!#年第4卷第1期2017 Vol.4 N o.1
南方能源建设
SOUTHERN ENERGY CONSTRUCTION
规划咨询
Planning ZConsultation
DOI： 10 .16516/j.gedi.issn2095-8676.2017 .01.005
风电场出力特性与集群效应分析方法研究
陈雷\卢斯煜2
(1.中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司，广州510663; 2.南方电网科学研究院，广州510080)
摘要：从时间和空间分布的角度，提出风电场时空出力特性的分析框架，包括单一风电场的长期出力特性和短期出力 特性分析、风电场集群长期波动相关性和短期波动互补性的分析方法。利用所提分析框架和指标，以海南文昌风电场 为例，开展风电出力特性分析；以海南文昌（1座风电场）、儋州（2座风电场）、东方（2座风电场）以及海南全省风电 集群为例，开展风电集群效应分析，验证分析框架和指标的实用性和有效性。
关键词：风电；出力特性；集群效应
中图分类号：TM614 文献标志码：A文章编号：2095-8676(2017)01-0031-07
Research on the Analysis Method for Wind Power Generating Output
Characteristic and Cluster Effects
CHENLei1$LUSiyu2$
(1.ChinaEnergy Engineering G roup G uangdong Electric Power Design I nstitu te Co. $Ltd. $Guangzhou510663 $China;
2.Electric Power R esearch I nstitute，CSG，G uangzhou510080，China)
Abstract:A fram ework for w ind power generating output characteristic a nalysis has been proposed from space distribution.The proposed fram ework includes long-term an d short-term generating output wind farm，the relation of long-term fluctuation and the com plem entation of short-term fluctuation of wind farm s cluster.The pro-posed m ethod w as applied to a n analytic study of W enchang wind farm，D anzhou wind farm，Dongfang wind farm an d the H ainan wind farm cluster to reveal its rationality an d feasibility.
Key words ：w i n d power；characteristic of generating output;cluster effects
2014年11月，国务院发布《能源发展战略行动计划（214— 22年）》[1]，提出要大力发展风电，计划到2020年风电装机达200 G W%相 对于火电等常规能源发电，风电具有较强的随机 性、波动性、难以预测性和可调度性差等特点[2]，并最终表现为发电功率在不同时间尺度上 的波动，大规模风电并网将影响电网的安全稳定 运行[3_7]。为了应对大规模风电并网下的电网分
收稿日期：2016-06-20
基金项目：中国南方电网公司2016年重点科技项目（K Y K J X M00_21 #作者简介：陈雷（189)，女，江西吉安人，工程师，硕士，主要从事电力系统规划与可靠性、新能源发电等研究工作（e-m ail)c h e n le i4 @g ed i.co https://www.doczj.com/doc/ca14991090.html,。析和实际运行的需求，迫切需要对风电出力特性 (包括单一风电场的出力特性和风电场集群的出力特性）形成有效的分析方法，以进一步掌握风 电场的时空发电特性，为电力系统的规划和运行 提供决策参考。
本文从时间和空间分布的角度，提出风电场时 空出力特性的分析框架，包括单一风电场的长期出 力特性和短期出力特性分析、风电场集群长期波动 相关性和短期波动互补性的分析方法。利用所提分 析框架和指标，以海南文昌风电场为例，开展风电 出力特性分析；以海南文昌（1座风电场）、儋州（2 座风电场）、东方（2座风电场）以及海南全省风电 集群为例，开展风电集群效应分析，验证分析框架 和指标的实用性和有效性。
风电功率预测系统功能规范 （试行） 国家电网公司调度通信中心
目次 前言...................................................................... III 1范围. (1) 2术语和定义 (1) 3数据准备 (2) 4数据采集与处理 (3) 5风电功率预测 (5) 6统计分析 (6) 7界面要求 (7) 8安全防护要求 (8) 9系统输出接口 (8) 10性能要求 (9) 附录A 误差计算方法 (10)
前言 为了规范风电调度技术支持系统的研发、建设及应用，特制订风电功率预测系统功能规范。 本规范制订时参考了调度自动化系统相关国家标准、行业标准和国家电网公司企业标准。制订过程中多次召集国家电网公司科研和生产单位的专家共同讨论，广泛征求意见。 本规范规定了风电功率预测系统的功能，主要包括预测时间尺度、信息要求、功率预测、统计分析、界面要求、安全防护、接口要求及性能指标等。 本规范由国家电网公司国家电力调度通信中心提出并负责解释； 本规范主要起草单位：中国电力科学研究院、吉林省电力有限公司。 本规范主要起草人：刘纯、裴哲义、王勃、董存、石永刚、范国英、郭雷。
风电功率预测系统功能规范 1范围 1.1本规范规定了风电功率预测系统的功能，主要包括预测时间尺度、数据准备、数据采集与处理、功率预测、统计分析、界面要求、安全防护、接口要求及性能指标等。 1.2本规范用于指导电网调度机构和风电场的风电功率预测系统的研发、建设和应用管理。 本规定的适用于国家电网公司经营区域内的各级电网调度机构和风电场。 2术语和定义 2.1 风电场 Wind Farm 由一批风电机组或风电机组群组成的发电站。 2.2 数值天气预报 Numerical Weather Prediction 根据大气实际情况，在一定的初值和边值条件下，通过大型计算机作数值计算，求解描写天气演变过程的流体力学和热力学的方程组，预测未来一定时段的大气运动状态和天气现象的方法。 2.3 风电功率预测 Wind Power Forecasting 以风电场的历史功率、历史风速、地形地貌、数值天气预报、风电机组运行状态等数据建立风电场输出功率的预测模型，以风速、功率或数值天气预报数据作为模型的输入，结合风电场机组的设备状态及运行工况，得到风电场未来的输出功率；预测时间尺度包括短期预测和超短期预测。 2.4 短期风电功率预测 Short term Wind Power Forecasting 未来3天内的风电输出功率预测，时间分辨率不小于15min。 2.5 超短期风电功率预测 ultra-short term Wind Power Forecasting 0h~4h的风电输出功率预测，时间分辨率不小于15min。
风力发电系统建模与仿真 摘要：风力发电作为一种清洁的可再生能源利用方式，近年来在世界范围内获得了飞速的发展。本文基于风力机发电建立模型，主要完成了以下工作：（1）基于风资源特点，建立了以风频、风速模型为基础的风力发电理论基础； （2）运用叶素理论，建立了变桨距风力机机理模型； （3）分析了变速恒频风力发电机的运行区域与变桨距控制的原理与方法，并给出了机组的仿真模型，为风力发电软件仿真奠定了基础； （4）搭建了一套基于PSCAD/EMTDC仿真软件的风力发电系统控制模型以及完整的风力发电样例系统模型，并且已初步实现风力机特性模拟功能。 关键词：风力发电；风频；风速；风力机；变桨距；建模与仿真 1 风资源及风力发电的基本原理 1.1 风资源概述 （1）风能的基本情况[1] 风的形成乃是空气流动的结果。风向和风速是两个描述风的重要参数。风向是指风吹来的方向，如果风是从东方吹来就称为东风。风速是表示风移动的速度即单位时间内空气流动所经过的距离。 风速是指某一高度连续10min所测得各瞬时风速的平均值。一般以草地上空10m高处的10min内风速的平均值为参考。风玫瑰图是一个给定地点一段时间内的风向分布图。通过它可以得知当地的主导风向。 风能的特点主要有：能量密度低、不稳定性、分布不均匀、可再生、须在有风地带、无污染、分布广泛、可分散利用、另外不须能源运输、可和其它能源相互转换等。 （2）风能资源的估算 风能的大小实际就是气流流过的动能，因此可以推导出气流在单位时间内垂直流过单位截面积的风能，即风能密度，表示如下： 3 ω= (1-1) 5.0vρ 式中, ω——风能密度(2 W)，是描述一个地方风能潜力的最方便最有价值的量； /m ρ——空气密度(3 kg)； /m
发电量计算梳理 发电量计算部分，我们所要做的工作是这样的： 当拿到标书（可研报告）等资料后，我们首先要提澄清（向业主索要详细发电量计算所需的资料）；然后选择机型（确定该风电场适合用什么类型的风机）；最后进行发电量计算。 一、澄清 下面列出了发电量计算需要的所有内容，提澄清的时候，缺什么就列出来。 风电场详细发电量计算所需资料汇总 （1）请业主提供风电场的可研报告； （2）请业主提供风电场内的测风塔各高度处完整一年实测风速、风向、风速标准偏差数据，以及测风塔的地理位置坐标； （3）请业主提供测风塔测风数据的密码； （4）风电场是否已确定风机布置位置，若已确定风机位置，请提供相应的固定风机点位坐标； （5）请业主提供风电场的边界拐点坐标； （6）请业主提供风电场内预装轮毂高度处的50年一遇最大风速； （7）请业主提供风电场场址处的空气密度； （8）请业主提供预装轮毂高度处15m/s湍流强度特征值； （9）请业主提供风电场的海拔高度以及累年极端最低温度； （10）请业主提供风电场内测风塔处的综合风切变指数； （11）请业主提供风电场影响发电量结果的各项因素的折减系数。
https://www.doczj.com/doc/ca14991090.html,/SELECTION/inputCoord.asp 第二步：打开Global Mapper软件，将.dxf和.zip地形文件拖入。 设置“投影”：Gauss Krueger(3 degree zones)\Gauss Krueger(6 degree zones)； 设置“基准”：XIAN 1980(CHINA)\BEIJING 1954； 设置“地区”：Zone x(xxE-xxE)。 1 将.dxf拖入Global Mapper并设置好投影及基准后，将鼠标放于地图任意位置，软件右下角会显示点位坐标。完整坐标表示应该为横坐标8位，纵坐标7位。而横坐标的前两位经常被省去，如果你看到的是横坐标6位，纵坐标7位，那么横坐标的前两位就是被省略的。此时要人为对地图进行整体偏移。偏移量为“地区”Zone后的数值，见下图。
风电理论发电功率及受阻电量计算方法 第一章总则 第一条为进一步完善电网实时平衡能力监视功能，规范日内市场环境下风电理论发电功率及受阻电量等指标的统计分析，依据《风电场理论可发电量与弃风电量评估导则》（NB/T 31055-2014）、《风电场弃风电量计算办法（试行）》（办输电〔2012〕154号）、《风电受阻电量计算办法》（调水〔2012〕297号）的有关要求，制定本方法。 第二条本方法适用于国家电网公司各级电力调度机构和调管范围内并网风电场开展理论发电功率及受阻电量统计计算工作。 第二章术语与定义 第三条风电场发电功率指标包括理论发电功率和可用发电功率。风电场理论发电功率指在当前风况下场内所有风机均可正常运行时能够发出的功率，其积分电量为理论发电量；风电场可用发电功率指考虑场内设备故障、缺陷或检修等原因引起受阻后能够发出的功率，其积分电量为可用发电量。 第四条风电场受阻电力分为场内受阻电力和场外受阻电力两部分：场内受阻电力指风电场理论发电功率与可用发电功率之差，其积分电量为场内受阻电量；场外受阻电力指
风电场可用发电功率与实发功率之差，其积分电量为场外受阻电量。 第五条全网理论发电功率指所有风电场理论发电功率之和；全网可用发电功率指风电场总可用发电功率与考虑断面约束的风电总受阻电力之差；可参与市场交易的风电富余电力指全网可用发电功率与实发功率之差。 第六条全网场内受阻电力指所有风电场场内受阻电力之和；全网断面受阻电力为因通道稳定极限、电网设备检修、电网故障等情况导致的风电受阻；全网调峰受阻电力指全网可用发电功率与实发功率之差。 第三章数据准备 第七条计算风电场理论发电功率和受阻电力需准备的数据有：样板机型号及其数量、全场风机型号及其数量、样板机实时出力、全场风机状态信息、风机轮毂高度、风轮直径、风机经纬度坐标、风机风速-功率曲线、风电场区域地形地貌数据、测风塔经纬度坐标及其层高、实时测量风速和风向、机舱风速等。 第四章风电场理论功率计算方法 第八条风电场理论功率及受阻电量计算主要有三种方法：样板机法、测风塔外推法和机舱风速法。风电场可根据具体情况，采用一种或多种计算方法。
风电机组功率特性评估 作者:国能日新 一、概念和意义 风电机组功率特性评估是指对已经投产运行的风力发电机组的设计目标进行的系统、客观的分析和评价。通过对机组实际运行状况的检查总结和分析评价，确定是否达到预期目标。 风电机组功率特性评估工作对风电场的建设和发展有着重要的意义。目前风电场存在设计发电量与实际发电量不符的情况。国能日新公司风电场风电机组后评估解决方案通过对风电机组实发功率特性的测试和评估，深入了解风电场设计效益与实际效益之间的差异，找出风电场设计、管理或风电机组自身存在的一些问题，给风电场科学运营以及未来风电场风电机组选型提供有力依据。 二、执行流程 1、数据收集和分析 （1）数据收集 风电机组功率特性评估需收集风电场监控系统中记录的所有风机运行发电数据、现场测风塔数据、当地气候数据以及风电机组的技术文档等资料。 （2）数据分析 检查测风塔原始数据，对其进行完整性和合理性分析，检验出缺测和不合理数据，经过数据净化、再分析处理，整理出一套连续一年完整的逐小时测风数据，进而与风电机组数据进行相关性对比分析。 2、风资源评估 利用风电场并网运行以后的风能资源数据，进行风电场风能要素分析，并与风电场前期可研阶段的数据进行对比分析，总结评估经验，为后期项目开发建设提供支持。 风能要素包括：风速、风向、风功率、空气密度等。 3、功率特性分析 （1）数据净化
在实际发电过程中，风电机组可能人为停机、故障、或者采集缺失、数据错误，因此必须对风电机组的原始数据进行合理性检验和数据净化。通过数据的合理性检验，可以得到基本有效和完整的发电数据，而数据净化可以保证所采集的数据都是可以用于风电机组性能评估的有效发电数据。 （2）数据处理 由于测风塔数据和风机数据记录方式、时标不同的原因，需要依据最大相似度的原则使二者的时间坐标保持一致。此处，将采用最先进的粒子群优化算法对时标进行寻优。保证二者时间坐标的完美统一。 （3）相关性分析 通过上述数据净化及数据处理，再把测风塔数据合理的映射到风机的坐标位置。按照最大相关度方法，对数据进行线性和非线性回归分析，进而得到每台风电机组实际的风资源数据序列，通过与每台机组发电数据在时间轴上对齐，便可得出与风机功率特性曲线极为相近的图形。 （4）曲线生成 通过上述分析和处理获得原始图形。为得到机组的实测功率曲线，必须在原始图形的基础上进行最终的曲线拟合，获得一条完整的功率特性曲线，即体现风电机组实际出力能力的功率特性曲线图。 三、案例分析 1、中广核云南楚雄牟定大尖峰风电场功率特性评估 云南省楚雄州牟定大尖峰风电场位于云南省楚雄州牟定县西南部山地，高程2100~2500m，属于高山地形。现安装33台单机容量为1.5MW的风力发电机组，总装机容量49.5MW。 2、武汉凯迪平陆凯迪风口风电场功率特性评估 武汉凯迪平陆风口风电场一期36台风电机组功率曲线性能测试工程，包括武汉国测诺德10台1.0MW机组和东汽26台1.5MW机组，装机容量为49MW。 通过对风场风电机组实际运行数据进行采集、净化、相关性及数据处理，最终完成全场风能资源综合分析、风电机组可利用率分析、风电机组可靠性及发电量分析，并根据分析结果对风场未来运营提供建议信息。（技术支持：北京国能日新系统控制技术有限公司）
影响风力发电机出力的因素 风力发电机在工作时由于受到环境或本身结构的影响，其功率会受到影响，目前大坝风场使用华锐3MW风机32台，现就一些影响风机出力的因素进行简单分析： 一、功率曲线与上网发电量 1、功率曲线反映了风力发电机组的功率特性，是衡量机组风能转换能力的指标之一，设备验收时功率曲线往往是被重点考核的对象。 下图为华锐3MW风机理论设计功率曲线 下图为风机实际功率曲线
从标准功率曲线与实际功率曲线对比可以看出，风机实际出力功率曲线与设计理论功率曲线趋近于相同（达到满发点有差异）。但实际风场中还有个别风机存在功率曲线异常情况，如下图所示：下图为风机异常功率曲线：
造成功率曲线异常有以下几点：一是华锐3MW远程监控系统数据记录错误或丢失。二是我风场由于受到功率限制，大风期部分风机风机停运。三是由于故障风机长时间停机，导致主控检测到的数据为零等。
2、因玉门地区发电量送出通道有限，导致我风场负荷受到严重限制，平常全厂出力为3万千瓦时左右（容量十万）,大风期我风场风机大部分不能满负荷发电。 二、风况及地理位置对风力发电机出力的影响 风力发电的原动力是不可控的，它是否处于发电状态以及出力的大小都决定于风速的状况，风速的不稳定性和间歇性决定了风电机组的出力也具有波动性和间歇性的特点。 1、目前我风场年平均风速为6.3m/s(以2013年为例，90m高度),设计之初年平均风速为7.86m/s（70m高度，出自大坝风场可研性报告），风场年平均风速有所下降。 2、目前我风场所处位置西南及南面均有山，成西高东低地理位置不理想，根据风场玫瑰图可以看出我风场主导风向为东风和西风，山对风的影响比较大。 3、因风场地理位置、环境等客观因素，风切变也是影响风机出力的不可抗力的原因之一。风切变，又称风切或风剪，是指风矢量(风向、风速)在空中水平和(或)垂直距离上的剧烈变化。现场风速及风向的剧烈变化，造成风机出力不稳定、偏航、变桨调整时间延长等，
定速风电机组的仿真 组员：江天天赵正严亚俊 一、简介 基于普通感应发电机的定速风电机组，一般由风轮、轴系（包括低速轴LS、高速轴HS和齿轮箱组成）、感应发电机组等组成，如图1所示。发电机转子通过轴系与风电机组风轮连接，而发电机定子回路与电网用交流线路连接。这种类型的风电机组一旦起动，其风轮转速是不变的（取决于电网的系统频率），与风速无关。在电力系统正常运行的情况下，风轮转速随感应发电机的滑差变化。风电机组在额定功率运行状态下，发电机滑差的变化范围为1%~2%，因此正常运行时风轮转速仅在很小范围内变化。 图 1：基于普通感应发电机的定速风电机组 二、工作原理： 风电机组通过三叶片风轮将风能转换成机械能，风能输出的机械功率为： 注释：：空气密度； ：通过风力机叶片的风速； ：叶尖速比； ：叶片浆距角； ：叶片旋转半径； ：叶片旋转角速度；
：叶片扫风面积； ：功率系数（与叶尖速比以及叶片浆距角有关）。 根据不同的、取值，可得到的曲线如图2所示，从图中可以看出，对应某一确定的浆距角，有一极大值存在，也就是说，当风力机运行时不能保证在所有的风速下都能够产生最大的功率输出。的理论最大值为0.593，这就是著名的Betz极限。 图2：关系曲线 图 3：风电机组功率特性 定速风电机组的风轮从风中获取机械能，然后通过齿轮轴系传递给感应发电机，感应发电机再把机械能转换成电能，输送到电网中。感应发电机向电网提供有功功率，同时从电网吸收无功功率用来励磁。因为这种类型的感应发电机无法控制无功功率，所以利用无功补偿器
来改善风电机组的功率因数，降低机组从电网中吸收的总的无功功率。现代定速风电机组的风轮转速为15~20r/min，发电机转子的同步转速与电网频率对应。 定速风电机组可以采用定浆距控制，也可以采用叶片角控制。其中，定浆距控制风电机组为被动失速控制，它将叶片以固定浆距角用螺栓固定在轮毂上，在给定风速下，风电机组风轮开始失速，失速条件始于叶片根部，并随着风速加大逐渐发展到全部叶片长度。这种失速控制方式成本低廉，但是低风速下风电机组发电效率较低。而叶片角控制定速风电机组为采用负浆距角的主动失速控制方式。主动失速设置为在风速低于额定风速时优化处理，在风速超过额定风速时限制出力为额定功率。这种主动失速控制方式能够提高风电机组的发电效率。 三、仿真模块： Three-Phase Source【三相电源模块】 Three-Phase Transformer(Two Windings)【三相双绕组变压器模块】 Three-Phase Fault【三相故障模块】 Three-Phase PI Section Line【三相π型等值电路模块】 Three-Phase V-I Measurement【三相电压电流测量元件模块---模拟母线】 Wind Turbine Induction Generator(Phasor Type)【风电机组模块】 Goto【跳转模块】 Constant【常数系数模块】 From Workspace【从工作空间中输入数据模块】 Bus Selector【总线选择器模块】 Abs【求取绝对值模块】 Scope【观测仪模块】 Powergui【电力图形用户分析界面模块】 四、模型仿真： 一台单机容量为 1.5MW的定速风电机组经过升压，通过长度为100km、电抗为的架空输电线路与外部系统相连。参考MATLAB中风电
风的特性 1、随机性 2、风随高度的变化而变化 2、风速 由于风时有时无、时大时小，每一瞬时的速度都不相同，所以风速是指一段时间内的平均值，即平均风速。 3、风力 风力等级是根据风对地面或海面物体影响而引起的各种现象，按风力的强度等级来估计风力的大小。国际上采用的为蒲福风级，从静风到飓风共分为13个等级。 风力等级与风速的关系： 505 .1N 824.01.0N +=-ν式中 V N ——N 级风的平均风速 (m/s)； N ——风的级数。 风能密度，空气在一秒钟内以速度ν流过单位面积产生的动能 风力发电机的分类 按风轮轴的安装型式：水平轴风力发电机组和垂直轴风力发电机组 按风力发电机的功率 ：微型（额定功率50～1000W ）、小型（额定功率1.0～10kW ）、中型（额定功率10～100kW ）和大型（额定功率大于100kW ） 按运行方式 独立运行和并网运行 独立运行的风力发电机组 水平轴独立运行的风 力发电机组主要由风轮(包括尾舵)、发电机、支架、电缆、
充电控制器、逆变器、蓄电池组等组成，其主要结构见右图。 （2）并网运行的风力发电机组 并网运行的水平轴式风力发电机组由风轮、增速齿轮箱、发电机、偏航装置、控制系统、塔架等部件组成，其结构如右图所示 3.2.2 风力机 风力机又称为风轮，主要有水平轴风力机和垂直轴风力机。 1、水平轴风力机： a.荷兰式 b.农庄式 c.自行车式 d.桨叶式 2、垂直轴风力机： a.萨窝纽斯式 b.达里厄式 c.旋翼式 3）双馈异步发电机 双馈异步发电机是当今最有发展前途的一种发电机，其结构是由一台带集电环的绕线转子异步发电机和变频器组成，变频器有交－交变频器、交－直－交变频器及正弦波脉宽调制双向变频器三种，系统结构如下图所示。 根据双馈异步发电机转子转速的变化，双馈异步发电机可以有三种运行状态：1）亚同步运行状态。此时n
风电功率预测系统功能规范（试行） 前言 为了规范风电调度技术支持系统的研发、建设及应用，特制订风电功率预测系统功能规范。本规范制订时参考了调度自动化系统相关国家标准、行业标准和国家电网公司企业标准。制订过程中多次召集国家电网公司科研和生产单位的专家共同讨论，广泛征求意见。本规范规定了风电功率预测系统的功能，主要包括预测时间尺度、信息要求、功率预测、统计分析、界面要求、安全防护、接口要求及性能指标等。本规范由国家电网公司国家电力调度通信中心提出并负责解释；本规范主要起草单位：中国电力科学研究院、吉林省电力有限公司。本规范主要起草人：刘纯、裴哲义、王勃、董存、石永刚、范国英、郭雷。 1范围 1.1本规范规定了风电功率预测系统的功能，主要包括预测时间尺度、数据准备、数据采集与处理、功率预测、统计分析、界面要求、安全防护、接口要求及性能指标等。 1.2本规范用于指导电网调度机构和风电场的风电功率预测系统的研发、建设和应用管理。本规定的适用于国家电网公司经营区域内的各级电网调度机构和风电场。 2术语和定义 2.1风电场Wind Farm由一批风电机组或风电机组群组成的发电站。 2.2数值天气预报Numerical Weather Prediction根据大气实际情况，
在一定的初值和边值条件下，通过大型计算机作数值计算，求解描写天气演变过程的流体力学和热力学的方程组，预测未来一定时段的大气运动状态和天气现象的方法。 2.3风电功率预测Wind Power Forecasting以风电场的历史功率、历史风速、地形地貌、数值天气预报、风电机组运行状态等数据建立风电场输出功率的预测模型，以风速、功率或数值天气预报数据作为模型的输入，结合风电场机组的设备状态及运行工况，得到风电场未来的输出功率；预测时间尺度包括短期预测和超短期预测。 2.4短期风电功率预测Short term Wind Power Forecasting未来3天内的风电输出功率预测，时间分辨率不小于15min。 2.5超短期风电功率预测ultra-short term Wind Power Forecasting 0h~4h的风电输出功率预测，时间分辨率不小于15min。 3数据准备 风电功率预测系统建模使用的数据应包括风电场历史功率数据、历史测风塔数据、历史数值天气预报、风电机组信息、风电机组及风电场运行状态、地形地貌等数据。 3.1风电场历史功率数据风电场的历史功率数据应不少于1a，时间分辨率应不小于5min。 3.2历史测风塔数据a）测风塔位置应在风电场5km范围内；b）应至少包括10m、70m及以上高程的风速和风向以及气温、气压等信息；c）数据的时间分辨率应不小于10min。 3.3历史数值天气预报历史数值天气预报数据应与历史功率数据相
风电并网课程作业 用digsilent软件仿真分析 含风电场的单机无穷大系统 的潮流与动态过程 班级：研电1105 姓名：郭威（1112201057） 李彦宾（1112201063）
0 仿真系统参数如下 双馈电机参数： 变压器参数： 额定容量S N =1.5MVA 额定容量S N =63MVA 额定电压U N =0.69kV 额定电压U N =242kV/10.5kV 正常转速n =1490.565rpm 短路损耗404kW 级对数 p=2 空载损耗93kW 惯性时间常数（集中参数）T J =5s 短路电压14.45% 定子电阻R s =0.00598989pu 空载电流2.41% 转子电抗x s =0.125pu 直流电容参数： 同步速时 C =48137.6μF E =1.15kV 转子电阻R r =0.00619137pu 系统参数： 转子电抗x r =0.105368pu 无限大系统: f =50Hz 静止时 负荷参数： 转子电阻R r =0.02623123pu P=35MW ，cos Φ=0.9 输电线路：LGJ400，200km, r1=0.08 Ω/km,x1=0.04 Ω/km. 变压器参数计算：选择电力变压器型号为SSPL-63000/220，额定容量为63000kVA ，额定电压242±2?2.5%kV ，低压10.5kV ，短路损耗404kW ，空载损耗93kW ，短路电压14.45%，空载电流2.41%，经过计算： Ω=??==96.5631000242404100022 2N N K T S U P R Ω=??==33.1346310024245.14100%22 N N k T S U U X S U P G N T 6 22010588.12421000931000-?=?=?= S U S I B N N T 52201059.22421006341.2100%-?=??== 搭建的单机无穷大系统潮流图，该系统中无穷大系统由内阻为0、电压标么值为1的50Hz 交流电压源进行等值。发电机采用经典二阶模型。设Xd ’后暂态电势E ’恒定、机械功率Pm 恒定，D 为定常阻尼系数，忽略线路损耗及分布电容，则对于单机无穷大系统有如下运动方程： (1)1m e d M P P D dt d dt ω ωδω?=---??? ?=-??
风功率预测对风电场的重要意义 风功率预测是以风电场的历史功率、历史风速、地形地貌、数值天气预报、风电机组运行状态等数据建立风电场输出功率的预测模型，以风速、功率、数值天气预报等数据作为模型的输入，结合风电场机组的设备状态及运行工况，预测风电场未来的有功功率。 风功率预测系统对接入大量风电的电力系统运行有重要意义。电力系统是一个复杂的动态系统，维持发电、输电、用电之间的功率平衡是电网的责任。没有风电的电力系统，电网调度机构根据日负荷曲线可以制定发电计划，满足次日电力的需求。风电场输出功率具有波动性和间歇性，风电的大规模接入导致发电计划制定难度大大增加，风电给电力系统的调度运行带来巨大挑战。对风电场输出功率进行预测是缓解电力系统调峰、调频压力，提高风电接纳能力的有效手段之一，同时，风电场开发企业也可以利用风电预报选择风力较小的天气合理安排风电机组设备的检修，尽可能减少因风电机组检修无法发电带来的发电量损失。 一、风功率预测预报要求 电网调度部门对风电功率预测的基本要求有两个：一是日预报，即次日零时至二十四时的预测预报，时间分辨为十五分钟。二是实时预报，即自上报时刻起未来十五分钟至四小时的预测预报，时间分辨不小于十五分钟。 日预报要求并网风电场每日在规定时间前按规定要求向电网调度机构提交次日零时到二十四时每十五分钟共九十六个时间节点风电有功功率预测数据和开机容量。试试预报要求并网风电场按规定要求每十五分钟滚动上报未来十五分钟至四小时风电功率预测数据和实时的风速等气象数据。 二、影响风功率预测准确率因素
影响风电场风电功率预测准确率的因素有很多，其中数值天气预报的影响最大。数值天气预报预测的是风速、风向、气温、气压等气象数据，是风电场开展风电功率预测的基础和输入，能否得到准确的数值天气预报对风电功率预测准确率有很大影响。但是，由于风的随机性、不确定性，再加上我国很多风电场都建在边远地区，地形差异较大，短时间会有风的快速变化，导致近地面的风速数值预报难度很大。我们都知道风功率与风速的三次方成正比，所以风速数值预报的准确性会直接影响风功率预测的准确率。 另外，风电功率预测方法也是影响预测的准确率的关键因素。目前国内风功率预测方法主要有基于统计的方法和基于物理建模的方法。统计方法是指不考虑风速变化的物理过程，而根据历史统计数据找出天气状况与风场出力的关系，然后根据实测数据和数值天气预报数据对风电场输出功率进行预测；物理方法是指根据数值天气预报模式的风速、风向、气压、气温等气象要素预报值以及风电场周围等高线、粗糙度、障碍物等信息，采用微观气象学理论或计算流体力学的方法计算得到风电机组轮毂高度的风速、风向等气压信息，然后根据风电机组的功率曲线计算得到每台风电机组的测功率，再考虑风电机组间的尾流影响，最后对所有风电机组的预测功率求和得到风电场的预测功率。因统计方法和物理方法都对数据都有很高要求，如果数据本身不是很完整，或者经过人为影响，或者得到的数据是错误的，都会影响到风电功率预测结果的准确度。 三、风功率预测系统的定义 风电功率预测系统是指以高精度数值气象预报为基础，搭建完备的数据库系统，利用各种通讯接口采集风电场集控和EMS数据，采用人工智能神经网络及数据挖掘算法对各个风电场进行建模，提供人性化的人机交互界面，对风电场进行功率预测，为风电场管理工作提供辅助手段。
风力发电系统建模与仿真
风力发电系统建模与仿真 摘要：风力发电作为一种清洁的可再生能源利用方式，近年来在世界范围内获得了飞速的发展。本文基于风力机发电建立模型，主要完成了以下工作：（1）基于风资源特点，建立了以风频、风速模型为基础的风力发电理论基 础； （2）运用叶素理论，建立了变桨距风力机机理模型； （3）分析了变速恒频风力发电机的运行区域与变桨距控制的原理与方法，并给出了机组的仿真模型，为风力发电软件仿真奠定了基础； （4）搭建了一套基于PSCAD/EMTDC仿真软件的风力发电系统控制模型以及 完整的风力发电样例系统模型，并且已初步实现风力机特性模拟功能。 关键词：风力发电；风频；风速；风力机；变桨距；建模与仿真 1 风资源及风力发电的基本原理 1.1 风资源概述 （1）风能的基本情况[1] 风的形成乃是空气流动的结果。风向和风速是两个描述风的重要参数。风向是指风吹来的方向，如果风是从东方吹来就称为东风。风速是表示风移动的速度即单位时间内空气流动所经过的距离。 风速是指某一高度连续10min所测得各瞬时风速的平均值。一般以草地上空10m高处的10min内风速的平均值为参考。风玫瑰图是一个给定地点一段时间内的风向分布图。通过它可以得知当地的主导风向。 风能的特点主要有：能量密度低、不稳定性、分布不均匀、可再生、须在有风地带、无污染、分布广泛、可分散利用、另外不须能源运输、可和其它能源相互转换等。 （2）风能资源的估算 风能的大小实际就是气流流过的动能，因此可以推导出气流在单位时间内垂直流过单位截面积的风能，即风能密度，表示如下： 3 ω= (1-1) 5.0vρ 式中, ω——风能密度(2 W)，是描述一个地方风能潜力 /m 的最方便最有价值的量；
***风电场一期（49.5MW）工程风功率预测系统 招标文件 招标人： 招标代理机构： 设计单位： 2013年3月
1 总则 1.1 概述 1.1.1本技术规范书叙述了拟安装在***风电场的风电场功率预测系统的硬件及软件技术要求。本技术规范书提供给风电场功率预测系统供货商作为其编写技术建议书和报价之用。 1.1.2 本次工程招标采购的买方为***，卖方为风电场功率预测系统的供货商。系统的最终用户为巴彦塔拉风电场。设计单位为***。 1.1.3 卖方应仔细阅读本技术规范书所列的各项条款和技术要求，所提供的设备和服务应满足本技术规范书的技术指标和功能要求，不应有大的偏差。卖方也可以建议能满足本技术规范书要求的类似系统、设备，但应对其技术性能方面与本技术规范书之间存在的差异加以详细说明。 1.1.4本规范书提出的是以IEC标准为基础的技术要求，并未对一切技术细节作出规定，也未充分引述有关标准和规范的条文，投标者应提供符合IEC最新版本的标准和本规范书要求的成熟系统和优质产品。 如果投标者提供的设备与本技术规范书的要求有差异，应在投标书中以“设备技术偏差”为标题的专门章节中加以详细描述。 1.1.5 投标者提供的设备必须是标准的，技术上是先进和成熟的，元器件、材料是崭新的，软件版本是最新的。投标者必须保证系统的整体性能指标。 1.1.6 技术规范书经双方确认后，作为合同的附件，与合同正文具有同等的法律效力。 1.1.7 本技术规范书中涉及的有关商务方面的内容，如与招标文件的商务部分有矛盾时，以商务部分为准。 1.1.8 本技术规范书未尽事宜，由招标方和投标者在合同技术谈判时协商确定。 1.1.9 在合同生效期间，下述文件与合同具有同样法律效力： ●设计联络会的会议纪要 ●所有卖方对技术问题的澄清及买方确认的文件 1.1.10 本技术规范书的解释权归买方。
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/ca14991090.html, 风电功率波动特性分析 作者：张晴露何天舒 来源：《中国高新技术企业》2015年第01期 摘要：文章通过频率频数的直方图进行初步估计，再通过dfittool工具箱进行确认和验证，最终得出指数分布最适合风电功率波动的分布。通过样本总体的均值和方差估计概率分布的参数，并用概率密度函数图和频率分布直方图对不同时间间隔、不同机组、每天或者一个月的概率分布之间的关系进行分析。最终得知，各个机组在以每日为时间窗宽，每天的平均风电功率大致相同，而方差除了一些特殊的点还有这个月的最后几天外，也是大致相同。 关键词：matlab工具箱；分布拟合；回归分析；ARMA模型；平稳时间序列文献标识码：A 中图分类号：TM76 文章编号：1009-2374（2015）01-0025-02 DOI：10.13535/https://www.doczj.com/doc/ca14991090.html,ki.11-4406/n.2015.0013 1 问题描述 本题研究的是风电功率的波动性问题，当前世界各国资源环境约束的日趋严苛，以化石能源为主的能源发展模式必须向绿色可再生能源转变。风电机组发出的功率主要与风速有关。由于风的不确定性、间歇性以及风电场内各机组间尾流的影响，使得风力发电在满足用电需求方面的确定性不如常规发电。 大规模风电基地通常需接入电网来实现风电功率的传输与消纳。风电功率的随机波动是对电网不利的主要因素。研究风电功率的波动特性，对改善风电预测精度、克服风电接入对电网的不利影响有重要意义。 风电场通常有几十台甚至上百台风电机组。大型风电基地由数十甚至上百个风电场组成。因此，风电功率的波动有很强的时空差异性。 在此我们需要研究风电功率的概率分布等一系列信息并以此对未来风电的功率进行预测，希望得到风力发电机发电功率的一般性结论。 2 模型建立与求解 首先我们要研究风电机发电功率的概率分布。对于概率分布拟合，可以在matlab软件中 用dfittool来解决。我们随机选择了五台电机作为观测对象。
目前我国生产的小型风力发电机按额定功率分为１０种，分别为１００Ｗ、１５０Ｗ、２００Ｗ、３００Ｗ、５００Ｗ、１ｋＷ、２ｋＷ、３ｋＷ、５ｋＷ、１０ｋＷ。其技术特点是：２～３个叶片、侧偏调速、上风向，配套高效永磁低速发电机，再配以尾翼、立杆、底座、地锚和拉线。机组运行平稳、质量可靠，设计使用寿命为１５年。风轮的最大功率系数已从初期的０．３０左右提高到０．３８～０．４２，而且启动风速低，叶片材料已多样化：木质、铁质、铝合金、玻璃钢复合型和全尼龙型等。风轮采用定桨距和变桨距两种，以定桨距居多。发电机选配的是具有低速特性的永磁发电机，永磁材料使用的是稀土材料，使发电机的效率从普通电机的０．５０提高到现在的０．７５以上，有些可以达到０．８２。小型风力发电机组的调向装置大部分是上风向尾翼调向。调速装置采用风轮偏置和尾翼铰接轴倾斜式调速、变桨距调速机构或风轮上仰式调速。功率较大的机组还装有手动刹车机构，以确保风力机在大风或台风情况下的安全。风力发电机组配套的逆变控制器，除可以将蓄电池的直流电转换成交流电的功能外，还具有保护蓄电池的过充、过放、交流卸荷、超载和短路保护等功能，以延长蓄电池的使用寿命。机组的价格较低，且适合于我国的低速地区应用。几种机组型号及技术参数见表３－４。 表３－４几种小型风力发电机组型号及技术参数 风电并网三大前沿问题有突破 新能源开发和能源危机是当前能源领域两大热点问题。 从能源的源头来说，人们把传统化石能源比作“昨天的阳光”，而新能源则是“今天的阳光”，可见人们对新能源的热衷程度。目前来看，由于太阳能发电成本较高，生物质能源有局限性，地热能、潮汐能又很有限，相比之下风电最受宠。
基于Matlab的双馈异步风力发电机风电场仿真 仿真对象是一个由6台1.5MW双馈异步风力发电机组组成的9MW的风电场。这个风电场连接着一个25kv的分布式发电系统，它的电能通过35km长，电压等级为25kv的馈线（B25）输入到120kv的电网上。 一、仿真过程及结果分析 1、风速变化，风机的反映。 初始风速设定为8m/s，时间到t=4s，风速增长到14m/s。开始仿真。 图1 风速突然变化时输出的曲线（voltage regulation 模式）
有功功率随转速平稳的增长，用了18秒的时间到达额定9MW。这段时间内风机转速从0.8pu增长到1.21pu。桨距角从0度增长到0.76度，用来限制机械功率。通过调控无功功率来维持电压在1pu。额定功率时，风机吸收了0.68Mvar，从而控制电压不变。 图2 风速突然变化时输出曲线（Var regulation 模式）无功控制模式下，保持功率因数不变，从电网吸收一部分无功来并网（达到同步转速），因吸收无功，电压上升。 2、110kv系统电压突然下降的仿真。 风速不变8m/s。设置5s发生一次0.15pu的电压下降（在Time variation of 中选择Amplitude）。确保风机为无功控制。
图3 110kv电压突然下降（Var Regulation 模式） 用电设备的电流降至0，电动机转速逐渐下降。用电设备被分离出电网。 图4 110kv电压突然下降（voltage regulation模式） 采用Voltage regulation控制模式，用电设备没有被分出电网。因为电压下降时，风电场发出无功功率。
浅谈风电场AGC及功率控制技术 天电达坂城风电场张胜文 摘要:介绍了风电场AGC及功率控制技术技术，包括省调开展投入风电AGC系统的背景及意义，风电场侧功率控制系统作用及控制策略等方面内容，以期为风电场AGC及功率控制技术人员提供技术参考。 关键词:风电场；自动发电控制系统（AGC）；能量管理平台 1．概况 1.1 电网对风电AGC开展投入背景及意义 近年来随着风电场的装机比例大幅增多，由于风电出力不确定性造成电网调峰困难更为突出，尤其是风电出力大时联络线的调整变得异常突出，以前以人工电话通知的粗放型调整模式已无法满足目前电网运行调整的需求，为提高电网的安全稳定性以及对风电出力调整的合理性，目前调度通过自动发电控制系统（AGC）来实现风电出力的自动调节。 1.2 风电场功率控制系统概况 根据国家电网公司对风电场接入电网技术文件的技术要求，风电场的有功功率控制必须达到以下功能： 风电场具备有功调节能力，根据电网调度部门指令控制其有功功率输出。风电场需配置有功功率控制系统，接收并自动执行调度部门远方发送的有功功率控制信号，确保风电场最大有功功率值及有功功率变化值不超过电网调度部门的给定值。 1.2.1 风电场功率控制系统作用 1)在风速允许的情况下，风电场控制功率在0到额定容量之间根据设定调节； 2)自动调节有功功率：系统能自动控制风电场的有功功率输出，使总有功功率保持在 限定目标值附近，控制误差平均在±10%以内； 3)风电场有功功率自动调节遵循“允许更多风机运行”的控制主策略，采用混合方式 进行功率控制，及风机限功率和停机并存的方式，所有风机采用轮停的方式停机， 可避免风机长时间的停机，对停机超过限定的时间的机组自动重启； 4)系统可与电网调度中心进行连接，接收远程调度的控制指令，根据指令手动或自动 开启功率自动控制功能，进行风电场有功功率智能调节； 5)可设置由于特殊原因不能进行调节操作的机组不停电，也可以根据现场需要优先调 控选定的风机； 6)可以计算风电场的当前的理论有功功率，统计限电条件下的损失功率，并将该值上 传给调度中心； 7)风速预警：系统可以设定某风速值作为预警风速，当风电场任意一台机组的瞬时风 速超过该值时，系统会以语言或屏幕提示信息的形式进行报警，提醒风电场值班人 员引起注意，风电场进入大风状态； 8)功率超限预警：当打开系统的功率超限预警功能后，对风电场设定某个限定负荷值， 风电场实时的有功负荷一旦超过限定值，系统即以语言或屏幕提示信息的形式进行
万方数据
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大规模风电并网的出力特性分析 作者：方平， 万杰， 胡如熠 作者单位：华北电力大学能源动力与机械工程学院,河北保定,071003 刊名： 河南科技 英文刊名：Journal of Henan Science and Technology 年，卷(期)：2013(7) 参考文献(11条) 1.李锋;陆一川大规模风力发电对电力系统的影响[期刊论文]-中国电力 2006(11) 2.辛颂旭;白建华甘肃酒泉风电特性研究[期刊论文]-能源技术经济 2010(12) 3.张宁;周天睿大规模风电场接入对电力系统调峰的影响[期刊论文]-电网技术 2010(01) 4.王丽婕;廖晓钟风电场发电功率的建模和预测研究综述[期刊论文]-电力系统保护与控制 2009(13) 5.屈可丁;于骏东北电网风电运行分析[期刊论文]-东北电力技术 2008(11) 6.田春筝;李琼林风电场建模及其对接入电网稳定性的影响分析[期刊论文]-电力系统保护与控制 2009(19) 7.高德宾;李群东北电网风电运行特性分析与研究 2010(02) 8.何世恩;董新洲大规模风电机组脱网原因分析及对策[期刊论文]-电力系统保护与控制 2012(01) 9.陈贞;倪维斗风电特性的初步研究[期刊论文]-太阳能学报 2011(02) 10.侯佑华;房大中大规模风电入网的有功功率波动特性分析及发电计划仿真[期刊论文]-电网技术 2010(05) 11.肖创英;汪宁渤甘肃酒泉风电出力特性[期刊论文]-电力系统自动化 2010(17) 引用本文格式：方平.万杰.胡如熠大规模风电并网的出力特性分析[期刊论文]-河南科技 2013(7)
《风力发电机组功率特性测试》国家标准编制说明 1.任务来源 国家标准GB/T 18451.2-2012 《风力发电机组功率特性测试》于2012年颁布，按照国家标准管理办法，标准应当在颁布五年之后复审。GB/T 18451.2-2012《风力发电机组功率特性测试》等同采用IEC 61400-12-1: 2005，2017年IEC（国际电工委员会）发布了新版本IEC 61400-12-1:2017，取代了IEC 61400-12-1: 2005。于是该国家标准的修订工作于2018年启动，由全国风力机械标准化技术委员会提出并归口，由中国电力科学研究院负责具体实施，项目编号为2018102498。 2.标准编制过程 在全国风力机械标准化技术委员会的组织下，中国电力科学研究院于2018年10月召开标准启动会，及时成立了标准修订小组，参与单位包括：东方电气风电有限公司、中国船舶重工集团海装风电股份有限公司、西门子歌美飒可再生能源、浙江运达风电股份有限公司、上海电气风电集团有限公司、中国质量认证中心、山东中车风电有限公司、新疆金风科技股份有限公司、明阳智慧能源集团股份公司、维斯塔斯技术研发(北京)有限公司、华润电力技术研究院、国电联合动力技术有限公司、中车株洲电力机车研究所有限公司风电事业部、广东省风力发电有限公司、华锐风电科技(集团)股份有限公司、云南省能源研究院有限公司。 标准修订小组按照等同采用IEC 61400-12-1:2017,Wind energy generation systems–Part 12-1: Power performance measurements of electricity producing wind turbines. （风力发电机组功率特性测试）的方法修订标准。根据等同采用国际标准的编制方法，标准修订小组对IEC 61400-12-1:2017的原文内容进行了反复的研究和讨论，在此基础上开展了原文内容的翻译工作，于2019年3月完成了标准初稿。2019年4月10日，在成都召开初稿讨论会，集中针对初稿内容进行讨论修改。 根据初稿讨论会汇总的修改意见，标准修订小组在2019年4月至9月多次集中讨论，对标准初稿进行了反复修改完善。