基于Fluent-OrcaFlex联合数值模型的海上风电场海底电缆冲刷及应力状态研究

利用Fluent流体力学CFD软件建立海底电缆冲刷的精细化水动力数值模型,以实测海流数据作为输入条件,模拟真实海况条件下的海缆冲刷过程,其次通过数据拟合获得海缆悬空长度和冲刷时长之间的定性定量关系,最后通过OrcaFlex水动力软件分析海缆裸露后的应力状态变化过程,判断海底电缆裸露后的运行安全状态。

海上风电场经交流海缆并网谐波谐振放大分析

采用交流海缆接入电网的海上风电场在电缆线路分布电容的作用下,可能出现陆上风电场不常见的谐波谐振与谐波放大现象,严重威胁到海上风电场安全可靠运行。为研究海上风电场谐波谐振机理与谐波放大影响因素,首先,建立了海上风电场输电系统与集电系统两部分的状态空间模型,并给出谐波放大倍数、谐波含量等指标的计算方法;其次,通过特征值和参与因子揭示了谐波谐振机理及关键影响因素;然后,通过根轨迹法研究了电网短路容量、高压电缆参数和风电机组并网台数对谐振模态的影响;最后,在Matlab/Simulink仿真平台搭建江苏某海上风电场.验证理论分析的有效性。

基于等效短线路解耦法的风电场模型分割仿真研究

为了加快大型风电场的仿真速率,提出了一种基于等效短线路解耦的模型分割方案。首先对于机组类型单一的大型风电场,采用输出倍乘与集电线路等值的方法进行简化建模。在此基础上,针对风电场内线路较短,难以采用长输电线路自然解耦来并行运算的缺点,提出对等值后的机组连接线与连接升压站的长汇集线之间进行参数补偿,从而满足输电线路在一个步长上的解耦判据。在Matlab/Simulink搭建仿真模型,对模型分割前后进行了对比。仿真结果验证了所提方案的可行性。在此基础上采用状态空间节点(state space node,SSN)法对风电机组内部划分群组,最终在RT-LAB平台上实现了大型海上风电场的实时化仿真。

区域风电场群集中式功率预测系统设计

为实现对区域风电场群集中式功率的准确预测,提出并设计了一种适应性强、维度高的预测模型。首先,通过AHP分析法发现影响区域风电场群集中式功率预测系统的五个必要因子;然后,构建预测评估模型得到其设计附加值的数据构建状态空间模型;接着,将该状态空间模型在人工智能的数据空间中进行部署并加以神经网络训练;最后,对这一预测系统模型进行实证验证,发现其数据吻合度较高。该预测模型可以用于对区域风电场群集中式功率进行预测,具有较广泛的应用价值。

计及冰雪天气影响的风电场短期出力模型

针对冰雪天气对风电场实际运行的影响,提出了一种新的风电场短期出力模型。该模型考虑了风电机组和集电线路的积冰过程,基于现有的研究成果对叶片积冰情况下的风电机组有功出力模型进行了修正。同时考虑冰雪天气下风电场内设备的随机停运,对风电机组和集电线路在恶劣运行条件下的故障停运概率进行了估计,建立了与环境因素相依的时变停运概率模型。考虑尾流效应影响,对风电场内机组的状态进行分批次抽样,并结合机组出力水平和集电线路的抽样状态,计算风电场的出力。仿真结果表明所提的出力模型能够反映风电场在冰雪天气下短时间内的出力特性,适用于风电接入系统的短期可靠性评估。

含风电场的电力系统随机生产模拟

针对风电机组出力的间歇性和波动性,提出了用于电力系统随机模拟的时序多状态风电场模型。该模型把研究周期分成不同的阶段,在每个阶段内,风电场的输出功率状态以及各状态的概率都与时间间隔有关系,时间间隔越小,记录的风速数据越多,这样更详细地反映风电场输出功率的波动性;而且在不同的阶段,风速的情况有所差异,因此各阶段风电场输出功率的状态数、各状态值及各状态值对应的概率都可能不相同。该模型反映了风电场输出功率的时序性。基于等效电量函数法的含风电场的电力系统随机模拟计算表明,该模型比较客观地反映风电场输出功率的实际情况。

计及风电场的发输配电系统可靠性评估

考虑风速时序性和自相关性的特点,建立了风速的自回归移动平均(auto-regressive and moving average,ARMA)模型,并结合常规机组、线路和变压器等状态模型,建立了基于蒙特卡罗仿真方法的风电场可靠性模型,对含风电场的发输电组合系统进行可靠性评估,同时建立了发输电组合系统的多状态机组等值模型,将该等值模型与配电系统相结合,计算了平均停电频率和停电电量损失等配电网可靠性指标,通过分析和比较可靠性指标研究了风电场对配电系统可靠性的影响,结果表明风电机组的接入对提高电力系统可靠性具有一定的作用。

含风电场的发电系统可靠性分析

为分析风电场并网对发电系统可靠性的影响,建立了基于状态转移抽样的风电机组多状态模型,提出了等风速与等风频的状态区间划分原则,并根据实测数据求得风电机组各状态的平均持续时间与状态转移率。采用序贯蒙特卡洛模拟技术评估含风电场发电系统的可靠性。基于IEEE-RBTS的仿真结果表明:与威布尔直接抽样相比,风电机组多状态模型更精确;风电机组等风频11状态可靠性模型能够在不增加可靠性分析复杂性的前提下有效提高分析精度。

考虑控制链路延时的风电场经MMC-HVDC并网系统稳定性分析及提升策略

柔直换流站的双闭环控制结构易引发链路延时导致系统失稳,基于小信号稳定性分析,提出基于改进粒子群(PSO)算法控制器参数优化的稳定性提升策略。首先,建立考虑链路延时的d-q旋转坐标系下68阶详细状态空间模型,并利用时域仿真模型进行验证。其次,基于特征根分析控制链路延时对系统稳定性的影响,获取风电场侧换流站双闭环控制器链路延时作用影响系统稳定性的特性,通过参与因子法筛选出影响系统稳定性的控制器参数。最后,以阻尼比和特征根到虚轴的距离为优化目标,提出基于改进PSO算法的稳定性提升策略。结果表明所建立考虑控制链路延时稳定性分析模型和稳定性提升策略的有效性,且在系统控制链路延时较长情况下,稳定性提升效果较为显著。

考虑天气因素的含风电场电力系统的概率潮流分析

概率潮流是分析电力系统不确定性的重要工具。为了有效研究不同天气状况下含风电场电力系统的潮流变化情况,引入三状态天气模型模拟天气状况对架空输电线和风力机强迫停运的影响,并推导出计及风力机出力与风速非线性关系和风力机故障的风电场出力概率模型,以更准确地描述风速波动较大时风电场输出功率的概率特性。采用基于半不变量的概率潮流法求解问题,通过Gram-Charlier级数和Von Mises法分别得到待求状态变量的连续部分和离散部分。对IEEE RTS 24节点系统的测试表明:计及风力机出力与风速非线性关系和风力机故障的风电场出力模型是必要且合理的,天气因素对含风电场电力系统的潮流概率分布有重要影响。

考虑最小弃风的风电场接入容量与位置优化方法

本文提出一种考虑最小弃风的风电场接入电网的位置和容量的优化方法。该方法首先考虑风电场出力波动特性,建立风电场出力多状态模型,并在此基础之上,提出基于蒙特卡洛模拟法的风电场弃风概率及风电场期望弃风容量指标计算方法,最终提出考虑最小弃风的风电场接入电网的位置和容量的优化方法。本方法从可靠性角度出发,可充分考虑电网对风电的接纳能力,以风电场最小弃风为目标对风电场接入电网的位置和容量进行优化,得到的风电场接入方案可以使电网更大限度接纳风电,有效提高新能源利用效率。

用于风电场小干扰稳定性检验的降阶模式计算方法

考虑到在大型风电场规划阶段,如对所有方案采用全阶模型进行小干扰稳定性检验,会导致工作量大、效率低,不利于寻求最优方案,该文提出一种降阶模式计算方法。首先,建立风电场全阶线性化状态空间模型。然后,考虑风电场规划阶段,可对所选型号的风电机组(WTG)采用典型模型和参数,认为各WTG动态特性近似相同。通过对风电场线性化模型中的变量做等效变换,将N台WTG构成的风电场等效为N个相互独立的等效子系统。各等效子系统由一台并网WTG构成。根据等效子系统线性化状态空间模型的构建方式,提出一种用于风电场小干扰稳定性检验的降阶模式计算方法,可有效降低规划阶段风电场模式分析的计算量,且所得结果准确。最后,通过仿真算例,验证了所提方法的有效性。