电力仿真解读

若风场的地形相对平坦，周边空旷，则基本可以认为在同一高度层上整个风场内各点的风速是相同的，这样可以将风场风速的三维空间模型简化为沿高度方向变化的一维模型。对于空间分布广，且地形复杂的大型风电场，可以将整个风场划分成几个区域，针对不同区域的风能特点建立简化的一维空间模型，形成分段集总式一维模型。风速空域模型转化为研究风速沿地平面高度方向的变化规律，借助空气动力学理论和风场测量数据，模型不难建立。

在时间维度上，大时期尺度(小时、天)的风速变化范围很大，且没有规律可循，只能根据风场监测记录数据拟合出风速变化模型。对于绝大多数仿真应用而言，我们不太关心大时间尺度的风速变化，而重点关注小时间尺度上的风速变化特性。在小时间尺度上观察，风速随时间的变化呈现出脉动变化的特点，即风速均值在一段时间内基本不变，风速在均值附近波动，国内外学者据此提出了各种描述风频分布的方法，如概率分布模型、瑞利分布模型、对数正态分布模型等[1]。

需要说明的是，在建立风电场内各风力发电机组的仿真模型时，需要考虑到风力机的尾流效应，即上游风力机对下游风力机流入风速的影响，影响关系和程度取决于风向、风速和风机安装位置关系，此时，风力机的输出机械能通常由尾流系数予以校正。

2.3风力机模型[4]

风力机实际能够获得的机械功输出为：

(1)

式中，R、ρ、v和Cp分别为风轮半径、空气密度、风速和风能利用系数。

Cp代表风力机能够从风能中提取出机械能的程度，它取决于风力机叶片的结构和运行状态，其数值由风机厂家提供。Cp主要是叶尖速比λ和桨距角β的函数，即：Cp=f(λ，β)，对于投入运行的风力机，叶片的洁净程度对Cp的影响很大，譬如叶片结冰、污物聚集等会改变叶片的气动外型，进而降低风能利用系数的数值。

式中，Ct为风机转矩系数，它是叶尖速比λ的函数，与风力机结构和运行状态相关。输出机械转矩确定后，针对不同的发电机类型，不难建立发电机电能和风力机转速仿真模型。

3风电场仿真模型

3.1集总建模方法

风电场通常由几百台甚至上千台风力发电机组构成，涉及多种风力机型号和发电机类型，还需考虑各风力机间的相互影响，使得风电场仿真变得很复杂。

按正常思路，要建立风电场的仿真模型，需要针对风电场中的全部风力机，一一建立其仿真模型，并依据风电场实际结构关系与电网模型连接(多点接入)，形成风电场整体仿真模型。此种详细建模方法的缺点是模型复杂，需要更多的仿真数据，运算量大，需要更长的仿真计算时间。

为解决上述问题，有人提出了风电场集总建模方法[5]。集总模型包含两层含义，一方面是由一个单一集总模型代替整个风电场模型，电能通过一个假想的公共接入点接入电网(单点接入);另一方面，根据风电场风力机的具体构成情况，将多个风力机的机械能或电能计算合并进行。此种方法因大幅减少了网络节点数量，从而能够有效地缩减电力系统模型规模，减少模型运算时间，缺点是模型精度有所降低。

3.2集总风电场模型

对风电场仿真而言，另一项主要工作是建立风力发电机所接入的电网的仿真模型。电网模型与风电场风力机集总模型的有机结合形成风电场仿真模型，电网仿真模型的研究已相当成熟，在此不再赘述。