考虑风速空间分布和波动性的风电场调频能量评估方法技术

考虑风速空间分布和波动性的风电场调频能量评估方法，涉及风力发电技术领域，通过考虑风速空间分布和波动性对风电场调频能量进行精确评估。包括以下步骤：S1：构建风电场内某台风电机组可用调频能量概率密度函数：S2：对S1所得风电机组可用调频能量的概率密度函数进行积分得到各台风电机组可用调频能量的概率分布函数G(E)；S3：采用区间估计的方法获得全风电场的可用调频能量，得到每台风电机组可用调频能量的置信区间C

【技术实现步骤摘要】
考虑风速空间分布和波动性的风电场调频能量评估方法


[0001]本专利技术涉及风力发电
，具体地说是考虑风速空间分布和波动性的风电场调频能量评估方法。

技术介绍

[0002]并网运行风电参与电网调频已成为风电发展的必然趋势，基于双馈感应风力发电系统的运行控制特点，国内外学者广泛将风机桨叶动能或预留减载备用作为调频能量，并结合变流器矢量控制技术，提出了多种多样的风电调频控制方式。然而，现有关于风电调频的研究多集中在风电机组自身控制策略或风电场内协同控制相关问题，并未考虑风电场内风速的空间特性与波动性对调频能力的影响，同时，未考虑运行点偏移导致的调频能量损失。如何在现有研究基础上考虑风速特性及风机运行点偏移对风电可用净调频能量进行评估，为电网及时提供直观、有效的风电调频能力信息，进一步提高系统频率安全性，是目前亟需解决的问题，具有重要的研究意义与工程实用价值。
[0003]现有研究表明，风力发电具有巨大的调频潜力。然而，现有关风电可用调频能量计算与评估问题的相关研究中，所用方法大多将风电场看作统一的整体，采用单机等值方法来计算整个风电场站的调频能量，基于场端预测平均风速计算风电整体调频能力的大小，从而忽略了场内风速受地理环境因素的影响及风速波动不确定性。与此同时，在现阶段风电机组可用调频能量估计的研究中，也未充分考虑因风电机组转子转速变化导致运行点偏移而带来的部分能量损失，进而导致可用调频能量估计结果偏大，无法反映真实的风电调频能力。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种考虑风速空间分布和波动性的风电场调频能量评估方法，通过考虑风速空间分布和波动性对风电场调频能量进行精确评估。本专利技术解决其技术问题所采取的技术方案是：考虑风速空间分布和波动性的风电场调频能量评估方法，包括以下步骤：
[0005]S1：构建风电场内某台风电机组可用调频能量概率密度函数：其中，E为单台风电机组可利用调频能量，v为平均风速，t1为湍流强度，e
‑1(E)表示风电机组可用调频能量随风速变化的逆函数，g(e
‑1(E)|v，t1)为风速的条件概率密度函数；
[0006]S2：对S1所得风电机组可用调频能量的概率密度函数进行积分得到各台风电机组可用调频能量的概率分布函数G(E)；
[0007]S3：采用区间估计的方法获得全风电场的可用调频能量，根据置信系数p，得到每台风电机组可用调频能量的置信区间C
E
：C
E
＝[E
D
,E
U
]；式中，E
D
、E
U
分别对应风电机组可用调频能量的置信上下界；
[0008]S4：根据步骤S3所得每台风电机组可用调频能量置信区间，对风电场内每台风电机组评估结果进行叠加，得到风电机组可用调频能量置信区间为：∑C
E
＝[∑E
D
,∑E
U
]。
[0009]进一步地，根据风速模型和单台风电机组可利用调频能源构建风电场内某台风电机组可用调频能量概率密度函数，风速模型构建步骤包括：
[0010]S1
‑
1：构建风速模型
[0011]①
考虑上游风向m台风电机组对下游风电机组j造成的尾流效应叠加，平坦地形风电场风电机组j的风速v
j
表示为：其中v0为自然来流风速，d
F
代表平坦地形风电场的风速下降系数；
[0012]②
山地风电场中流经某风电机组的风速v'2为：v'2＝v'0(1
‑
d'
F
)，其中d'
F
为复杂地形时的风速下降系数，d'
F
的计算公式为：v
′0为该风电机组前排无风电机组遮挡时的风速，v
′1表示前排风电机组的自然风速；
[0013]③
海上风电场风速为其中，v
″0为距离基准高度为h的风速，k'为Vonkarman常数,k'取值为0.35，h0为基准高度，h为风电机组与基准高度h0之间的高度差，为基准高度h0处的风速；
[0014]S1
‑
2：构建波动风速模型
[0015]①
采用核密度非参数估计方法求波动风速v
t
、平均风速v及湍流强度t1边缘分布函数G(v
t
)、G(v)及G(t1)；
[0016]②
构建波动风速v
t
、平均风速v及湍流强度t1的三维联合密度函数g(v
t
,v,t1)：g(v
t
,v,t1)＝c(G(v
t
),G(v),G(t1))g(v
t
)g(v)g(t1)，其中C(G(v
t
)，G(v)，G(t1))为以波动风速v
t
、平均风速v及湍流强度t1作为三维随机变量的Copula函数，g(v
t
)为波动风速v
t
的边缘概率密度函数，g(v)为平均风速v的边缘概率密度函数，g(t1)为湍流强度t1的边缘概率密度函数；
[0017]③
求波动风速的条件分布函数其中并通过三维联合密度函数g(v
t
,v,t1)求得。
[0018]进一步地，假定风电参与电网调频时间为30s，单台风电机组可利用调频能源E按下式求得：
[0019][0020]其中，e(v)表示风电机组可用调频能量随风速变化的函数，ΔE代表风电机组因运行点偏移而带来的能量损失，P
n
为风电机组额定功率，ω为风电机组转子转速，ω
min
与ω
max
分别对应风机最小与最大转子转速，ω1为进入恒转速区转速，vⅠ、vⅡ，vⅢ分别对应最大风能跟踪区、恒转速区与恒功率区分界风速，λ
opt
表示最优的叶尖速比，R
w
表示风轮半径，P
max
为风机功率极限值。
[0021]进一步地，对波动风速v
t、
平均风速v及湍流强度t1边缘分布函数G(v
t
)、G(v)及G(t1)进行积分，得到波动风速v
t
、平均风速v及湍流强度t1边缘分布函数G(v
t
)、G(v)及G(t1)；边缘分布函数G(v
t
)、G(v)及G(t1)的计算公式为：其中，z代表随机变量(z的值为v
t
、v和t1)，w代表带宽，带宽w的计算公式为代表样本标准差；n表示样本个数，z
r
代表第r个样本点；为核函数，的计算公式为
[0022]进一步地，采用混合Copula函数对波动风速v
t
、平均风速v及湍流强度t1的单一Copula函数进行线性组合得到波动风速v
t
、平均风速v及湍流强度t1的三本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.考虑风速空间分布和波动性的风电场调频能量评估方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：构建风电场内某台风电机组可用调频能量概率密度函数：其中，E为单台风电机组可利用调频能量，v为平均风速，t1为湍流强度，e
‑1(E)表示风电机组可用调频能量随风速变化的逆函数，g(e
‑1(E)|v，t1)为风速的条件概率密度函数；S2：对S1所得风电机组可用调频能量的概率密度函数进行积分得到各台风电机组可用调频能量的概率分布函数G(E)；S3：采用区间估计的方法获得全风电场的可用调频能量，根据置信系数p，得到每台风电机组可用调频能量的置信区间C
E
：C
E
＝[E
D
,E
U
]；式中，E
D
、E
U
分别对应风电机组可用调频能量的置信上下界；S4：根据步骤S3所得每台风电机组可用调频能量置信区间，对风电场内每台风电机组评估结果进行叠加，得到风电机组可用调频能量置信区间为：∑C
E
＝[∑E
D
,∑E
U
]。2.根据权利要求1所述的考虑风速空间分布和波动性的风电场调频能量评估方法，其特征在于，根据风速模型和单台风电机组可利用调频能源构建风电场内某台风电机组可用调频能量概率密度函数，风速模型构建步骤包括：S1
‑
1：构建风速模型
①
考虑上游风向m台风电机组对下游风电机组j造成的尾流效应叠加，平坦地形风电场风电机组j的风速v
j
表示为：其中v0为自然来流风速，d
F
代表平坦地形风电场的风速下降系数；
②
山地风电场中流经某风电机组的风速v'2为：v'2＝v'0(1
‑
d'
F
)，其中d'
F
为复杂地形时的风速下降系数，d'
F
的计算公式为：v
′0为该风电机组前排无风电机组遮挡时的风速，v
′1表示前排风电机组的自然风速；
③
海上风电场风速为其中，v
″0为距离基准高度为h的风速，k'为Vonkarman常数,k'取值为0.35，h0为基准高度，h为风电机组与基准高度h0之间的高度差，为基准高度h0处的风速；S1
‑
2：构建波动风速模型
①
采用核密度非参数估计方法求波动风速v
t
、平均风速v及湍流强度t1边缘分布函数G(v
t
)、G(v)及G(t1)；
②
构建波动风速v
t
、平均风速v及湍流强度t1的三维联合密度函数g(v
t
,v,t1)：g(v
t
,v,t1)＝c(G(v
t
),G(v),G(t1))g(v
t
)g(v)g(t1)，其中C...

【专利技术属性】
技术研发人员：张峰，游欢欢，丁磊，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：