基本介紹
- 中文名：風電集群效應
- 外文名：aggregate effect of wind turbines
- 主要內容：風機的尾流效應、風的延遲效應等
- 領域：風力發電
- 作用：減小電能質量受風速湍流峰值影響
- 特點：上風向風機的風速高於下風向風機
簡介,主要內容,風機尾流效應,風的延遲效應,示意圖,分析方法,風電出力長期波動的相關性,風電出力短期波動的互補性,
簡介
風電場併網運行是實現風能大規模利用的有效方式。 與常規能源不同， 風能是一種間歇性能源， 風電場的輸出功率隨風速的變化而波動。 隨著風電場數量和裝機容量的不斷增大， 這種功率波動將給電網的安全經濟運行帶來諸多不利影響。
風電場通常由幾十台甚至成百上千颱風電機組構成， 這些風電機組型號不同、 所處位置不同，運行特性也不盡相同， 加之風機之間的相互影響以及風機的集群分布， 使得風電場整體的功率輸出特性不同於單個風電機組的功率輸出特性， 風機的集群效應主要包括風電場所處地形地貌、風機的尾流效應以及風的延遲效應等。
主要內容
風機尾流效應
在風電場中， 迎著正行風向， 前面的風機要遮擋後面的風機， 因此， 坐落在下風向的風機風速就低於坐落在上風向的風機風速， 風機相距越近， 前面風機對後面風機風速的影響就越大， 這種現象稱為尾流效應。 尾流效應主要受風向和機組間距離、 風電場所處地形地貌、 風的湍流強度以及風電機組的功率特性和推力特性等因素的影響。
風的延遲效應
風電場中的風電機組大多相距一定的距離， 風從一排風機吹到另一排風機需要一定的延遲時間，在相鄰 2 排風機之間風的延遲時間tX 可以表示為：
式中： X 為沿著風速方向相鄰兩排風機之間的距離； V 為平均風速。
示意圖
風電集群效應，即風電場的集群效應，主要是指風機的尾流效應、風的延遲效應以及風電場所處地形地貌的影響。由於風機地理位置的不同，坐落於上風向風機的風速會高於坐落於下風向風機的風速，距離越近，影響越大，該現象即為尾流回響。風的延遲效應是指風從上風向風機吹向下風向風機是需要時間的，即有延遲的。風電場集群效應可以減小風電場輸出電能質量受風速湍流峰值的影響。
風電場集群效應示意圖
風電場集群效應示意圖如右圖所示，在風電場集群效應的影響下，受風速湍流峰值影響而產生的輸出功率波動明顯減小了。風電場的集群效應對電力系統主要是有正面的影響，且由風電場內風機台數和多個風電場的地理分布範圍兩個因素決定。
分析方法
由於風電場覆蓋地域較大，處於不同區域的風機所接受的風能會存在空間上的差異，可能導致其風速一功率曲線存在明顯的差異。受各種因素的影響，單颱風電機組與單個風電場乃至整個風電場群的輸出功率波動特性存在較大差異。對風電場群而言，基本不會出現由於無風而使電網內風電機組同時停運的情況，也不會出現同一電網所有風電場同時滿發的情況；而風電功率的波動隨空間分布尺度的增大也趨於緩和。
風電出力長期波動的相關性
風電場風電出力短期波動的互補性
處於不同位置的風電場，其風峰和風谷到達時問不同，最大出力變化率出現時刻也不相同，因而可實現互補，降低風電場的出力變化率。由於一個集群內的風電場之間距離有限，因此這種互補性主要體現在小時級以下的時間尺度範圍內。大規模風電的功率波動主要由長期趨勢性和短期波動性決定的。處於同一氣候區域內的風電場之間，長時間尺度下，功率波動具有明顯的相關性；短時間尺度下則具有很大的互補效應，這兩方面共同組成了風電的集群效應。隨著併網風電範圍和匯聚容量的增加，風電的集群效應將越加明顯，本文以最大出力比、最大波動比、峰值同時率、峰谷差等作為研究風電集群效應的量化指標。
相關係數
相關係數最大出力比
最大出力比是指一段時間內，風電場集群總有功出力的最大值P∑max與區域內風電集群額定容量∑Pk。的比值。該指標用於描述風電集群在併網過程中相互之間削峰填谷、平抑波動的能力。一般來說，風電場位置距離越遠，氣候地理條件差異越大，風電集群平抑波動的效果越明顯，Vps的值越小。
根據不同的氣候或季節，同一風電場群最大功率波動比的數值也可能不同。
風電出力波動比
風電出力波動比是指一段時間內，風電集群的總功率波動量△Pmax與總額定容量∑Pk的比值，可表示如下：
波動峰值同時率是指一段時間內，風電集群總有功出力的最大值△Pmax與區域內各子風電場各自最大出力之和∑Pimax的比值。
