大型风力发电场规划和运行技术研究

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1、大型风力发电场规划和运行技术研究随着全球经济的发展和人口的增长，人类正面临着能源利用和环境保护两方面的压力。一方而煤炭、石汕和天然气等化石燃料的储竝由于木世纪下半叶的人量开采而日益减少；另一方面是大虽使用化石燃料对口然环境产生了严重的污染和破坏。这两方面的问题已经引起世界各国政府和人民的高度重视，并在积极寻求一条口J持续发展的能源道路。在太阳能、风能、潮汐能和生物质能等多种可再生能源小，风能最具有大力开发利用的前景。风力发电技术在本世纪70年代发展迅速，风力发电机纽的单机容量已由80年代初期的儿十kW发展到当今2-3MW,更人单机容量的风力发电机组也正在研制开发ZP。

2、截止1997年底，全世界并网运行的风力发电装机容量已达到7800MW,其中德国2080MW,美国1800MW,丹麦1030MWo预计到本世纪末全世界风力发电机装机容量将达到15000-20000MWo我国的风力发电事业近几年发展迅速，相继在新疆、内蒙古、河北和广东等省区建设了数个大型风力发电场。预计木世纪末我国风力发电机组装机容量将接近1000MWo随着大型风力发电场的开发和建设，风电场规划和运行的研究工作越来越重要，这是保证风电场经济和安全运行的基础工作口］o本文研究了风力发电场的规划方法，提出了含风电场的电力系统潮流计算模型和方法,并以实际系统为例进行了仿真与分析

3、，最后述介绍了风力发电信息管理系统的结构和功能。本文研究工作是国家“九五”科技攻关项目“风电并网系统规划方法和运行技术研究”的部分内容。1风电场规划方法研究做好风电场的规划问题是大力发展风力发电的重耍基础和前捉条件，风电场的规划人致包括三个方面的问题［2］。风速测量记录和风资源特性评估为此首先需要选定测风地点，安装测风仪器，测量和记录2到3年的完整数据，然后在考虑地形、地貌和障碍物等影响的基础上进行各种相关性分析，得出所考察区域的总体风资源状况，并在此基础上进行风电场的宏观选址。风电机组选择和布置选择和布置风电机组的原则是使风电场的单位度电成本最低。为此在了解机纽性能

4、和价格的同时，特别需要认真研究风电场在考虑尾流影响和风速风向分布条件下的功率输出特性。含风电场的电力系统随机生产模拟电力系统随机工产模拟是评价电力系统运行的技术经济指标、分析生产成木和制定燃料计划的主要工具。随着风电场数最和容最的增加，应当在电力系统随机生产模拟屮考虑风电场的影响。为此关键的问题是建立风电场的发电可靠性模型。针对以上问题，笔者进行了以F的研究工作。1.1风电场输出功率特性计算山于受尾流效应的影响，风电场的输出功率不仅和风的大小相关，而且还和风的方向和关。通过定义尾流系数矩阵可以反映尾流效应対风电场输岀功率的影响，并依此求出多台相同风电机组的等效功率特性

5、，最终得到整个风电场的实际输岀功率和尾流损失［3］。该研究成果可以改进现有风电场输出功率的计算方法，对于提高风电场规划的准确性和科学性具有垂要价值。1.2风电场发电可靠性模型研究以不同风电场风速、风向和气温的联合概率分布为基础，首先计算风电场输出功率的联合概率分布，并山此建立适合多个风电场的可靠性模型与算法。该模型不但考虑了风的随机性和机组的强迫停运率，而且还考虑了风电场之间风的相关性以及尾流效应和环境温度对风电场可靠性的影响。应用所建立的风电场发电可靠性模型可以进行含风电场的电力系统随机生产模拟和风电场的技术经济评佔工作。1.3含风电场的电力系统随机生产模拟对电力系

6、统运行而言，风电场可以节约常规机组燃料、减少发电厂污染物排放和替代部分常规发电机组容量。因此采用风力发电示，在满足相同负荷要求的条件下电力公司在常规能源方血的费用将减少，所减少的费用称为可避免费MJ(AvoidedCost)o通过対含风电场的电力系统进行随机牛产模拟，可以计算风电场给电力系统运行带來的可避免费用。可避免费用是并网运行风电场对电力系统贡献的综合度最，也是评估风电场的重要指标。2风电场并网运行研究相对于常规发电厂，风电场在运行中具有两个显箸特点，其一是风力发电机一般采用异步发电机，在运行吋需要从系统吸收无功功率来建立磁场，从而使大型风电场并网运行后对局部电

7、网的电压水平有明显的影响；其二是山于风速为随机变化的量，使得风电场的输出功率具有波动性，从而将影响局部电网的电能质最。为定最计算风电场在以上两方面的不良影响，本文进行了如下研究工作，并开发了相应的计算程序。2.1风电场对系统稳态电压的影响研究风电场对电力系统稳态电压的影响，需要对含风电场的电力系统进行潮流计算，关键是正确处理风电场的节点类型。电力系统潮流计算的任务是求解系统在给定网络结构与参数、各负荷节点功率和发电机节点出力条件下的运行状态，包括所有节点的电压和支路的功率。在电力系统潮流计算中,系统节点被划分为三种类型，即PV节点、PQ节点和V8节点