電力仿真解讀

若風(fēng)場的地形相對平坦，周邊空曠，則基本可以認(rèn)為在同一高度層上整個(gè)風(fēng)場內(nèi)各點(diǎn)的風(fēng)速是相同的，這樣可以將風(fēng)場風(fēng)速的三維空間模型簡化為沿高度方向變化的一維模型。對于空間分布廣，且地形復(fù)雜的大型風(fēng)電場，可以將整個(gè)風(fēng)場劃分成幾個(gè)區(qū)域，針對不同區(qū)域的風(fēng)能特點(diǎn)建立簡化的一維空間模型，形成分段集總式一維模型。風(fēng)速空域模型轉(zhuǎn)化為研究風(fēng)速沿地平面高度方向的變化規(guī)律，借助空氣動(dòng)力學(xué)理論和風(fēng)場測量數(shù)據(jù)，模型不難建立。

在時(shí)間維度上，大時(shí)期尺度(小時(shí)、天)的風(fēng)速變化范圍很大，且沒有規(guī)律可循，只能根據(jù)風(fēng)場監(jiān)測記錄數(shù)據(jù)擬合出風(fēng)速變化模型。對于絕大多數(shù)仿真應(yīng)用而言，我們不太關(guān)心大時(shí)間尺度的風(fēng)速變化，而重點(diǎn)關(guān)注小時(shí)間尺度上的風(fēng)速變化特性。在小時(shí)間尺度上觀察，風(fēng)速隨時(shí)間的變化呈現(xiàn)出脈動(dòng)變化的特點(diǎn)，即風(fēng)速均值在一段時(shí)間內(nèi)基本不變，風(fēng)速在均值附近波動(dòng)，國內(nèi)外學(xué)者據(jù)此提出了各種描述風(fēng)頻分布的方法，如概率分布模型、瑞利分布模型、對數(shù)正態(tài)分布模型等[1]。

需要說明的是，在建立風(fēng)電場內(nèi)各風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的仿真模型時(shí)，需要考慮到風(fēng)力機(jī)的尾流效應(yīng)，即上游風(fēng)力機(jī)對下游風(fēng)力機(jī)流入風(fēng)速的影響，影響關(guān)系和程度取決于風(fēng)向、風(fēng)速和風(fēng)機(jī)安裝位置關(guān)系，此時(shí)，風(fēng)力機(jī)的輸出機(jī)械能通常由尾流系數(shù)予以校正。

2.3風(fēng)力機(jī)模型[4]

風(fēng)力機(jī)實(shí)際能夠獲得的機(jī)械功輸出為：

(1)

式中，R、ρ、v和Cp分別為風(fēng)輪半徑、空氣密度、風(fēng)速和風(fēng)能利用系數(shù)。

Cp代表風(fēng)力機(jī)能夠從風(fēng)能中提取出機(jī)械能的程度，它取決于風(fēng)力機(jī)葉片的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行狀態(tài)，其數(shù)值由風(fēng)機(jī)廠家提供。Cp主要是葉尖速比λ和槳距角β的函數(shù)，即：Cp=f(λ，β)，對于投入運(yùn)行的風(fēng)力機(jī)，葉片的潔凈程度對Cp的影響很大，譬如葉片結(jié)冰、污物聚集等會(huì)改變?nèi)~片的氣動(dòng)外型，進(jìn)而降低風(fēng)能利用系數(shù)的數(shù)值。

式中，Ct為風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)矩系數(shù)，它是葉尖速比λ的函數(shù)，與風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行狀態(tài)相關(guān)。輸出機(jī)械轉(zhuǎn)矩確定后，針對不同的發(fā)電機(jī)類型，不難建立發(fā)電機(jī)電能和風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速仿真模型。

3風(fēng)電場仿真模型

3.1集總建模方法

風(fēng)電場通常由幾百臺甚至上千臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)組構(gòu)成，涉及多種風(fēng)力機(jī)型號和發(fā)電機(jī)類型，還需考慮各風(fēng)力機(jī)間的相互影響，使得風(fēng)電場仿真變得很復(fù)雜。

按正常思路，要建立風(fēng)電場的仿真模型，需要針對風(fēng)電場中的全部風(fēng)力機(jī)，一一建立其仿真模型，并依據(jù)風(fēng)電場實(shí)際結(jié)構(gòu)關(guān)系與電網(wǎng)模型連接(多點(diǎn)接入)，形成風(fēng)電場整體仿真模型。此種詳細(xì)建模方法的缺點(diǎn)是模型復(fù)雜，需要更多的仿真數(shù)據(jù)，運(yùn)算量大，需要更長的仿真計(jì)算時(shí)間。

為解決上述問題，有人提出了風(fēng)電場集總建模方法[5]。集總模型包含兩層含義，一方面是由一個(gè)單一集總模型代替整個(gè)風(fēng)電場模型，電能通過一個(gè)假想的公共接入點(diǎn)接入電網(wǎng)(單點(diǎn)接入);另一方面，根據(jù)風(fēng)電場風(fēng)力機(jī)的具體構(gòu)成情況，將多個(gè)風(fēng)力機(jī)的機(jī)械能或電能計(jì)算合并進(jìn)行。此種方法因大幅減少了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)量，從而能夠有效地縮減電力系統(tǒng)模型規(guī)模，減少模型運(yùn)算時(shí)間，缺點(diǎn)是模型精度有所降低。

3.2集總風(fēng)電場模型

對風(fēng)電場仿真而言，另一項(xiàng)主要工作是建立風(fēng)力發(fā)電機(jī)所接入的電網(wǎng)的仿真模型。電網(wǎng)模型與風(fēng)電場風(fēng)力機(jī)集總模型的有機(jī)結(jié)合形成風(fēng)電場仿真模型，電網(wǎng)仿真模型的研究已相當(dāng)成熟，在此不再贅述。