马珉
内蒙古龙源新能源发展有限公司 内蒙古 呼和浩特 010020
摘要：随着我国经济在快速发展，社会在不断进步，风力发展在我国发展十分迅速，平滑效应是风电集群和风电基地的基本特性之一，探求其变化规律有利于减小风电并网对电力系统的负面影响程度。提出衡量风电平滑效应的指标，建立衡量风电平滑效应的数学模型。利用Copula函数求取平滑指标中的非线性相关系数。分析不同风机间距、不同风速、不同时间尺度及风机数量对平滑效应的影响。
关键词：平滑效应;相关性;风电机组
引言
风力发电作为目前技术最成熟和效率最高的可再生能源发电形式，在全球范围内迅速发展。风电因其本身的随机波动性，给电网的规划和运行带来一系列影响。很多文献研究了风电对电力系统稳定性、系统调度、电能质量、继电保护等方面的影响。我国风资源具有较强的区域性，大都呈现出大规模集中开发的形式，风电消纳的瓶颈主要体现在风电的波动性和随机性对系统有功平衡的影响。
1风电场功率预测仿真流程
目前风电场功率预测模型通常只考虑尾流效应对功率输出的影响，导致模拟功率曲线与风电场实际功率曲线存在巨大差距．鉴于此，文中提出同时考虑风向的风场运动延迟平滑效应和尾流效应的风电场功率预测模型．采用四分量风速模型模拟短期的风电场风速．在平坦地形情况下使用Jensen模型模拟风机尾流，而在非平坦地形情况下则采用Lissaman模型．考虑尾流效应并计及平滑效应对风电场进行仿真分析．
2风电场内机组出力的平滑效应分析
2.1不同风机间距的平滑效应分析
由于采用平滑系数s(n)来衡量风电场内平滑效应的效果，故分析不同风机间距下相关系数的变化规律，能得出不同间距对风电出力平滑效果的优劣。利用两年的风电机组数据，图1给出了风电场内距离最近的风电机组(1、3)和距离最远的风电机组(1、24)在10min尺度下功率相关系数概率密度柱状图。由图1可知，距离最近的1号和3号风电机组表现出明显的相关性，其概率分布呈现出左偏的形状，整体的数值较大;而距离最远的1号和24号风电机组的相关性整体较小，其概率分布呈现出正态的形状，数值相对较小。故相互间距越远的风电机组对风电出力的平滑效果越显著，而风电机组的距离越近，对平滑所起的作用就相应地减小。
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2.2所研究系统影响因素量化分析
表征风电场和风电场群规模的主要变量是风电场的数目和风电场的区域范围，这是影响风电平滑效应的主要因素。通过式计算相对标准差比?ensemble/?single与风电场数目和区域直径的相关系数，计算结果分别是?0.8805和?0.92867。说明衡量风电平滑效应的风电出力相对标准差比和风电场的数目以及风电区域直径呈现强的负相关性，即随着风电场数目和区域直径的扩大，整体风电出力相对标准差呈逐渐下降的趋势，而且区域直径比风电场数目对减小风电出力波动的影响更大，即区域地理范围对平滑效应的影响更大。在区域规模确定的情况下，增加风电场的数目，该比值趋于饱和。而持续增加区域规模，该比值将会呈现持续下降的趋势。
2.3时间尺度因素
在时间尺度对平滑效应的影响主要体现在两个方面:(1)延迟效应:风电出力，由于风力发电机的物理特性，其相对于风速变化有一定的延迟，从波动上看，延迟有利于波动的降低。(2)过滤效应:是指风电出力相较于风速变化具有缓冲作用，尤其是对于风速高频变化的部分，由于风力发电机的机械特性，其对风速中的高频部分具有过滤作用。实际上，延迟效应和过滤效应在本质上是相近的，只是通过不同的角度来描述出力相对于风速变化的减缓作用。
2.4不同时间尺度下风电平滑效应的应用
风电作为波动性电源，对于电力系统的控制、运行、规划均有一定的影响。修正含有多个风电场的区域级风电场总功率波动是平滑效应最直接的应用。例如在风功率预测中的应用，各时间尺度下的平滑效应都能使区域级风电功率总和预测误差小于单个风电场功率预测误差，可以尝试寻找基于平滑效应的替代方案，来替代高成本风电预测系统。平滑效应通过影响风电功率的波动，间接地影响各时间尺度下含并网风电场系统的有功平衡问题。1）控制时间尺度下，考虑以s或min为单位的平滑效应，有助于进行机组控制、修正爬坡率、确定旋转备用。2）稳态运行时间尺度下，类似于超短期和短期风功率预测的时间尺度，考虑以h或d为单位的平滑效应，有助于修正调度方案、备用需求和日前交易计划等。3）规划时间尺度下，类似于中期或中长期风功率预测的时间尺度，考虑以周或月为单位的平滑效应，有助于确定风电可信度、风电的接纳能力，进而为安排风电场的检修或调试、风电场选址、电网规划提供参考。
2.5不同风速下的平滑效应分析
风电机组在发电的过程中，发出功率随着风速的变化而时刻发生变化，风速的大小对功率影响很大，因而有必要研究不同风速下风电场内平滑效应的效果。选取(1、3)风电机组两年内平均风速最小和最大的两个月份数据，画出其相关系数的概率密度柱状图和累计概率密度曲线。风电场内的月平均风速较大时，概率密度柱状图趋向于正态的形状，同时概率值在累计概率密度曲线中上升较快，风电场内的风速较大，平滑系数也较大。当风速较小时，以上各种特性则相反。这是由于风电场内的平均风速较大时，风速的湍流作用增强，风电机组出力出现随机、无序的波动，机组间的功率相关系数降低，相关性较为不明显。相关性减弱后，功率相关系数的平均值随之减小，而平滑系数随之增大，概率密度分布形状逐渐由左偏向正态过渡，累计概率曲线也就上升较快。由此可见，当风电场内的平均风速较大时，由于风速的波动较大，机组间的风电功率可以互相抵消，机组间的出力可以互补，总输出功率接近某一恒定值，风电平滑效果较为显著。
结语
本文基于所提的平滑模型，对风电场内机组出力的平滑效应进行了分析。现给出风电平滑效应的基本规律如下:(1)相互间距越远的风电机组对风电场的平滑效果越显著，而机组间隔越近，出力平滑效果就会减弱。(2)风电场内的平均风速越大，风电机组出力的波动由于风速的湍流作用越加随机、无序，平滑效应较强。(3)在小时级时间尺度下，随着小时数的增大，风电场内风机间的相关系数逐渐变大，平滑效应反而随之减弱。(4)随着风电机组数量的增加，平滑系数整体上呈现出上升的趋势，平滑效应增强。在下阶段的研究中，可以深度挖掘距离、风速等各个因素对不同情况下区域风电场内机组出力平滑效应的贡献程度，寻求何种情形下何种因素占据主导地位，并充分利用结论使得区域风电场的波动减小，机组总出力更加平滑。
参考文献
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作者简介：马珉，身份证号码：15010219810109****