尾流效应对风电场输出功率的影响

尾流效应对风电场输出功率的影响3I m p act of W ind T u rb ine W ake on W ind Pow er O u tp u t国家电力公司电力科学研究院 陈树勇　戴慧珠　白晓民　周孝信　(北京100085)　3国家“九五”科学技术攻关项目【摘要】　研究了风电机组尾流效应对风电场输出功率的影响,提出了风电机组效率矩阵、风电机组的功率特性矩阵,以及等效输出功率特性等新的概念和相应的算法,从而建立了比较全面的风电场输出功率和风速的关系模型,为研究并网风电场运行和规划方面的有关问题奠定了基础。

【关键词】　风电　尾流效应　功率特性Abstract A novel model fo r si m ulating the relati on 2sh i p betw een w ind speed and w ind pow er p lant output has been developed ,in w h ich the w ind turbine w ake effects is integrated .Som e useful concep ts ,such as w ind pow er efficiency m atrix ,w ind turbine generato r pow er m atrix and equivalent pow er characteristics ,are defined ,and m ethods fo r calculati on are given .T h is paper p rovides an i m po rtant foundati on fo r studying technical and econom ical p roblem s concerned w ith gridconnected w ind farm s in pow er system opera 2ti on and p lanning .Key words w ind pow er w ake effects pow er out 2put0　前言在研究并网风电场运行和规划方面的有关问题(如:潮流计算、稳定计算、短路计算和随机生产模拟等)时,需要确定风力发电机组(以下简称风电机组)和风力发电场(以下简称风电场)的输出功率。

电气传动2020年第50卷第12期ELECTRIC DRIVE 2020Vol.50No.12摘要：提出一种考虑尾流效应时风电场最大功率优化控制策略。

针对风向变化及尾流叠加问题，基于笛卡尔坐标变换的方法，建立了不同地形下尾流与风轮交汇面积的计算方法。

在风电场布局确定的情况下，利用粒子群算法优化每台机组的轴向诱导因子，为了减小机组的载荷，采用先调节转速，再调节桨距角的方案，从而确定使得风电场功率最大时每台机组的转速和桨距角，对16台风电机组进行仿真研究，仿真结果表明，与传统单机最大风能跟踪方式相比，所提出的优化控制策略使得风电场功率明显增加。

关键词：风力发电机组；尾流模型；粒子群算法；功率优化；风电场中图分类号：TM31文献标识码：ADOI ：10.19457/j.1001-2095.dqcd20072Optimal Control of Wind Farm Power Maximization Considering Wake EffectLIU Jun ，CAO Mengjiao（College of Automation and Information Engineering ，Xi ’an University of Technology ，Xi ’an 710048，Shaanxi ，China ）Abstract:A maximum power optimization control strategy for wind farms considering wake effect was proposed.Aiming at the wind direction change and wake superposition problem ，based on the Cartesian coordinate transformation method ，the calculation method of the intersection area of wake and wind turbine under different terrains was established.In the case where the layout of the wind farm was determined ，the particle swarm optimization algorithm was used to optimize the axial induced factor of each unit.In order to reduce the load of the unit ，the scheme of first adjusting the rotational speed and then adjusting the pitch angle was adopted so as to determine the speed and pitch angle of each unit when the power of the wind farm was maximized.The simulation of 16wind turbines were carried out ，the simulation results show that compared with the traditional single-machine maximum wind energy tracking method ，the optimized control strategy proposed makes the wind farm power increase significantly.Key words:wind turbine ；wake model ；particle swarm optimization ；power optimization ；wind farm考虑尾流影响时风电场功率最大化优化控制刘军，曹梦娇（西安理工大学自动化与信息工程学院，陕西西安710048）作者简介：刘军（1963—），男，博士，教授，Email ：近年来，随着风电机组容量和风电场规模的不断增大，尾流效应对风电场功率的影响也逐步显现。

风力发电机组的尾流效应研究与优化引言随着对可再生能源的需求不断增长，风力发电作为一种清洁且可持续的能源形式受到了广泛关注。

然而，风力发电机组在发电过程中会产生尾流效应，这一效应对于机组后方的发电机组和环境都会产生一定影响。

因此，研究和优化风力发电机组的尾流效应显得非常重要。

尾流效应及其影响尾流效应是指风力发电机组运转时，机组旋转的风叶会引起机组后方的气流下降速度增加、气压增大以及湍流强度增加等情况。

这种气流扰动会对机组后方的其他发电机组以及周围环境造成一定的影响。

对于机组后方的发电机组来说，尾流效应会导致其收到来自前方机组产生的湍流扰动，从而减少了被风力利用的效率。

尤其在多台机组并网的情况下，若未对尾流效应进行优化，会导致前排发电机组产生明显的功率损失。

因此，研究尾流效应对发电效率的影响，并针对性地进行优化，对于提高整个风电场的发电能力至关重要。

另一方面，尾流效应还会对周围环境产生影响。

高速下降的气流会导致周围地面气温升高、湿度降低以及土壤水分蒸发速度加快，可能对农作物生长和土地利用产生一定的负面影响。

此外，尾流效应还可能对气象和大气环境产生一定的干扰。

因此，优化风力发电机组的尾流效应对于减少对周围环境的负面影响具有重要意义。

尾流效应的研究方法研究风力发电机组的尾流效应通常采用实地观测、数值模拟以及风洞试验等方法。

实地观测是直接观察机组运转时尾流效应的发展和变化情况。

通过布设风速仪、湍流传感器以及气象观测设备等，可以获取到尾流效应产生的数据，并分析其对发电机组和环境的影响。

这种方法可以提供实际运转状态下的尾流效应数据，对于研究和优化具有重要参考价值。

数值模拟是通过计算流体力学方法对尾流效应进行模拟和分析。

研究人员利用风力发电机组的几何参数和运转条件建立数学模型，运用计算流体力学软件模拟机组运转时的风流场分布、湍流强度以及气压分布等信息。

通过数值模拟可以更为全面地了解尾流效应的分布和变化规律，并指导优化设计。

考虑地形影响及尾流效应的风电场可靠性分析杨子成【摘要】现今大型风电场通常安装于山区、丘陵等风能资源丰富的山区,自然界风在流过这些地区时,由于地形复杂、机组间存在遮挡等因素,使得流过每台风力机的风速不尽相同,直接影响风电场的输出功率.为提高风能利用率、增加风电场输出功率,对所建风电场基于序贯蒙特卡罗模拟法,在综合考虑风速变化模型、所建地形影响及机组间尾流效应的情况下,对机组排列进行最优分布,并分析并网后系统的可靠性.该研究结果对于风电场规划选址、设计机组排列布局以及提高并网风电场经济效益等方面具有重要的理论指导意义.【期刊名称】《电气技术》【年(卷),期】2017(000)001【总页数】6页(P71-76)【关键词】地形影响;尾流效应;最优分布;可靠性分析【作者】杨子成【作者单位】国网山西省电力公司,太原 030001【正文语种】中文近些年，随着日益严重的环境问题，风能作为一种清洁的可再生能源，受到人们越来越多的广泛关注，风力发电技术也得到了迅猛发展。

自然界流过的风速直接决定着一台风力机的输出功率。

由于风速随机变化的不确定及不可控，使得统计风电机组输出功率的范围波动很大，因此，建立有效的风速概率模型[1]，了解风速的统计特性，是计算风电场输出功率的首要重点工作。

现今大型风电场通常安装在山区、丘陵等风能资源丰富但地形结构却比较复杂的地方，地形影响使得流过每台风力机的风速不尽相同，直接影响每台风力机的输出功率[2]。

故深入分析山区、丘陵等地形特点对风速变化的影响规律，如文献[2]所述，对于统计风电场输出功率、分析并网系统可靠性以及风电场规划选址等有重要的现实意义。

处于同一风电场的风电机组，由于上风向机组会对下风向机组造成一定遮挡，即尾流效应[3-5]，会造成下风向机组风速及输出功率的大幅降低，因此，为更高效地利用风力资源，实现风电场经济效益最大化，迫切需要对风电机组的排列进行最优分布[3,5-7]，迫切需要对并网后系统进行详细、准确的可靠性分析[6-7]。

考虑尾流效应的风电场减载出力优化控制近年来，随着风电行业的不断发展，风电场逐渐成为一种重要的可再生能源，越来越受到人们的关注。

然而，在风力机组的运行过程中，要面临不同风速带的不同风速工作。

而在一些大型风电场中，风机的密度很高，尾流效应将使得下风风机受到影响，导致发电效率降低，甚至损坏发电设备。

因此，减载出力优化控制成为了风电场优化管理的重要手段之一。

本文将探讨如何考虑尾流效应进行减载出力优化控制，提高风电场的效益和稳定性。

一、尾流效应及其影响尾流是指高速运动的空气流到与其平行的静止物体后所形成的一种能量损失的空气流动现象。

在风电场中，由于风向与地面大体平行，风力机组受到风的影响后，会形成尾流。

尾流由高速流在下方涡核两侧的涡街和低速流两部分构成，随着距风机的远近，尾流逐渐扩散。

尾流的形成会对下风风机产生影响，降低下风风机的产电和叶片的寿命。

具体表现为：（1）降低下风风机的产电量：下风风机由于处于前一台风机的尾流区域内，收到了前一台风机吸走的部分风能。

由于空气的不可压缩性，这些被吸走的风量等于后一台风机的风量，即下风风机的生成能力减小，左右相当于实现了减载。

（2）影响叶片的寿命：尾流导致了下风风机背面的非常规进风方向，造成了垂直轴向的风接触。

这种风接触使得下风风机部分的叶片受到振动和产生疲劳，从而降低了风机的寿命。

综上所述，尾流效应对风电场运行造成了不小的影响，因此，必须要采取一定的措施进行控制和优化。

二、减载出力优化控制在风电场中，减载出力优化控制是一种重要的措施，可以有效地缓解尾流效应对下风风机的影响，提高风电场的效益。

具体来说，减载出力优化控制可以通过降低前一台风机的功率来减小其尾流区域内的风速，从而减少下风风机的受影响范围。

一般来说，减载出力优化控制的原则是尽可能地保证风电场的总发电量不受影响。

在实践中，减载出力优化控制主要包括两种方法：一种是基于功率的减载控制，另一种是基于叶尖速度的减载控制。

电力系统Electric System2020年第24期2020 No.24电力系统装备Electric Power System Equipment1 风电场群间尾流效应分析文中选取宁夏两个风电场群作为分析研究对象，其风电场群有如下特性：（1）两个风电场群地势均相对平坦，主风向稳定且相对集中；（2）风电场群（一）风机排布较规则；风电场群（二）风机排布无规则。

基于风电场群实时测风塔数据进行流场测量，揭示大型风电场群上下游风电场间尾流效应的影响。

1.1 风能资源参数选取和计算风电场群（一）位于宁夏回族自治区贺兰山南段，地势开阔且平坦，局部有起伏，海拔1300~1400 m ，由于风场处于咽喉狭窄地带，风电场主导风向西北风，年盛行风向及风能风向一致且稳定，月平均风速呈现明显的季节性变化，春季风速最大，秋季风速最小。

风电场群（一）分五期建设，总装机169台，装机容量18.3万kW 。

风电场群（一）周围先后设有11座测风塔，本次采用其中2座测风塔数据分析尾流效应。

风电场群（二）场址位于宁夏回族自治区吴忠市太阳山开发区境内，海拔1400~1430 m ，为半荒漠土地，地势平坦开阔，风电场主导风向东南偏南风，风场年盛行风向及风能风向一致且稳定，风电场群（二）分七期建设，总装机271台，装机容量34.3万kW 。

风电场群（二）周围先后设有7座测风塔，本次采用数据完整的1座测风数据分析尾流效应。

风电场群的计算均采用美国航天局SRTM 信息地图资料作为风电场地形图的来源，运用MeteodynWT 软件对该区域进行风资源评估，并得到该区域的尾流效应平均折减率和年平均发电量。

1.2 风电场群（一）尾流效应图1 风电场群（一）风机机位图图2 风电场群（一）风能分布模拟图由图1、图2可见，风电场群（一）的风向风况较单一，前三期风场风机机位排布规律，其在盛行风向上机组相隔为360 m 左右，约为6倍风轮直径，在垂直于盛行风向上机组间相隔240 m 左右，约为4倍风轮直径。

尾流对风力发电机组的影响作者：雷启龙、黄瑞芳、李高峰黄瑞芳工作单位：内蒙古电力工程技术研究院内蒙古邮编： 010010 雷启龙、李高峰工作单位：国华（河北）新能源有限公司邮编： 076750摘要：由于大型风电场风力发电机组数量众多，占地面积较大，风力发电机组间尾流效应将对风电场并网点输出特性有较大的影响。

以定速机组风电场为例，在电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC平台上，搭建了25台750kW风电机组组成的风电场模型。

分析结果表明，尾流效应会造成风电场的风能损失。

在风电场接入电网检测中，需要考虑尾流效应的影响。

（文章题目主要是想说尾流对单个风力发电机组的影响，比如对叶片、对变桨控制、对机组振动、对其他自动控制等影响正常运行的分析）关键词：风电场；风力发电机组；尾流效应；输出特性1 引言随着风电技术的快速发展，以及风力发电在电力系统中比重的持续增加，大型风电场通常由几百台甚至上千台风电机组组成。

为准确分析大型风电场的动态行为，机组间尾流效应值得关注。

当研究风电场等值模型或风电场对电力系统的影响时，通常假定风电场内所有风电机组的风速相同。

实际上，当风吹过风力机时会损失部分能量，表现为风速的降低。

在风电场中，前面的风电机组要遮挡后面的风电机组，因此，处于下风向风电机组的风速小于上风向风电机组的风速。

风电机组相距越近，前面风电机组对后面风电机组风速的影响越大，这种现象称为尾流效应。

以5排、每排间距为400m的风电场为例，假定风速为8m/s，风穿过整个风电场的时间至少需要3min。

因此，尾流效应将对风电场输出特性有重要的影响。

国家电网公司于2009年2月颁布了风电场接入电网技术规定。

技术规定中给出了风电场接人电网的技术要求，对风电场最大功率变化率和风电场并网点电压偏差以及风电场接人电网检测有了明确规定。

在风电场接入电网检测中，需要尾流效应对风电场并网点特性的影响。

鉴于此，本文以PSCAD/EMTDC为研究平台，搭建了25台定速风电机组组成的风电场。

考虑尾流效应的风电场有功功率控制策略研究尾流效应是指当一台风力发电机转动时，其旋转叶片所形成的气流将影响其后方的其他风力发电机的工作效率。

同时，研究表明，风力发电机之间的距离越近，尾流效应越显著。

因此，在风力发电场中，采取合理的有功功率控制策略可以有效减少尾流效应对发电量的影响，提高电站发电效率和经济效益。

有功功率控制策略是指通过改变风力发电机的输出功率来控制尾流效应。

在风力发电场中，制定合理的有功功率控制策略需要考虑以下因素：首先，风速是影响风力发电机输出功率的重要因素。

因此，在制定有功功率控制策略时，需要根据实际风速情况调整发电机的输出功率。

具体来说，当风速较低时，提高发电机的输出功率可以降低尾流效应的影响；当风速较高时，适当降低发电机的输出功率可以减少尾流效应对后方风力发电机的影响。

其次，风向也是影响风力发电机尾流效应的重要因素。

因此，在制定有功功率控制策略时，需要考虑风机之间的布局和方向，使得风机之间的相互作用最小化。

具体来说，在风向相同的情况下，应尽量避免将风机布局在同一直线上，而应将风机布置为互相错开的方式，以最大限度地减少尾流效应的影响。

最后，风力发电场中的风机数量和类型也会对有功功率控制策略的制定产生影响。

在小型风力发电场中，风机数量相对较少，且类型单一，因此可采取较为简单的有功功率控制策略。

而在大型风力发电场中，风机数量较多，类型较复杂，因此需要采用更加复杂的有功功率控制策略，以保证风力发电机之间的相互作用最小化。

在实际应用中，考虑尾流效应的风力发电场有功功率控制策略可分为两种：集中控制和分散控制。

集中控制策略通常通过预测风速和风向等气象因素，控制整个风电场内的所有风机，以最大化整个风电场的发电效率。

分散控制策略则将每个风机都设置为独立控制单元，通过风机之间的通讯和协调来最小化尾流效应的影响。

总之，考虑尾流效应的风力发电场有功功率控制策略是提高风力发电场经济效益和可靠性的重要措施。

考虑尾流效应的风电场减载出力优化控制高丙团;胡正阳;张磊;杨志超【摘要】在高风电渗透电力系统中,风电场参与系统调频普遍忽略了尾流效应对风电机组出力的影响.文章提出了一种考虑尾流效应的风电场减载出力优化控制方案.首先,采用改进Jensen尾流模型,给出了任意风向的尾流区域划分方法;其次,在满足系统调频需求的前提下,以风电场有功出力最大为目标,对风电场功率分配进行优化;然后,针对不同风速区间设置了相应的优化控制方案,并给出方案的具体实现方法;最后,以江苏某海上风电场为例进行算例仿真,算例结果表明,所提方案可有效地提高风电场整体出力.%Wind farm participating in system frequency modulation always ignores the influence of wake effect in power system with high wind power penetration.Therefore,this paper proposes a new optimal control scheme for load reduction considering wake effect.Firstly,improved Jensen wake model is used to divide wake region under arbitrary wind conditions.Secondly,considering the requirement of system frequency modulation,the power allocation of wind farm is optimized to maximize the active power output of wind farm.Moreover,the corresponding control strategy is designed for the different wind speed region.Finally,Jiangsu offshore wind farm is simulated as an example to show that the proposed scheme can improve the wind farm output effectively.【期刊名称】《可再生能源》【年(卷),期】2018(036)001【总页数】9页(P117-125)【关键词】风力发电;尾流效应;减载运行;有功出力;优化【作者】高丙团;胡正阳;张磊;杨志超【作者单位】东南大学电气工程学院, 江苏南京 210096;东南大学电气工程学院, 江苏南京 210096;中国电力科学研究院新能源与储能运行控制国家重点实验室,江苏南京 210003;东南大学电气工程学院, 江苏南京 210096【正文语种】中文【中图分类】TK890 引言随着能源和环境问题的日益加剧，风能等可再生能源受到世界各国的高度重视。

风机尾流分析摘要在风电场场址选定的情况下，风电机组之间的尾流影响风电场风机的优化布置。

目前，国内外关于符合风电场风机实际尾流以及迭加模型的研究主要侧重于一维线性模型及其迭加模型的实际应用。

为此，推导建立了更加完整合理的一维非线性扩张尾流模型，即尾流影响边界随距离非线性增大；此外，根据风机尾流迭加的实际情况，分别推导建立了完整的风机尾流迭加计算模型来适应现有风电场的不同情形。

通过相关工程算例结果与三维数值模拟计算结果的对比分析表明，所建立的风机尾流模型和尾流迭加模型更加合理，可有效提高风电场的发电效益。

结合制动盘理论与CFD方法，采用FLUENT软件对置于有限面积的风电场内的9台风力机尾流相互干扰情况进行数值模拟。

风电场内风力机机组呈梅花型排布，考虑入流角分别为0°、15°和30°代表风力机的偏航现象，利用FLUENT提供的FAN边界将风力机风轮简化为无厚度的产生压力跃降的制动盘，采用N-S 方程求解整个风电场的流场分布。

该文给出流场的速度分布、涡量分布及风力机机组周围的风能密度与湍流强度分布，反映了上游风力机机组的尾流会对下游机组的流场产生干扰的现象。

通过对风电场和风力机的成功模拟表明，制动盘理论结合CFD 的方法适用于风电场和风力机的流场模拟，可为风电场微观选址和风力机排布提供参考，且计算量远小于完全数值模拟方法。

关键词：风电场；风机优化布置；尾流模型；尾流迭加模型AbstractIn the case of wind farm site selection, layout optimization for wind turbine wake effects between wind turbine. At present, domestic and foreign about the practical application of the actual fan wake and overlay model of wind farm mainly focus on the one-dimensional linear model and its superposition model. Therefore, a more complete and reasonable derivation of one-dimensional nonlinear wake model, namely the slipstream boundary nonlinear increase with distance; in addition, according to the actual situation of WTG wake, respectively, are established by the fuller WTG flow superposition to adapt to different situation of existing wind farm model. Through the project example analysis results show that compared with thethree-dimensional numerical simulation of wind machine, the flow model and wake superposition model is more reasonable, can effectively improve the generation benefit of wind farm.Combined with the brake disc and CFD theory, using FLUENT software for wind farm in the limited area of the 9 sets of wind turbine wake interaction simulation. A wind farm wind turbine unit in the club arrangement, taking into account the yaw angle was 0 ° flow phenomenon, 15 ° and 30 ° representative wind machine, FAN boundary FLUENT provided by the use of the wind turbine is simplified to produce brake disc pressure jump down without thickness, by solving the N-S equation of the wind power field the flow field distribution. Wind energy density and turbulence intensity distribution is presented in this paper, the velocity distribution of flow field around the vorticity distribution and wind turbine generator, reflect the will of the flow field downstream units generate interference phenomenon of wind turbine generators upstream wake. The wind farm and wind turbine simulation shows that success, to simulate the brake disc theory combined with CFD method is applied to the wind farm and wind machine, can provide the micro-siting wind turbine arrangement and reference for wind farm, and the calculation method is far less than the amount of numerical simulation.Keywords: wind power; wind turbine layout optimization model; wake; wake superposition model引言随着风电技术的快速发展，以及风力发电在电力系统中比重的持续增加，大型风电场通常由几百台甚至上千台风电机组组成。