风电场稳态建模及应用研究

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1、太原理工大学硕士研究生学位论文风电场稳态建模及应用研究摘要随着化石能源的过度消耗和环境的日益恶化，人们对清洁能源的需求与日俱增，风能由于具有清洁无污染、可再生和蕴藏量极大的特点，得到了世界各国的普遍关注。风力发电技术日益成熟，风电场的规模不断扩大，风电功率的随机性和不可控性对电力系统安全、可靠运行的影响逐渐凸显。因此，迫切需要建立准确的风电场稳态模型，对风电场的随机出力进行评估，以准确把握风电并网对系统安全性和经济性的影响。本文深入分析了影响风电场稳态输出的各种因素，结合风电场的实际运行数据，提出了两种风电场稳态建模方法：考虑尾流效应和山体地形

2、的风电场稳态建模和考虑实际运行数据的风电场稳态建模。针对两种风电场稳态建模方法的特点，分别将其应用到风电场稳态输出评估和风电功率预测中，从而验证了模型的准确性。本文主要研究内容如下：（1）提出了一种考虑尾流效应和山体地形的风电场稳态建模方法。首先，分析了尾流效应和山体地形对风电机组风速的影响，并分别建立了平坦地形下计及尾流效应、山体地形下不计尾流效应和山体地形下计及尾流效应的风电机组风速模型；然后，基于风电机组风速和输出功率模型，建立了东马坊风电场的稳态模型；最后，通过仿真研究了尾流效应和山体地形对风电场稳态输出的影响，验证了考虑尾流效应和山体

3、地形的风电场稳态建模方法的准确性。I太原理工大学硕士研究生学位论文（2）考虑到尾流效应和山体地形对风电场稳态输出的影响，设计了一套风电场稳态输出评估系统，建立了平坦地形、山体地形和平坦地形+山体地形下的风电场模型，应用此系统分析了对于以上风电场模型，随着风电场内风速和风向的变化，风电场稳态输出的相应变化，并找出了三种风电场模型的最佳风向角和某一风向下的最佳风速范围，从而为风电场的微观选址提供了理论依据。（3）考虑到东马坊风电场所处地形复杂，难以准确建模，提出了一种考虑实际运行数据的风电场稳态建模方法。首先，分析了风电机组的分段运行特性；然后，分

4、别采用最大树法和改进型最大树法对风电机群进行了分类，应用数理统计原理得到了各类机群的实测风速-输出功率特性曲线，并通过分段线性拟合得到了各类机群的风速-输出功率函数关系，从而建立了三机等效风电场稳态模型；最后，建立了改进型风电场稳态模型，并与三机等效风电场稳态模型进行比较，从而验证了三机等效风电场稳态模型的准确性。（4）基于东马坊风电场的机群分类结果，采用BP（BackPropagation）神经网络分别对三类机群和风电场的平均风速进行了预测，并将风速预测结果分别应用到三机等效和改进型风电场稳态模型中，从而实现了风电功率的预测。通过对比分析可知

5、：将三机等效风电场稳态模型应用于风电功率预测模型中，可以有效地改善风电功率预测模型的精度，从而为优化电网调度、合理安排风电机组的检修和维护提供了有效的参考。关键词：稳态建模，尾流效应，山体地形，改进型最大树法，三机等效风电场稳态模型，BP神经网络，风电功率预测模型II太原理工大学硕士研究生学位论文RESEARCHONSTEADY-STATEWINDFARMMODELINGANDAPPLICATIONABSTRACTWiththeexcessiveconsumptionoffossilenergyandthedeteriorationofenvi

6、ronment,people'sdemandforcleanenergyisgrowing.Windenergyhasbeenwidelyconcernedbecauseitisclean,renewableandabundant.Thewindenergytechnologyisincreasinglymatureandthescaleofwindfarmsisexpanding,sotheimpactofwindpower'srandomnessanduncontrollabilityonthesafetyandrealibilityofp

7、owersystemismoreandmoreserious.Therefore,itisimperativethatanexactsteady-statemodelofwindfarmsestablishedtoevaluateitsrandomoutputandaccuratelygrasptheinfluenceofgrid-connectedwindfarmsonthesecurityandeconomicsofpowersystem.Thevariousfactorsinfluencingthesteady-stateoutputof

8、windfarmsareanalyzedandtwowindfarmsteady-statemodelingmethodsareproposedint