效应对风力发电机组的影响，以定速机组风电场为例，利用PSCAD/EMTDC仿真工具建立了风电场算例。
风电场由5排5列共25台失速型风电机组组成，假定风速为由左向右吹过风电场。
风电机组经并联电容器组、机端变压器(10.5kV/690V)和电缆连接PCC上，并通过风电场出口变压器(110kV/105kV)和架空线路连接到外部电网。
其中，风力机、发电机、变压器和并联电容器等主要参数如表1所示。
表1：风电机组的电气参数
3.2风速波动下风电场的输出特性
3.2.1渐进风
在考虑尾流效应时，下风向风机风速比上风向风机风速小0.5m/s；考虑时滞，后排风速相比前排的延迟时间为25s。
当风电场的风速在15s内从10m/s渐变到15m/s时，风电场并网点输出功率的增加用了近两分钟。
而忽略时滞，模型将得到变化较快的风电场输出功率，其结果与实际情况不符。
当忽略尾流效应时，将比预期得到较大的输出功率，尾流效应会造成风电场的风能损失。
因此，当研究大型风电场的等值模型、入网检测、功率控制以及风能预测时，需要考虑风速时滞、尾流效应的影响。
3.2.2随机风
仿真条件同上，算例模型中输入随机风速。
考虑尾流效应和忽略尾流效应的风电场输出特性比较。
从实验可以得出，考虑尾流效应的情况下，其仿真模型在风电场并网点的有功功率和电压波动都小于忽略尾流效应的模型仿真结果。
因此，忽略尾流效应将得到较差的电能质量分析。
3.3电网故障下风电场的动态特性
为了比较电网故障下不同风速模型的风电场动态特性，分别进行了如下仿真。
考虑尾流效应，故障前迎风向第一排至第五排风速分别为15m/s、14.5m/s、9m/s、8.5m/s和8m/s；忽略尾流效应，风电机组的风速相同，同为15m/s。
分别在仿真算例中第6s时A点发生三相短路，0.1s后故障切除。
考虑尾流效应和忽略尾流效应的风电场并网点动态特性比较。
两种情况下，风电机组的输入风速不同，故障前风力机的输出机械功率也不同，从而导致其故障后风电场并网点的有功和无功动态特性不同。
忽略尾流效应时的功率波动较大。
由此可见，当研究风电场暂态稳定时，忽略尾流效应的仿真模型将得到保守的暂态稳定分析结果。
4结论
针对大型风力发电机组，本文研究了尾流效应对风力发电机组的影响。
通过算例的分析比较，结论如下：
（1）尾流效应会造成风电场的风能损失；
（2）针对风电场暂态稳定分析，忽略尾流效应的仿真模型将得到保守的分析结果。
在分析大型风电场并网点的动态特性、验证风电场的并网准则时应考虑尾流效应的影响。
参考文献
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