弱一致性风速分布山地风电场的机电暂态模型及建模方法技术

本发明专利技术公开了一种弱一致性风速分布山地风电场的机电暂态模型及建模方法，它包括：步骤1、特定风场内风机按风速梯度分群及空气动力模型Pmech构建；步骤2、n群风速区内DFIG模型构建；步骤3、箱式升压变压器模型构建；步骤4、集电线路构建；步骤5、主升压变压器模型构建；步骤6、无功补偿装置模型构建；步骤7、风场接入电力系统线路模型构建；解决了传统的风电场建模方法并不能体现高原山地风力时空分布弱一致性的特点，很难适应西南山区风电场接入系统的动态特性分析等技术问题。

【技术实现步骤摘要】
弱一致性风速分布山地风电场的机电暂态模型及建模方法
本专利技术属于风力发电并网
，尤其涉及一种弱一致性风速分布山地风电场的机电暂态模型及建模方法。
技术介绍
截止2015年，中国累计安装风电机组92981台，累计装机容量145362MW，风电装机量再创新高，同比增长26.8％。可以说，风力发电已经成为我国新能源发电的主要形式，风能比例逐步增大。但风电出力具有随机性和间歇性以及反调峰特性，给电力系统安全稳定运行提出了一系列新的问题，引起了国内外电力与能源领域工业界专家和学术界学者的广泛关注和深入研究。近来，我国内陆风电重点开发区域由限电严重的“三北地区”逐渐转向华南、西南、华东地区，此类地区海拔高、地形和气象条件复杂，山地风电场运行特性具有较为明显的差异性特征。贵州特有的高原山区气象性能决定了风能所处环境有着海拔高、湿度大等特点，山区风电明显区别于我国其他区域的平原、海上风电。随着风电装机比例的逐渐增长，将对贵州电网为代表的交直流送端电力系统安全稳定运行带来新的挑战。因此，亟需面向云贵高原地理和气候环境特点，开展高原山地风电场机电暂态模型及其建模方法研究，更好地掌握高比例风能接入电力系统的动态特性，从而为西南以及类似环境地区电网规划建设和运行调度的科学性提升奠定基础。传统上，风电场建模主要考虑基于双馈感应发电机(DoubleFedInductionGenerator,DFIG)的风力发电机机电暂态模型的内在联系，其中部分早期文献未考虑当前风电场升压站内常用的静止型无功补偿装置(StaticVarCompensator,SVC)、SVG(StaticVarGenerator)等柔性交流输电装置。但是风电场并网时，发出或吸收无功能力有限，难以承担电网电压调整，尤其高原山地风电场的风功率特性更易造成并网点(PointofCommonCoupling，PCC)电压、频率波动。因此，在风电场接入地区电网的机电暂态分析中，应考虑SVC、SVG等模型的接入。此外，更为重要的是，多数文献在风电场原动机模型侧风速模拟上往往采用平均风速，而受到山区地貌、加速效应以及时延效应等影响，高原山地风场内各风机风速变化差异较大。风速随山地海拔升高而增大。山顶、山脊以及峡谷风口处风速大，盆地、谷底和背风处风速小。高山上风速一般夜间大，白天小，午后最小，而山麓、山谷则相反。山地还能产生一些局地环流，如山谷风(由于山顶与谷底附近空气之间的热力差异而引起白天风从谷底谷吹向山顶，这种风称“谷风(valleybreeze)”；到夜晚，风从山顶吹向谷底称“山风(mountainbreeze)”。山风和谷风总称为山谷风)、焚风(焚风(Foehn)是出现在山脉背风坡，由山地引发的一种局部范围内的空气运动形式——过山气流在背风坡下沉而变得干热的一种地方性风。)、坡风是由于坡面与其附近空气之间的昼夜热力差异而形成的一种地方性风。白天为“上坡风(anabaticwind)”,夜间为“下坡风(downslopewind)”。)等。因此，传统的风电场建模方法并不能体现高原山地风力时空分布弱一致性的特点，很难适应西南山区风电场接入系统的动态特性分析等技术问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题：提供一种弱一致性风速分布山地风电场的机电暂态模型及建模方法，以解决现有技术传统的风电场建模方法并不能体现高原山地风力时空分布弱一致性的特点，很难适应西南山区风电场接入系统的动态特性分析等技术问题。本专利技术技术方案：一种弱一致性风速分布山地风电场的机电暂态模型及建模方法，它包括：步骤1、特定区域风场内风机按风速梯度分群及空气动力模型Pmech构建；步骤2、n群风速区内双馈感应发电机(DFIG)模型构建；步骤3、箱式升压变压器模型构建；步骤4、集电线路构建；步骤5、主升压变压器模型构建；步骤6、无功补偿装置模型构建；步骤7、风场接入电力系统线路模型构建。步骤1所述特定区域风场内风机按风速梯度分群及空气动力模型Pmech构建，它包括山地风电场风速时空分布模型和山地风电场空气动力模型构建，具体步骤包括：步骤1.1、特定区域风场风力数据收集与风力数据库构建；根据风电场风资源评估数据和风电场风力分布评估数据，开展数据清洗，构建微气象环境下该山地风电场的风力数据库；步骤1.2、不同时段的风电场空间风速分布的聚类；依据前述山地风电场的设计风力或评估风力数据库，针对不同季节、不同典型工作日、不同工作时段，按照Vstep开展风电场空间风速分布聚类，通过风速区划分，实现风力机组分群；对于山地风电场来说，Vstep按照式(1)和(2)计算获得；n＝round(Nsum/Ngroup)(1)式中，n为机组分群数量，Nsum和Ngroup为风电场机组总数和风速分群的平均机组数，round()表示取整函数；Vmax和Vmin为待分析时段内的风电场最大风速和最小风速的估算值或者实际值；步骤1.3、根据聚类参数Vstep，形成以Vstep为梯度的风场风速区；步骤1.4、根据聚类参数机组分群数量n，建立n群风速区内等值风电机组；步骤1.5、结合步骤1.1至步骤1.4，得到预想事件场景下的聚类风速的空间分布模型；步骤1.6、选择风速时间分布模型，有斜坡风模型、阵风模型、墨西哥草帽风模型、“自定义分段线性函数风速”模型。步骤1.7、风能利用系数Cp的求取；Cp＝0.5(r-0.022β2-5.6)e-0.17r(3)式中：β为桨距角；r满足公式r＝2.237Vw/ω；Vw为风速，m/s。ω为风机转子角速度，rad/s。步骤1.8、计算山区风电场内，空气密度折减因子aTM-H式中：式中：ρH为海拔高度为H时的空气密度，g/m3；ρ0为常温、标准大气压力标准状态下空气密度，海平面、15℃条件下空气的密度是1.225g/m3；H为海拔高度，单位m；T0为绝对温度，取273℃；a为空气温度梯度，取0.0065℃/m；aH为海拔高度折减因子；密度与温度、相对湿度、大气压的关系为其中，t为气温，℃；P为大气压，hPa；为相对湿度，％；aTM为温度、相对湿度下的空气密度折减因子；最终得到空气密度与海拔高度、温度、相对湿度、大气压的关系为：ρ＝αTMαHρ0＝αTM-Hρ0(6)步骤1.9、风电场风机机械功率Pmech求取根据标准空气动力模型，计算n群风机机组的机械功率，如式(3-5)所示式中S为风轮扫过面积(S＝πR2＝3770m2)，R为风轮叶片半径，m；ρ为空气密度,g/m3；Vw为风速,m/s。本专利技术的有益效果：本专利技术针对山地风电场风速一致性较弱的特点，通过各风机风速聚类获得等值风速区，继而借助风速、空气动力模型自定义方法引入反映山地风电场弱一致性分布的风速取值，相较于现有技术更为准确地模拟山地风电场的时域动态特性；总体来看，本专利技术与现有技术相比，具有以下明显的有益效果：1)模型借助风速、空气动力自定义方法引入反映弱一致性分布的风速取值，精确模拟风电场内不同机位点风速情况；避免了仅考虑山区风电场平均风速导致山区风电场分析误差大的问题。2)模型包括一个完整的风电场模型，结合风电场历史测风数据，建立Vstep风速梯度的风速区，基于空间分布聚类的风速模型构建，将每个风速区内的风机聚类为一组，然后根据风电场风能分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种弱一致性风速分布山地风电场的机电暂态模型及建模方法，它包括：步骤1、特定区域风场内风机按风速梯度分群及空气动力模型Pmech构建；步骤2、n群风速区内双馈感应发电机(DFIG)模型构建；步骤3、箱式升压变压器模型构建；步骤4、集电线路构建；步骤5、主升压变压器模型构建；步骤6、无功补偿装置模型构建；步骤7、风场接入电力系统线路模型构建。

【技术特征摘要】
1.一种弱一致性风速分布山地风电场的机电暂态模型及建模方法，它包括：步骤1、特定区域风场内风机按风速梯度分群及空气动力模型Pmech构建；步骤2、n群风速区内双馈感应发电机(DFIG)模型构建；步骤3、箱式升压变压器模型构建；步骤4、集电线路构建；步骤5、主升压变压器模型构建；步骤6、无功补偿装置模型构建；步骤7、风场接入电力系统线路模型构建。2.根据权利要求1所述的一种弱一致性风速分布山地风电场的机电暂态模型及建模方法，其特征在于：步骤1所述特定区域风场内风机按风速梯度分群及空气动力模型Pmech构建，它包括山地风电场风速时空分布模型和山地风电场空气动力模型构建，具体步骤包括：步骤1.1、特定区域风场风力数据收集与风力数据库构建；根据风电场风资源评估数据和风电场风力分布评估数据，开展数据清洗，构建微气象环境下该山地风电场的风力数据库；步骤1.2、不同时段的风电场空间风速分布的聚类；依据前述山地风电场的设计风力或评估风力数据库，针对不同季节、不同典型工作日、不同工作时段，按照Vstep开展风电场空间风速分布聚类，通过风速区划分，实现风力机组分群；对于山地风电场来说，Vstep按照式(1)和(2)计算获得；n＝round(Nsum/Ngroup)(1)式中，n为机组分群数量，Nsum和Ngroup为风电场机组总数和风速分群的平均机组数，round()表示取整函数；Vmax和Vmin为待分析时段内的风电场最大风速和最小风速的估算值或者实际值；步骤1.3、根据聚类参数Vstep，形成以Vstep为梯度的风场风速区；...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩松，王兴龙，
申请(专利权)人：贵州大学，
类型：发明
国别省市：贵州,52