基于现场数据的风电机组功率特性分析与建模

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1、第33卷第6期可再生能源Vol.33No.62015年6月RenewableEnergyResourcesJun.2015基于现场数据的风电机组功率特性分析与建模李大中，常城，徐炳坤（华北电力大学自动化系，河北保定071003）摘要：为了准确掌握鼠笼型感应风力发电机组的运行状态，在分析其功率特性的基础上，针对风电机组建模过程中容易忽略偏航系统误差的问题提出了一种充分考虑风电机组输入参量的建模方法，并结合现场数据分析发现依据该方法建立的模型是有偏差的；在深入分析后再次提出两种引入机组惯性的模型改进方案。用LSSVM方法建立各个方案模型，测试结

2、果表明，引入机组惯性可以有效地提高机组功率特性模型的精度，模型的相对平均误差（MRE）由6.7%下降到5.6%；多组测试数据的测试结果表现出模型有较好泛化能力，可以准确跟踪机组功率变化，为风电机组功率特性建模提供一个新思路。关键词：风电机组；现场数据；功率特性；惯性；建模中图分类号：TM614文献标志码：A文章编号：1671-5292（2015）06-0865-06DOI:10.13941/j.cnki.21-1469/tk.2015.06.0100引言发现该方案的局限性；究其原因设计了几种不同风力发电在电网中所占的比例越来越大，对实验方案

3、，并利用LSSVM方法建立模型，对比各[1]电力系统的影响也越来越明显。据国家能源局个方案模型的效果作出分析总结。最新数据显示，2013年我国新增风电并网容量11风电机组运行特性449万kW，累计并网容量7716万kW，同比增长将本文所选风电机组运行过程包括以下3个23%，年发电量1349亿kWh，同比增长34%。为阶段：启动并网阶段、稳定运行阶段、停机阶段。本分析风电机组接入电网引起的电能质量、功率平文以某风电场1MW的风电机组作为研究对象，衡及系统稳定性等问题，风电机组的准确建模是机组参数设置为切入风速3.5m/s、额定风速12.5关键

4、性的基础研究课题，模型及参数的准确度将m/s、切出风速为30m/s、机组偏航系统允许误差直接关系到风电系统优化运行及电网的安全稳角为±20°。[2]定。此外，风电场大多位于人迹罕至的偏远地1.1启动并网阶段区，风电机组的巡检是困扰检修人员的主要问题，在2min内风速持续大于切入风速，机组则准确建模可以有效地分析机组运行状态，进而给启动自检程序，以20°/s的速度调整转子叶片倾检修人员提供参考信息。角至70°，发电机逐步达到同步转速。在发电机转由于本文所选风电机组的自身运行特性及并速达到同步转速±6%时，转速变频辅助启励回路网方式使风电机组输

5、出的电压、频率相对平稳，故开始工作，调节发电机系统转矩函数的数值与系将风电机组的输出功率特性作为研究重点。已有统同期后风电机组主开关并网，连接到电网上输研究表明，绝大部分研究者在完成风电机组功率出电功率。此时启动并网全部完成，风机处于稳定预测时只考虑了实际风速（以下简称“风速”）的的工作状态。影响，而忽略桨距角与偏航系统对机组功率的影1.2稳定运行阶段[3]~[7]响。针对这种情况，本文提出了充分考虑风电低风速稳定运行阶段：风速低于额定风速，调机组实际输入量的建模方案，结合现场数据分析节桨距角使叶片倾角于0°附近，以充分获取风收稿日期：20

6、15-01-03。作者简介：李大中（1961-），男，博士，教授，研究方向为生物质气化发电技术、大型养殖场沼气发电及综合利用。E-mail：dzli21cn@126.com通讯作者：常城（1990-），男，硕士研究生，研究方向为新能源发电及综合利用。E-mail：1075774854@qq.com·865·可再生能源2015，33（6）能。高风速稳定运行阶段：风速高于额定风速而低由上文可知，对风电机组输出功率影响最大的因于切出风速，变浆控制系统根据机组的设定值调素是风速、桨距角及机组偏航误差角。为验证前文节桨距角，以保证风电机组输出功率稳定

7、。机理分析，选取样本中风速大于切入风速的现场1.3停机阶段数据作为分析样本并依据风速对其进行排序，从风速超过切出风速或者发电机功率高于额定中选取风速为5.9~6.0m/s的数据140组。功率20%时，变桨控制器以2°/s的速度反向调整2.2.2功率特性分析叶片倾角，风机转速逐步下降，当转子转速下降到分析样本数据发现，样本风速介于5.9~6m/s解列给定值时，发电机从电网断开，叶片倾角增加且呈小幅度上升趋势、桨距角集中在0°附近并有至90°。小幅度波动、机组偏航误差角在0°附近呈波动2大型风电机组功率特性分析状，功率在稳定值附近波动。结合式（

8、1），（3）分析2.1机理分析可知，样本功率变化趋势应当与机组偏航误差角风力发电过程是一个复杂的能量转化过程。余弦3次方的变化趋势相近；计算得到理论功率本文深入分析机组现场运行数