【摘要】：以海上風電場風速平穩(wěn)和尾流效應影響距離遠為背景,提出基于尾流效應的海上風電場有功出力優(yōu)化方案,使風電場各機組有功出力之和大于傳統(tǒng)單機最大風能捕獲方案。挖掘風電機組有功出力和尾流效應的關系,給出基于有功控制的尾流定量調(diào)控方法,并建立了風電場有功出力優(yōu)化模型;重點研究了基于現(xiàn)有計算資源實現(xiàn)控制策略的方法:根據(jù)尾流傳播路徑,對風電場進行分組,有效降低控制對象數(shù);根據(jù)風電機組運行與有功控制特性,降低優(yōu)化方程求解的搜索空間,抑制計算規(guī)模;通過數(shù)據(jù)擬合,降低優(yōu)化變量數(shù),將離散域優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為連續(xù)域優(yōu)化問題,便于使用具有廣泛公信力的優(yōu)化算法。仿真結果表明,提出的方案能有效提升風電場功率,在不增加風電硬件設備投資的前提下,提高風電場效益。
【圖文】：

ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｅｐｓ－ｉｎｆｏ．ｃｏｍ１尾流模型精簡的尾流模型對于降低優(yōu)化計算量和提升風電場有功出力調(diào)度實時性至關重要［１１］。海上風電場風能密度大，風速、風向變化緩慢，風況平穩(wěn)［１２］。機組間的尾流傳播具有很強的規(guī)律性，順風向影響距離長，傳播路徑呈直線［１３］，為方便描述，不妨設某海上風電場的布局如圖１所示，用Ａｉ，ｊ表示風電場中第ｉ行第ｊ列機組。圖１風電場布局Ｆｉｇ．１Ｌａｙｏｕｔｍｏｄｅｌｏｆｗｉｎｄｆａｒｍ可選用改進的Ｊｅｎｓｅｎ尾流模型描述［１３］尾流：ｖｉ＋１，ｊ＝（１－ｋｉ，ｊＣｉ，ｊＴ）ｖｉ，ｊ（１）ｋｉ，ｊ＝１２１＋ｘ′２（）ｄ－１（２）式中：ｖｉ，ｊ為機組Ａｉ，ｊ的尾流；Ｃｉ，ｊＴ為機組Ａｉ，ｊ的推力系數(shù)；ｘ′為同一風向上相鄰兩臺機組之間的距離；ｄ為風電機組葉輪直徑；ｋｉ，ｊ由機組間距和葉輪直徑確定，對于已經(jīng)投入運營的風電場，ｘ′和ｄ已確定，則ｋｉ，ｊ為常數(shù)。由式（１）可知，影響機組間尾流效應的關鍵因素是Ｃｉ，ｊＴ。根據(jù)輸入風速的風向，風電機組之間的氣動耦合可以劃分為正向耦合和斜向耦合兩種情況，，如圖１所示。正向耦合是指輸入風垂直于行或列，風向為０°，９０°，１８０°，２７０°時同行或同列機組間的氣動耦合；斜向耦合是指風向為４５°，１３５°，２２５°，３１５°時，風電場對角斜線上機組間的氣動耦合。根據(jù)上文對尾流模型的分析，可確定兩種耦合路

３４０．６４１１５６５．０９１１３９．２０…９９．６１８９９．１２１９８．６７９鐤鐤鐤鐤鐤鐤鐤８９．６３７６９０．６５０４４．６５…１１．４３０１１．４２１１１．４１１８９．８３７９２２．５５１５１．４１…１４．６２１１４．６１１１４．６０１９０．０３８１８５．８５２４６．７９…１７．８１１１７．８０１１７．７９１當捕獲風速低于切出風速ｖｏｕｔ時，變速變槳距機組運行狀態(tài)可分成待機區(qū)（Ⅰ）、最大風能捕獲區(qū)（Ⅱ）以及額定功率運行區(qū)（Ⅲ）３個區(qū)域，如圖２所示。圖２風電機組風速?功率運行曲線Ｆｉｇ．２Ｗｉｎｄｓｐｅｅｄ?ｐｏｗｅｒｃｕｒｖｅｏｆｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅ機組最大風能捕獲方案下，當輸入風速低于啟動風速時，機組處于Ⅰ區(qū)的待機狀態(tài)，不并網(wǎng)發(fā)電，有功出力為０ｋＷ；當風速大于切入風速且小于額定風速時，機組處于Ⅱ區(qū)，維持最佳尖速比，按最大風能捕獲方式運行；當風速大于額定風速時，機組處于Ⅲ區(qū)，機組按額定功率方式出力。對變速變槳風電機組而言，同一風速下，不同的轉(zhuǎn)速導致機組輸出不同的有功功率，可通過電磁轉(zhuǎn)矩控制實現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，該方法具有動作快、慣性時間常數(shù)小的特點，繼而可以快速響應機組有功出力控制要求［１６］。當風電場風速大于額定風速，在各機組按傳統(tǒng)策略運行時，即使經(jīng)過尾流衰減，各機組的可用功率仍能達到額定功率。３風電場有功出力優(yōu)化策略為計算方便，忽略各機組的電學耦合，風電場各機組有功出力之和即為風電場整體有功出力，由ｎ行、ｍ列風電機組組成的風電場有功出力模型可表示為：Ｐａｌｌ＝∑ｎｉ＝１∑ｍｊ＝１Ｐｉ，ｊｗ＝

【參考文獻】

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本文編號：2577353