考虑地形影响及尾流效应的风电场可靠性分析

国网山西省电力公司的研究人员杨子成，在2017年第1期《电气技术》杂志上撰文指出，现今大型风电场通常安装于山区、丘陵等风能资源丰富的山区，自然界风在流过这些地区时，由于地形复杂、机组间存在遮挡等因素，使得流过每台风力机的风速不尽相同，直接影响风电场的输出功率。

为提高风能利用率、增加风电场输出功率，对所建风电场基于序贯蒙特卡罗模拟法，在综合考虑风速变化模型、所建地形影响及机组间尾流效应的情况下，对机组排列进行最优分布，并分析并网后系统的可靠性。该研究结果对于风电场规划选址、设计机组排列布局以及提高并网风电场经济效益等方面具有重要的理论指导意义。

近些年，随着日益严重的环境问题，风能作为一种清洁的可再生能源，受到人们越来越多的广泛关注，风力发电技术也得到了迅猛发展。自然界流过的风速直接决定着一台风力机的输出功率。由于风速随机变化的不确定及不可控，使得统计风电机组输出功率的范围波动很大，因此，建立有效的风速概率模型[1]，了解风速的统计特性，是计算风电场输出功率的首要重点工作。

现今大型风电场通常安装在山区、丘陵等风能资源丰富但地形结构却比较复杂的地方，地形影响使得流过每台风力机的风速不尽相同，直接影响每台风力机的输出功率[2]。故深入分析山区、丘陵等地形特点对风速变化的影响规律，如文献[2]所述，对于统计风电场输出功率、分析并网系统可靠性以及风电场规划选址等有重要的现实意义。

处于同一风电场的风电机组，由于上风向机组会对下风向机组造成一定遮挡，即尾流效应[3-5]，会造成下风向机组风速及输出功率的大幅降低。因此，为更高效地利用风力资源，实现风电场经济效益最大化，迫切需要对风电机组的排列进行最优分布[3,5-7]，迫切需要对并网后系统进行详细、准确的可靠性分析[6-7]。该研究结果对于设计机组排列布局以及提高并网风电场经济效益等方面具有重要的理论指导意义。

本文基于序贯蒙特卡罗模拟法，综合考虑风速模型、风电场所建地形影响及机组间尾流效应的情况下，建立风电场系统仿真模型，对比分析各种条件下所建系统的输出功率。通过应用二次插值理论对所建风电场进行最优分布，并在接入的测试系统对并网系统进行可靠性分析，以实现增加风电场的总输出功率，提高并网系统的可靠性。

图8  计算流程图

结论

本文得出以下结论：

1）山地地形变化确实会对风速及风力机输出功率有一定的放大作用，且在山坡坡顶处风速、输出功率最大。

2）通过最优分布，可以有效减小机组间尾流效应影响，大幅提高风力机输出功率及并网系统的可靠性，从而实现更高的经济效益。