一种考虑尾流效应及连接支路的风电场等值方法与流程

1.本发明涉及风电领域，特别是涉及一种考虑尾流效应及连接支路的风电场等值方法。


背景技术：

2.由于风能的成本效益和环境友好性，风电装机容量近年来快速增长，风电场的建模成为了一个重要的研究课题。目前，风电场等值方法主要包括单机等值法，多机等值法和复合模型法。等值的过程分为分群和聚合两部分。在聚合时最常使用的方法是容量加权法。即先根据每台风电机组的容量得到权重因子，再使用权重因子求取对应的等值发电机参数。容量加权法不仅计算简单，在等效的各台发电机输入风速相等或近乎相等时，容量加权法有着极高的准确性。
3.然而当风向变化时，受尾流效应影响，同一组风机的输入风速可能会有较大的差别，在对风电场进行聚合分析时直接采用容量加权法获取等值参数可能会导致较大的误差。目前考虑尾流效应的研究中，模糊c均值、单机表征法是除容量加权法外的常用方法。
4.目前，对考虑连接支路的等值研究较少。在风电场在设计和建立时，各风力发电风电机组之间的连接方式就是固定的。对于接线图已给定的风电场，无法采用一般的传统等值方法对所有风机根据风速进行自由分组。常用方法是将接线图中连接至同一根母线的发电机归为一组，并等值为一台发电机。然而考虑到尾流效应的影响，同一组的风力发电机输入风速在不同风向下存在差异，在不同风向下，同一个风电场的等值精度会有所不同。因此，在分组时应首先考虑风电机组的固有连接方式，再根据其他风场指标进行等值。针对该问题，本发明通过分析风电场连接支路，结合尾流效应对风电机组的影响，提出了一种可应对不同风向变化的等值方法。


技术实现要素：

5.发明目的：本发明的目的是提供一种能够解决现有技术中存在的缺陷及能够有效提高等值精度的基于连接支路和尾流效应的风电场等值方法。
6.技术方案：本发明提出一种考虑尾流效应及连接支路的风电场等值方法，该方法包括以下步骤：
7.s1：通过尾流效应计算风电场中各风电机组的输入风速；
8.s2：根据原始连接支路对风电机组进行初步划分；
9.s3：在风电场原有连接支路的基础上对风机群进行考虑尾流效应的分类；
10.s4：对各分组使用容量加权法进行参数聚合以获得等值风电机组参数。
11.优选的，所述步骤s1中，通过jensen尾流模型计算风电场中各风电机组的输入风速。
12.优选的，所述步骤s2中的风电机组进行初步划分方法为：根据连接方式分别将处在同一支路上的风电机组划分一组，并确定分组数n。
13.优选的，所述步骤s3中，在风电场原有连接支路的基础上对风机群进行考虑尾流效应的分类，方法包括：
14.当n个分组中同一连接支路上的风电机组类型相同，而不同分组之间的风电机组的类型不同，对每个分组中的各风电机组输入风速从大到小进行排列，并对每个分组中的风电机组再次进行分类，具体方法如下：
15.将满足v
r-vi《0.1的风电机组划分为a类，vr为风电场初始输入风速，该风速未受尾流效应影响；vi为经过尾流效应后第i台风电机组的输入风速，且其值不大于vr；
16.将满足0.1＜v
r-vi≤1的风电机组划分为b类；
17.将满足v
r-vi》1的风电机组划分至c类。
18.优选的，所述步骤s3中，在风电场原有连接支路的基础上对风机群进行考虑尾流效应的分类，方法包括：
19.当n个分组中同一连接支路上的风电机组类型不同，对风电机组的物理参数进行分析，若同一分组中两两不同类型风电机组之间的相同物理参数的差值均在5％-10％内，对每个分组中的各风电机组输入风速从大到小进行排列，并对每个分组中的风电机组再次进行分类，具体方法如下：
20.将满足v
r-vi《0.1的风电机组划分为a类，vr为风电场初始输入风速，该风速未受尾流效应影响；vi为经过尾流效应后第i台风电机组的输入风速，且其值不大于vr；
21.将满足0.1＜v
r-vi≤1的风电机组划分为b类；
22.将满足v
r-vi》1的风电机组划分至c类。
23.所述物理参数包括风电机组的叶轮半径，额定风速，额定功率，电阻，电感，转动惯量、额定转速、极对数。
24.优选的，所述步骤s3中，在风电场原有连接支路的基础上对风机群进行考虑尾流效应的分类，方法包括：
25.当n个分组中同一连接支路上的风电机组类型不同，对风电机组的物理参数进行分析，若同一分组中两两不同类型风电机组之间的相同物理参数的差值均在10％以上，在该连接支路的风电机组已分为同一组的情况下，在同分一组中，将不同类型的风电机组之间的相同物理参数差值均在预设范围内的风电机组划分到同一组，例如假设第x(x≤n)组中有三种型号不一样的风电机组，其中前两种风电机组各参数较为接近(差值均在5％-10％内)，第三种风电机组各参数与前两种均相差甚远，可在x组的基础上划分出x1和x2组，并分别将前两种型号的风电机组分别放入x1组中，并将第三种风电机组放入x2组中，如此可保证风电机组的分组所带来的误差较小。对所有风电机组划分完成后，将各组中的各风电机组输入风速从大到小进行排列，并对每个分组中的风电机组再次进行分类，具体方法如下：
26.将满足v
r-vi《0.1的风电机组划分为a类，vr为风电场初始输入风速，该风速未受尾流效应影响；vi为经过尾流效应后第i台风电机组的输入风速，且其值不大于vr；
27.将满足0.1＜v
r-vi≤1的风电机组划分为b类；
28.将满足v
r-vi》1的风电机组划分至c类。
29.优选的，所述步骤s3中，当出现c类存在风电机组而b类无风电机组时，将自动提取c类中输入风速最大的风电机组至b类风电机组中，若c类中存在风电机组与所提取的风电
机组的输入风速差值在0.1m/s内，则提取该风速范围内的所有风电机组至b类；若无则只提取输入风速最大的风电机组至b类风电机组中。
30.优选的，所述步骤s4中，结合公式(1)将a，b，c三类中的风电机组分别等值为一台风机，等值风电机组参数计算公式如下：
[0031][0032]
式中，si表示第i台风电风电机组的容量，p
eq
，r
eq
，x
eq
，a
eq
，c
p_eq
，h
eq
，v
eq
分别表示等效后的风电风电机组功率，电阻，电抗，扫风面积，风能利用率，惯性时间常数和风速，pi，ri，xi，ai，c
p_i
，hi，vi分别为等效前的第i台风电风电机组功率，电阻，电抗，扫风面积，风能利用率，惯性时间常数和风速，n为每类中的风电机组台数。
[0033]
有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益技术效果：
[0034]
本发明考虑到现有等值技术在等值时的未考虑连接支路的问题，在此基础上综合考虑尾流效应的影响，提出了一种可应对不同连接支路、风速以及不同风电机组参数的等值方法。
附图说明
[0035]
图1为本发明具体实施方式中基于连接方式和尾流效应的等值方法的流程图。
具体实施方式
[0036]
本发明提出一种考虑尾流效应及连接支路的风电场等值方法，该方法包括以下步骤：
[0037]
s1：通过尾流效应计算风电场中各风电机组的输入风速；
[0038]
所述步骤s1中，通过jensen尾流模型计算风电场中各风电机组的输入风速。
[0039]
s2：根据原始连接支路对风电机组进行初步划分；
[0040]
所述步骤s2中的风电机组进行初步划分方法为：根据连接方式分别将处在同一支路上的风电机组划分一组，并确定分组数n。
[0041]
s3：在风电场原有连接支路的基础上对风机群进行考虑尾流效应的分类；
[0042]
所述步骤s3中，在风电场原有连接支路的基础上对风机群进行考虑尾流效应的分类，方法包括：
[0043]
当n个分组中同一连接支路上的风电机组类型相同，而不同分组之间的风电机组的类型不同，对每个分组中的各风电机组输入风速从大到小进行排列，并对每个分组中的风电机组再次进行分类，具体方法如下：
[0044]
将满足v
r-vi《0.1的风电机组划分为a类，vr为风电场初始输入风速，该风速未受尾流效应影响；vi为经过尾流效应后第i台风电机组的输入风速，且其值不大于vr；
[0045]
将满足0.1＜v
r-vi≤1的风电机组划分为b类；
[0046]
将满足v
r-vi》1的风电机组划分至c类。
[0047]
所述步骤s3中，在风电场原有连接支路的基础上对风机群进行考虑尾流效应的分类，方法包括：
[0048]
当n个分组中同一连接支路上的风电机组类型不同，对风电机组的物理参数进行分析，若同一分组中两两不同类型风电机组之间的相同物理参数的差值均在5％-10％内，对每个分组中的各风电机组输入风速从大到小进行排列，并对每个分组中的风电机组再次进行分类，具体方法如下：
[0049]
将满足v
r-vi《0.1的风电机组划分为a类，vr为风电场初始输入风速，该风速未受尾流效应影响；vi为经过尾流效应后第i台风电机组的输入风速，且其值不大于vr；
[0050]
将满足0.1＜v
r-vi≤1的风电机组划分为b类；
[0051]
将满足v
r-vi》1的风电机组划分至c类。
[0052]
所述步骤s3中，在风电场原有连接支路的基础上对风机群进行考虑尾流效应的分类，方法包括：
[0053]
当n个分组中同一连接支路上的风电机组类型不同，对风电机组的物理参数进行分析，若同一分组中两两不同类型风电机组之间的相同物理参数的差值均在10％以上，在该连接支路的风电机组已分为同一组的情况下，在同分一组中，将不同类型的风电机组之间的相同物理参数差值均在预设范围内的风电机组划分到同一组，例如假设第x(x≤n)组中有三种型号不一样的风电机组，其中前两种风电机组各参数较为接近(差值均在5％-10％内)，第三种风电机组各参数与前两种均相差甚远，可在x组的基础上划分出x1和x2组，并分别将前两种型号的风电机组分别放入x1组中，并将第三种风电机组放入x2组中，如此可保证风电机组的分组所带来的误差较小。对所有风电机组划分完成后，将各组中的各风电机组输入风速从大到小进行排列，并对每个分组中的风电机组再次进行分类，具体方法如下：
[0054]
将满足v
r-vi《0.1的风电机组划分为a类，vr为风电场初始输入风速，该风速未受尾流效应影响；vi为经过尾流效应后第i台风电机组的输入风速，且其值不大于vr；
[0055]
将满足0.1＜v
r-vi≤1的风电机组划分为b类；
[0056]
将满足v
r-vi》1的风电机组划分至c类。
[0057]
优选的，所述步骤s3中，当出现c类存在风电机组而b类无风电机组时，将自动提取c类中输入风速最大的风电机组至b类风电机组中，若c类中存在风电机组与所提取的风电机组的输入风速差值在0.1m/s内，则提取该风速范围内的所有风电机组至b类；若无则只提取输入风速最大的风电机组至b类风电机组中。
[0058]
s4：对各分组使用容量加权法进行参数聚合以获得等值风电机组参数。
[0059]
所述步骤s4中，结合公式(1)将a，b，c三类中的风电机组分别等值为一台风机，等值风电机组参数计算公式如下：
[0060][0061]
式中，si表示第i台风电风电机组的容量，p
eq
，r
eq
，x
eq
，a
eq
，c
p_eq
，h
eq
，v
eq
分别表示等效后的风电风电机组功率，电阻，电抗，扫风面积，风能利用率，惯性时间常数和风速，pi，ri，xi，ai，c
p_i
，hi，vi分别为等效前的第i台风电风电机组功率，电阻，电抗，扫风面积，风能利用率，惯性时间常数和风速，n为每类中的风电机组台数。