[發明專利]一種基于機組相關性的風電場功率波動頻譜預測模型

有效

• 申請號: 201810767060.4
• 申請日: 2018-07-13
• 公開（公告）號: CN109038651B
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 劉惠文;鄭源;張玉全;闞闞;陳會向;付士鳳
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/24;G06Q50/06;G06Q10/04
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林;姚蘭蘭

1.一種基于機組相關性的風電場功率波動頻譜預測模型，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1：基于風力機組結構參數及發電機性能，確定風力機慣性時間；

步驟2：對風、風輪和發電機系統三者組成的控制單元進行能量守恒分析，基于瞬時狀態下風能、風力機系統動能和電能之間的能量守恒方程，利用階躍函數、格林函數和傅立葉變換，求解得到單機組輸出功率的功率譜密度和速度功率譜密度之間傳遞函數及傳遞函數的功率譜密度；

步驟3：測量風力機輪轂高度風電場來流，即第一排風力機來流平均速度U₀，湍流強度I₀和湍流積分時間T₀，基于風電場來流，預測下游第j排風力機輪轂高度來流平均速度U_j-1，湍流強度I_j-1和湍流積分時間T_j-1；

步驟4：基于馮·卡門模型，聯立步驟2所述的傳遞函數，共同建立單機組輸出功率的功率譜密度模型；

步驟5：基于機組相關性，求解多機組間的協功率譜密度，進而和步驟4中各單機組輸出功率的功率譜密度疊加，求得風電場輸出功率的功率譜密度模型。

2.根據權利要求1所述的一種基于機組相關性的風電場功率波動頻譜預測模型，其特征是，步驟1中，所述風力機慣性時間表示為：

t_i＝Iω/2τ (1)

式中，I為風力機轉動慣量；ω為風力機轉速；τ為風力機電磁轉矩，τ與ω²呈正比，在轉速變化幅度小時，τ與ω成正比。

3.根據權利要求2所述的一種基于機組相關性的風電場功率波動頻譜預測模型，其特征是，步驟2中，所述能量守恒方程表示為：

式中，E_rot為風力機旋轉動能，E_rot＝0.5Iω²；P(t)為風力機輸出功率，P(t)＝τω；0.5C_pρAu³(t)為風力機從空氣獲得的能量；C_p為風力機獲能系數；ρ為空氣密度；A為風力機旋轉平面的面積；u(t)為風力機輪轂高度來流的瞬時速度；

風力機旋轉動能和風力機輸出功率之間關系為：

E_rot＝0.5P(t)Iω/τ＝P(t)t_i (3)

能量守恒方程進一步表示為：

利用階躍函數、格林函數和傅立葉變換，求解得到單機組輸出功率頻譜和速度頻譜密度函數之間傳遞函數。

4.根據權利要求3所述的一種基于機組相關性的風電場功率波動頻譜預測模型，其特征是，步驟2中，通過階躍函數、格林函數和傅立葉變換求解的單機組風力機輸出功率為：

式中，Θ(t)為步驟2所述的階躍函數：

步驟2所述傳遞函數表示為：

5.根據權利要求4所述的一種基于機組相關性的風電場功率波動頻譜預測模型，其特征是，所述傳遞函數的功率譜密度表示為：

式中，為傳遞函數G(t)的傅立葉變換；f為頻率；

當f→0，趨于常數當f足夠大，趨于f^-2。

6.根據權利要求5所述的一種基于機組相關性的風電場功率波動頻譜預測模型，其特征是，步驟4中，所述單機組輸出功率的功率譜密度模型表示為：

式中，為第j排風力機輪轂高度來流平均速度的平方；為第j排風力機輪轂高度來流速度的馮·卡門湍流模型；為第j排風力機輪轂高度來流的速度方差。

7.根據權利要求6所述的一種基于機組相關性的風電場功率波動頻譜預測模型，其特征是，步驟5中，所述風電場輸出功率的功率譜密度模型為

其中，M為風電場風力機的列數；N為風電場風力機的行/排數；表示第k排風力機和第j排風力機輸出功率之間的協功率譜密度,k＞j：

式中，τ_jk為第k排風力機和第j排風力機之間的對流時間,k＞j：

τ_jk＝(k-j)S_x/U_k-1 (12)

式中，S_x為風電場行與行之間間距。