基于韦伯函数的风电场储能容量计算

基于韦伯函数的风电场储能容量计算

屋顶发电是新能源发电技术的成熟和规模之一。风力发电用于风量较大的地区,但其具有波动性和间歇性,发电周期不固定;而且风速预测也不精确现如今,对于并网风电场,解决风电输出功率稳定性的方法主要有两种1风速模型因为风场具有随机性、波动性和间歇性的特点,所以风场通常按随机风、渐变风和阵风3种风速模型分别模拟计算风速。1.1随机风随机风是描述在特定的相对高度风速变化的随机性,通常用参数随机噪声风速描述,如公式(1)所示。式中:φ1.2斜风吹渐变风侧重模拟描述风速的渐变特性,具有线性变化的特性。其渐变风速表示为其中,式中,V1.3配置阵风主要描述风速突然变化时的风速动态特性。阵风风速的计算公式如式(3)。其中,式中,V2切出风,以角力发电发电系统运行当风场的风速达到启动值时,风力发电机启动运行,此时的风速为切入风。当风速增大到极限值时,必须把风力发电机切出或空转,以免风力发电机被毁坏,此时的极限风速即为切出风。因此,风力发电机的正常工作范围介于切入风和切出风之间,并且把此范围内的风能称之为有效风能。2.1计算开口的输出风电场由多台风力发电机组成,风力发电机的输出功率模型如式(4)。式中:v是轮毅高度处的实际风速;v2.2风场风速变化特性由于风能的随机和波动性,因此需要研究最基本的风速变化分布规律。经过多年的统计研究计算,运用不同的理论分析方法,研究学者已经得出多种描述风场的风速变化分布模型韦伯分布的概率密度分布函数如式(5)。式中:x表示连续随机变量,0≤x<∞;α是形状系数,α>0;γ是尺度系数,γ>0。其概率分布密度函数曲线如图2所示。选取某风场采集的一组全年风速数据,其变化波动如图3所示。因为全年中,风速变化波动较频繁,且变动无常,没有确定的规律可循,因此,从图中无法清晰确定该风场的风速变化特性,掌握变化规律,需要对风速值进行相关处理。本文选用韦伯分布模型拟合处理此风场的全年风速值,得到此组风速值的概率密度分布特性,如图4所示。图4中,韦伯分布的概率密度分布函数的表达式为结合风速概率密度分布曲线和风力发电机输出功率,计算出整体风电场输出功率的数学期望。其计算公式为式中:P3小时数为3.2mw煤粉系统一般,把风电场输出功率的数学期望值看作整体风电场的平均功率。因此可由风力发电机的输出特性式反推出与平均功率值对应的风速值。当风电场中装有储能设备时,储能设备的工作状态以此风速值为分界点,高于此风速的能量被储能设备储存,低于此风速值时,储能设备需补偿。储能设备的容量计算公式为式中,h表示风电场可稳定持续输出期望功率值的小时数。假定某风电场的总额定装机容量为100MW,根据公式(8)计算出此风电场整体输出功率的期望值为E=36MW。因此,此风电场可看作为发电容量36MW的传统燃煤发电厂。若设定风电场可实现连续2h稳定输出,给此风电场配备储能系统,其符合要求的最小储能容量为E=36×2=72MW。由此实现电网对风电场的调度,解决风电场持续运行不稳定的问题,保障整体电网的经济性和安全性。图5给出了采用储能设备平滑风电场输出后的情况。出现图5中所示情况的主要原因:(1)风电场持续高出力导致储能设备达到可接受电能的上限;(2)风速太小导致风电场出力持续处于较低值,进而储能设备所储能量被耗尽。如果将储能设备容量增大,问题会得到相应的改善,不过同时会增加储能设备的费用。因此,各风电场可以根据实际情况,综合评估做出相应的调整方案。4风电场储能装置本文通过选用韦伯分布模型计算风速,并在此基础上,结合风速概率密度分布曲线和风力发电机输出功率,计算出整体风电场输出功率的数学期望。对额定装机容量100MW的风电场,设定能稳定连续运行2h,加装风电场储能装置,有效解决了风电场持续运行的波动性