风电场功率预测的研究进展及发展趋势

风电场功率预测可以有效地帮助平衡系统电力供应和负荷需求,从而降低风电功率波动性和不确定性对电力系统稳定性的影响.随着风电接入电力系统比例的增加,如何准确地预测风电场发电功率成为一大难点,将影响风电场并网运行.由此,系统总结了近些年来国内外学者在风电场功率预测方面的研究进展.首先,以预测时间尺度、预测物理量、预测原理、预测特点为分类标准,对多种风电场功率预测方法进行了分类梳理,总结了各类预测方法的研究情况,阐述了其特点及应用场景,为预测模型的选择提供了参考.之后,从单点预测、概率预测、预测曲线的角度总结了预测效果的评价指标,并就评价指标的选择给出建议.最后,总结了当前风电场功率预测全过程遇到的影响预测准确性、实用性的关键因素,提出了未来风电场功率预测可能的发展趋势,为准确预测风电场功率及电网的稳定并网运行提供了参考.

基于浸入边界法的海上风电双向流固耦合数值模拟方法

为研究海上风电机组在运行过程中的流场特性及流固耦合动力响应,引入海上风电机组整机系统一体化分析理念,提出基于浸入边界法的海上风电双向流固耦合运行过程模拟方法。其中,采用浸入边界法模拟了风机旋转引起的静动干涉问题,基于交错迭代法构建了适用于风电机组“风机-塔架-基础”一体化研究的双向流固耦合数值模拟方法。该方法能够真实反映海上风电机组的流固耦合效应,准确求解其动力响应。所采用的浸入边界法无需更新网格运动,能够高效求解风电机组叶片旋转引起的静动干涉问题。最后,将该方法应用于工程实践,模拟了某海上风电工程双向流固耦合运行全过程。

海气边界层内风电场尾流及功率特性的中尺度数值模拟研究

研究基于中尺度数值天气预测(WRF)模型,耦合海洋模型和风电场参数化方案,探讨了海洋边界层下的海上风电场尾流效应和功率输出特性。结果发现:海上风电场尾流易发生混合,导致较强的风速亏损,严重影响下游风力机的功率输出。由于大气和海洋之间的动量、热量及水汽等通量交换,速度亏损表现出更强的水平扩散,风电场尾流恢复加速,最终尾流长度缩短。另外,风电场的尾流特性和功率输出与风力机布局相关,海气相互作用增强了尾流延伸的稳定性,削弱了风电场的非局地性影响。研究表明使用多物理耦合模型探究海上风电场运行特性是尤为关键的。

考虑流固耦合效应的单桩式海上风电机组结构响应模拟

针对海上风电整机系统,建立了一体化流固耦合分析方法。在模拟过程中,采用浸入边界法解决风机叶片旋转引起的静动干涉问题,利用改进的守恒式level set(简称ICLS)方法捕捉海浪自由面,并使用交错迭代法求解流固耦合方程。通过构建“风机—塔架—基础”一体化流固耦合数值模拟方法,能够在一次仿真计算中实现海上风电整机系统的全过程数值模拟,准确求解多荷载耦合作用下“风机—塔架—基础”的整体结构动力响应。以某单桩式海上风电工程为例,验证了本方法能够实现对海上风电整体系统的一体化分析。

风电次同步振荡的多工况分析

针对风电运行条件或工况时变对次同步振荡稳定性的影响,提出了一种基于变工况阻抗模型的SSO定量评估方法,通过将阻抗矩阵的元素表达成工况(即基波电压、电流)二次型的商,可计算不同工作点的聚合阻抗频域特性,进而分析不同运行方式下的SSO稳定性。以新疆哈密风电系统为原型进行算例研究,运用所提方法对两种典型工况下的振荡稳定性进行了定量分析,并进行电磁暂态仿真验证,结果表明,实际系统中风电机组在线数量和单机出力等运行条件的改变均会对系统振荡稳定性产生影响,所提方法可有效评估不同工况下系统的振荡风险。