卓毅鑫 徐鋁洋 林湘寧

（華中科技大學(xué)強(qiáng)電磁工程與新技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 武漢 430074）

1 引言

隨著全球能源和環(huán)境形勢的日益嚴(yán)峻，風(fēng)電作為可再生的清潔能源，在眾多國家得到廣泛的開發(fā)與應(yīng)用。但是由于風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)易受風(fēng)電場元件故障、電網(wǎng)擾動(dòng)和氣象條件等諸多因素的影響，風(fēng)電大規(guī)模并網(wǎng)增大了電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻和控制電壓的難度，使電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行受到很大的影響[1-4]，因此，有必要建立適當(dāng)?shù)哪Ｐ蛠矸抡娌煌L(fēng)況下并網(wǎng)風(fēng)電場的動(dòng)態(tài)行為和風(fēng)電場輸出特性。

在一般的風(fēng)場等值模型中，常常視所有風(fēng)機(jī)迎面風(fēng)速一致，將風(fēng)場進(jìn)行單機(jī)等值，文獻(xiàn)[5，6]在研究風(fēng)場對(duì)電網(wǎng)影響時(shí)使用的風(fēng)電場都基于此種模型。然而在實(shí)際風(fēng)電場中，上下游風(fēng)機(jī)間存在著尾流效應(yīng)，致使單機(jī)等值風(fēng)場在應(yīng)用于仿真時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的誤差，特別是隨著風(fēng)電場規(guī)模的增加，風(fēng)電場內(nèi)上下游風(fēng)機(jī)的尾流效應(yīng)及不同地理位置風(fēng)機(jī)的“互補(bǔ)”效應(yīng)更加顯著，無法忽略。文獻(xiàn)[7]就專門對(duì)風(fēng)機(jī)遮擋下的尾流效應(yīng)做了詳細(xì)的分析，但是只是考慮了風(fēng)機(jī)受遮擋影響風(fēng)速的衰減，并沒有考慮上下游風(fēng)機(jī)風(fēng)速在時(shí)間上的滯后；文獻(xiàn)[8]綜合尾流效應(yīng)和時(shí)滯效應(yīng)建立了風(fēng)場模型，并簡要對(duì)比分析了考慮兩種效應(yīng)的風(fēng)場和一般單機(jī)等值風(fēng)場的電壓和功率輸出結(jié)果。這些文獻(xiàn)主要從尾流效應(yīng)建模的角度進(jìn)行了研究，但沒有針對(duì)風(fēng)況條件對(duì)風(fēng)電場的影響做深入分析。

現(xiàn)有風(fēng)電機(jī)組的最大運(yùn)行風(fēng)速一般為 25m/s，當(dāng)風(fēng)速超標(biāo)時(shí)，風(fēng)機(jī)保護(hù)系統(tǒng)動(dòng)作，將其從電網(wǎng)中切除。然而即便如此，當(dāng)風(fēng)暴等惡劣天氣來臨時(shí)，由于風(fēng)機(jī)所受載荷升高，造成風(fēng)機(jī)損壞脫網(wǎng)的事故時(shí)有發(fā)生：法國、西班牙、丹麥、日本都有過惡劣風(fēng)況下風(fēng)機(jī)過載脫網(wǎng)的報(bào)道[9]，2002年，德國也發(fā)生了一次惡劣氣候下風(fēng)機(jī)葉片嚴(yán)重?fù)p壞的事故[10]。我國高集中的風(fēng)電基地發(fā)展模式下，在一定地理范圍內(nèi)的不同風(fēng)電場極易受到同一擾動(dòng)或氣象事件的影響。同時(shí)，風(fēng)機(jī)承受的載荷關(guān)系到風(fēng)機(jī)的壽命，除了在選型時(shí)要考慮，在運(yùn)行過程中的載荷也是風(fēng)場整個(gè)生存周期的重要參考指標(biāo)，因此，有必要對(duì)風(fēng)電場在各類風(fēng)況下的的運(yùn)行狀況及風(fēng)機(jī)的載荷進(jìn)行仿真和分析。

本文基于 Digsilent及 Matlab軟件，建立了動(dòng)態(tài)風(fēng)況-風(fēng)電場聯(lián)合仿真平臺(tái)。下文中，本文分別介紹了平臺(tái)中的風(fēng)況、風(fēng)機(jī)及載荷三部分的基本模型，闡述了平臺(tái)構(gòu)建及運(yùn)行流程，并結(jié)合風(fēng)電場算例，模擬了考慮尾流效應(yīng)的各類標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)況，對(duì)風(fēng)電場的電氣量及載荷進(jìn)行了詳細(xì)分析。

2 聯(lián)合仿真平臺(tái)構(gòu)建的基本模型

2.1 風(fēng)速模型

2.1.1 湍流強(qiáng)度

《風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)要求標(biāo)準(zhǔn)IEC61400—1》[11]（以下簡稱《標(biāo)準(zhǔn)》）指出，風(fēng)況可由固定的平均風(fēng)速疊加湍流構(gòu)成，湍流用于表征平均風(fēng)速的隨機(jī)變動(dòng)情況，湍流強(qiáng)度I定義為：10min內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速偏差δ與平均風(fēng)速 Vhub的比值。

標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速偏差

其中 b為常數(shù) 5.6m/s， Vhub為輪轂高度處在10min內(nèi)的平均風(fēng)速。 Iref為15m/s平均風(fēng)速時(shí)，湍流密度均值。

《標(biāo)準(zhǔn)》將湍流密度均值 Iref劃分為四個(gè)等級(jí)，除了特殊等級(jí) S之外，其他三種等級(jí) A，B，C對(duì)應(yīng)的參數(shù)情況如表1：A表示高的湍流特性范疇，B表示適中的湍流特性范疇，C表示低的湍流特性范疇。

表1 風(fēng)況等級(jí)對(duì)應(yīng)湍流強(qiáng)度表Tab.1 Wind conditions turbulence intensity level category

將式（2）代入式（1）得，

由式（3），可以通過改變10min內(nèi)的平均風(fēng)速Vhub與湍流等級(jí) Iref來得到不同的湍流強(qiáng)度I，以模擬不同的風(fēng)況。

2.1.2 尾流模型

尾流效應(yīng)的存在使上下游的風(fēng)機(jī)的風(fēng)速不僅有幅值的變化，還會(huì)出現(xiàn)時(shí)間上的滯后。對(duì)于分別的風(fēng)電內(nèi)上下游的兩臺(tái)風(fēng)機(jī)，其尾流效應(yīng)示意圖如圖1所示。d為上游風(fēng)機(jī)WT1與下游風(fēng)機(jī) WT2之間的距離，尾流作用中心線為C1，作用半徑為e1。設(shè)V1( t)、 V2( t)分別為WT1、WT2處的迎面風(fēng)速。

圖1 尾流效應(yīng)示意圖Fig.1 Wake effects demonstration

本文采用Simwindfarm工具箱[12]產(chǎn)生平均風(fēng)速為u，湍流強(qiáng)度為 Iref的自然風(fēng)況U，風(fēng)向?yàn)閤軸正方向，在風(fēng)電場內(nèi)沒有風(fēng)機(jī)的情況下，任意位置在t時(shí)刻的風(fēng)速為 U( x,y,t)。因此若不考慮尾流效應(yīng)的影響，WT1與WT2處的風(fēng)速分別為

考慮尾流時(shí)滯效應(yīng)時(shí)，設(shè)WT1產(chǎn)生的尾流效應(yīng)的時(shí)刻為t1，其于t2時(shí)刻到達(dá)WT2處，則WT2在t2時(shí)刻的風(fēng)速為不考慮尾流影響時(shí)的自然風(fēng)速與衰減系數(shù)的乘積

根據(jù)文獻(xiàn)[13]， a1( d,V1( t1) )為風(fēng)機(jī)WT1的風(fēng)速衰減系數(shù)

式中， Ct1( V1( t1) )為迎面風(fēng)速是 V1( t1)時(shí)，WT1處的推力系數(shù)（見圖2）；R是風(fēng)機(jī)葉片的半徑。

設(shè)風(fēng)機(jī)WT1及WT2之間的平均風(fēng)速為 v2，其值為 V1( t)的平均風(fēng)速為 v1在經(jīng)過 WT1衰減后的風(fēng)速

則t1、t2的時(shí)滯關(guān)系為

則在t2時(shí)刻后的任意時(shí)刻t，風(fēng)機(jī)WT2處的風(fēng)速為

由文獻(xiàn)[16]，一臺(tái)風(fēng)機(jī)的尾流作用區(qū)域可由其尾流作用半徑確定。以WT1為例，在沿x軸方向距離WT1為d時(shí)的尾流作用半徑為

因此當(dāng)給定風(fēng)電場內(nèi)各風(fēng)機(jī)坐標(biāo)時(shí)，可由式（11）確定各風(fēng)機(jī)的尾流作用區(qū)域。對(duì)于風(fēng)電場中的某臺(tái)風(fēng)機(jī)k，設(shè)其位置坐標(biāo)為(x,y)，在確定其所處的尾流作用區(qū)域后，在任意時(shí)刻t時(shí)的風(fēng)速可由式（12）計(jì)算

L表示所有對(duì)風(fēng)機(jī) k有尾流貢獻(xiàn)的風(fēng)機(jī)集合，di,k表示上游風(fēng)機(jī)i與風(fēng)機(jī)k沿上游風(fēng)向的距離，tk為尾流到達(dá)風(fēng)機(jī)k時(shí)，相對(duì)于風(fēng)向上游第一排風(fēng)機(jī)的滯后時(shí)間

2.2 風(fēng)機(jī)模型

本文使用 Digsilent軟件中自帶的雙饋風(fēng)機(jī)模型[14]。根據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)理論，風(fēng)速為v時(shí)風(fēng)機(jī)捕獲風(fēng)能功率P為

式中，r為風(fēng)機(jī)葉片半徑；Cp為風(fēng)機(jī)的風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率。

風(fēng)機(jī)葉片所受推力T為

Ct為風(fēng)機(jī)的推力系數(shù)，對(duì)于一臺(tái)性能參數(shù)確定的風(fēng)機(jī)而言，其Ct值隨風(fēng)速v的變化曲線是基本固定的，對(duì)本文中的雙饋風(fēng)機(jī)模型，應(yīng)用 Blade軟件對(duì)2MW風(fēng)機(jī)模型進(jìn)行仿真，獲得Ct隨風(fēng)速變化的曲線圖如圖2所示。

圖2 推力系數(shù)Ct隨風(fēng)速v變化曲線Fig.2 Thrust coefficient-wind speed curve

2.3 載荷模型

載荷的分析主要是基于力矩計(jì)算的結(jié)果來進(jìn)行。載荷傷害一般分為極限損傷和疲勞損傷，極限載荷是在載荷超出風(fēng)機(jī)承受范圍直接損壞風(fēng)機(jī)，而疲勞載荷傷害則反映在長期運(yùn)行過程中風(fēng)機(jī)受到的累積傷害，在實(shí)際運(yùn)行中，極限損傷發(fā)生的可能性較小，因此本文主要對(duì)疲勞載荷進(jìn)行分析[15]。

風(fēng)對(duì)風(fēng)機(jī)的有效應(yīng)力集中在葉片和桿塔上，在風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)性損傷中，葉片和桿塔是最常見的損傷部件[16,17]，因此本文主要計(jì)算分析葉片和桿塔上的載荷大小，根據(jù)[18]，葉片上載荷為

桿塔上載荷為

式中，h為桿塔的高度。

基于四川省38個(gè)氣象站點(diǎn) 1970—2016年的氣象數(shù)據(jù)，研究了在不同海拔 ET0及 4個(gè)最主要?dú)庀笠兀ㄏ鄬?duì)濕度 RH、日平均溫度 t、風(fēng)速WS、日照時(shí)間S）的分布特征，采用敏感度分析以及貢獻(xiàn)率分析不同海拔 ET0變化的驅(qū)動(dòng)因素，得到結(jié)論如下：

將式（16）代入式（17）、式（18），再結(jié)合圖2，即可通過風(fēng)速 v及推力系數(shù) Ct計(jì)算葉片及桿塔載荷大小

疲勞載荷的累積損傷是設(shè)備在外加循環(huán)應(yīng)力的作用下，積累傷害，最后直至達(dá)到疲勞破壞，每件設(shè)備承受的每個(gè)力矩 M都對(duì)應(yīng)著一個(gè)最大極限承受次數(shù)N，超過N次后，設(shè)備將會(huì)損壞，根據(jù)W?hler經(jīng)典疲勞理論，M與N遵從如下關(guān)系式

K、 KW是設(shè)備材料的特征系數(shù)。分析設(shè)備承受的疲勞載荷時(shí)可將設(shè)備積累的疲勞傷害等效在整個(gè)過程中，設(shè)備受到同一載荷值下的傷害，則等效損傷載荷可表示為

式中， Mi為設(shè)備承受的某個(gè)力矩大??； ni為該力矩下的循環(huán)次數(shù)。 Mi、 ni可以運(yùn)用雨滴計(jì)數(shù)法獲得，雨滴計(jì)數(shù)法能夠?qū)C(jī)械設(shè)備在一個(gè)周期內(nèi)受到力F的頻次進(jìn)行定量統(tǒng)計(jì)，其具體分析過程參見文獻(xiàn)[13、19]。

3 風(fēng)電場動(dòng)態(tài)聯(lián)合仿真平臺(tái)的構(gòu)建

動(dòng)態(tài)風(fēng)況-風(fēng)電場聯(lián)合仿真平臺(tái)由風(fēng)況模塊、電氣模塊及載荷模塊組成，如圖3所示。風(fēng)況及載荷模塊基于 Matlab構(gòu)建，電氣模塊基于 Digsilent構(gòu)建。工作流程如圖4，Simwindfarm是能夠生成平均風(fēng)速、湍流強(qiáng)度可調(diào)的風(fēng)速序列的工具箱，首先引用它產(chǎn)生的風(fēng)速序列作為風(fēng)電場的自然風(fēng)輸入，然后風(fēng)速模塊與風(fēng)機(jī)模塊進(jìn)行交互，產(chǎn)生考慮尾流效應(yīng)的風(fēng)速并傳輸給風(fēng)機(jī)模塊中的各臺(tái)風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)模塊輸出各臺(tái)風(fēng)機(jī)功率和電壓等電氣量，并將風(fēng)機(jī)的狀態(tài)參數(shù)傳輸給載荷模塊，載荷模塊利用接收的風(fēng)機(jī)參數(shù)計(jì)算出風(fēng)機(jī)的葉片和桿塔載荷，將計(jì)算結(jié)果輸送到Mcrunch工具箱[20]中。Mcrunch工具箱采用雨滴計(jì)數(shù)法，對(duì)載荷數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到 Mi-ni數(shù)據(jù)，最后進(jìn)行等效傷害載荷計(jì)算，并輸出結(jié)果。

圖3 動(dòng)態(tài)風(fēng)況-風(fēng)電場聯(lián)合仿真平臺(tái)Fig.3 Dynamic wind conditions - wind farm co-simulation platform

圖4 風(fēng)電場聯(lián)合平臺(tái)程序流程Fig.4 Dynamic wind conditions - wind farm co-simulation process

4 算例分析

算例風(fēng)電場的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖5所示。風(fēng)電場包含24臺(tái)雙饋風(fēng)機(jī)，每臺(tái)2MW，共48MW。每臺(tái)風(fēng)機(jī)葉片長度60m，高85m，按每排6臺(tái)風(fēng)機(jī)，4排布置。上下游兩排風(fēng)機(jī)間距為400m。風(fēng)機(jī)機(jī)端電壓為 0.69kV，由機(jī)端箱式變壓器升高至 35kV，通過集電線路送至升壓變電站升至 110kV，之后通過BUS6接入外部等值電網(wǎng)。設(shè)風(fēng)向?yàn)閳D示方向。

圖5 算例風(fēng)電場拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Fig.5 Wind turbine layout of Demo wind farm

本文分析的邊界條件設(shè)置如表2所示。以分別位于1～4排的WT1～WT4為評(píng)估對(duì)象。由于由式（15）與式（16）可知，桿塔載荷幅值為葉片載荷的3h/2r倍。因此載荷分析主要以葉片載荷為例進(jìn)行分析。具體思路如下：

表2 風(fēng)況影響分析的邊界條件Tab.2 Boundary conditions of wind influence

①針對(duì)是否考慮尾流效應(yīng)的兩種風(fēng)況，對(duì)比分析其對(duì)風(fēng)電場功率、電壓及載荷的影響。

②改變平均風(fēng)速的大小，分析不同平均風(fēng)速下的風(fēng)況對(duì)風(fēng)電場的影響。

③在同一平均風(fēng)速下，依據(jù)表1，湍流大小參考值Iref分別設(shè)置為0.12、0.14、0.16，分析湍流大小其對(duì)風(fēng)電場的影響。

④改變上下游風(fēng)機(jī)間距，分析其對(duì)于風(fēng)機(jī)載荷的影響。

4.1 尾流時(shí)滯效應(yīng)對(duì)風(fēng)電場的影響

由圖6可知，由于風(fēng)機(jī)之間的尾流時(shí)滯效應(yīng)，上游到下游風(fēng)機(jī)的輸入風(fēng)速依次減小并存在著時(shí)間差，因此各風(fēng)機(jī)的輸出功率的大小關(guān)系均為：WT1>WT2>WT3>WT4。圖7中針對(duì)是否考慮尾流效應(yīng)兩種情況進(jìn)行了對(duì)比，可以明顯看出不考慮尾流效應(yīng)時(shí)，整個(gè)風(fēng)電場輸出功率較大，同時(shí)也伴隨著較大的功率波動(dòng)；而考慮了尾流效應(yīng)之后，由于不同地理位置的風(fēng)機(jī)產(chǎn)生互補(bǔ)效應(yīng)，對(duì)風(fēng)電場輸出功率平抑作用非常明顯，風(fēng)電場輸出功率有所降低，功率曲線也變得更為平滑。

圖6 風(fēng)機(jī)1-4風(fēng)速及功率對(duì)比Fig.6 Wind speed and power comparison of WT1-4

圖7 考慮尾流效應(yīng)前后風(fēng)電場功率及電壓對(duì)比Fig.7 Power and voltage comparison of weak effect

上下游風(fēng)機(jī)葉片載荷與桿塔載荷對(duì)比如圖8所示。與風(fēng)機(jī)輸入風(fēng)速類似，下游風(fēng)機(jī)的葉片及桿塔載荷在幅值上也較上游風(fēng)機(jī)有所降低。但由于疲勞載荷對(duì)風(fēng)機(jī)的損傷不能單純從幅值判定，本文將基于式（18）計(jì)算等效損傷載荷并在下節(jié)做詳細(xì)分析。

圖8 風(fēng)機(jī)葉片及桿塔載荷對(duì)比Fig.8 Comparison of blade and tower load of WT1-4

4.2 平均風(fēng)速大小影響的對(duì)比

圖9為平均風(fēng)速為10m/s、15m/s及20m/s三種典型風(fēng)況下的風(fēng)電場功率及電壓的仿真結(jié)果。對(duì)于風(fēng)電場輸出功率，平均風(fēng)速為10m/s時(shí)，由于單臺(tái)風(fēng)機(jī)輸出功率隨風(fēng)速波動(dòng)較為劇烈，因此風(fēng)電場輸出功率較小，且有一定波動(dòng)。風(fēng)況為15m/s及20m/s時(shí)，由于風(fēng)機(jī)在該風(fēng)速區(qū)間接近或超過額定功率，單臺(tái)風(fēng)機(jī)功率變化較小，因此風(fēng)電場整體輸出功率比較穩(wěn)定。而對(duì)于風(fēng)電場PCC節(jié)點(diǎn)電壓，由于受風(fēng)電場功率波動(dòng)的影響，電壓波動(dòng)情況為10m/s>15m/s>20m/s。同時(shí)由于風(fēng)電場無功消耗隨輸出功率的增加而增加，因此整體電壓水平10m/s>15m/s>20m/s。

三種風(fēng)況下風(fēng)機(jī)葉片載荷大小如圖10所示。由式（15）與式（16）知，載荷大小與Ct及風(fēng)速的平方成正比。由于Ct隨風(fēng)速的增加而降低（見圖2），因此，隨著風(fēng)速的增加，載荷瞬時(shí)值將呈現(xiàn)較為復(fù)雜的變化關(guān)系。在圖10中，15m/s載荷大于10m/s，但20m/s時(shí)部分時(shí)刻載荷反而小于15m/s的載荷。在時(shí)域圖中，葉片載荷的瞬時(shí)最大值不超過3.75×107N·m。

圖9 不同平均風(fēng)速下的輸出功率與電壓Fig.9 Power and voltage under different wind speed

圖10 不同平均風(fēng)速下的葉片載荷Fig.10 Blade load under different average wind speed

為進(jìn)一步分析風(fēng)況對(duì)于載荷的影響，根據(jù)式（22），對(duì)8～30m/s的風(fēng)況，對(duì)葉片塔載荷進(jìn)行了等效損傷載荷（DEL）計(jì)算，其結(jié)果如圖11所示。在20m/s之前，DEL變化較為平緩，且各風(fēng)機(jī)情況大致相同。在 20m/s之后，DEL快速上升。以 WT1為例，10m/s時(shí) DEL 為 2.7×107N·m，25m/s為8.4×107N·m，30m/s為 1.64×108N·m，30m/s時(shí) DEL達(dá)到為 10m/s的 6倍左右。對(duì)于風(fēng)況 20～30m/s，DEL情況為WT1>WT2>WT3>WT4。因此在極端風(fēng)況下，風(fēng)速上游風(fēng)機(jī)將會(huì)承受更大的載荷。

圖11 葉片等效損傷載荷隨平均風(fēng)速的變化曲線Fig.11 Blade DEL under different average wind speed

4.3 湍流強(qiáng)度大小影響的對(duì)比

平均風(fēng)速 10m/s時(shí)，Iref為 0.12、0.14及 0.16三種湍流強(qiáng)度的風(fēng)況對(duì)風(fēng)電場功率、電壓及載荷的影響如圖12所示。其影響主要體現(xiàn)在瞬時(shí)最大/最小值上。更大的湍流強(qiáng)度意味著更大的風(fēng)速波動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致更大的功率電壓波動(dòng)及載荷值。

圖12 不同湍流強(qiáng)度下的輸出功率、電壓和載荷對(duì)比Fig.12 Power,voltage,and load under different turbulence intensity

如圖13所示，三種湍流下的WT1葉片等效損傷載荷值隨湍流增大而增加。Iref為 0.16時(shí)載荷約為Iref為0.12時(shí)的1.28倍左右。

圖13 不同湍流強(qiáng)度下DEL對(duì)比Fig.13 Blade DEL under different turbulence intensity

4.4 風(fēng)機(jī)間距對(duì)載荷影響對(duì)比

由4.2節(jié)，對(duì)于大風(fēng)風(fēng)況20～30m/s，葉片等效損傷載荷關(guān)系為WT1>WT2>WT3>WT4，因此這里以平均風(fēng)速為25m/s的風(fēng)況為例，分析風(fēng)機(jī)間距對(duì)于載荷的影響。圖14為位于風(fēng)速下游的風(fēng)機(jī)WT2與上游風(fēng)機(jī)WT1的間距對(duì)其葉片載荷的影響。由圖可知，當(dāng)風(fēng)機(jī)間距為為100m時(shí)，WT2的葉片DEL約為 WT1的 88%，隨著風(fēng)機(jī)間距的增加，尾流效應(yīng)的影響逐漸減弱，間距為1 000m時(shí)，WT2的葉片DEL已達(dá)WT1的98%，尾流效應(yīng)的影響已基本消除。

圖14 葉片DEL隨風(fēng)機(jī)間距變化對(duì)比Fig.14 Blade DEL versus wind turbine span

5 結(jié)論

（1）本文結(jié)合simwindfarm軟件以及Digsilent，建立了動(dòng)態(tài)風(fēng)況-風(fēng)電場聯(lián)合仿真平臺(tái)。本文基于該平臺(tái)，建立了考慮尾流效應(yīng)各類標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)況，對(duì)風(fēng)電場整體的電氣量及載荷的進(jìn)行詳細(xì)分析，該平臺(tái)物理概念清晰，通過對(duì)風(fēng)電場算例的分析計(jì)算，驗(yàn)證了該平臺(tái)的有效性，適用于風(fēng)電場規(guī)劃、安全運(yùn)行、機(jī)端氣象及故障模擬等的仿真和評(píng)估。

（2）風(fēng)電場中上下游風(fēng)機(jī)的交互影響對(duì)風(fēng)電場中輸出功率、電壓的影響非常顯著。尾流效應(yīng)將對(duì)風(fēng)電場輸出功率及電壓的波動(dòng)起到明顯的“平滑”作用。若忽略尾流效應(yīng)，則可能導(dǎo)致較大的仿真誤差。

（3）隨著平均風(fēng)速的增加，由于風(fēng)電機(jī)組已接近或超過額定風(fēng)速，并通過槳距角將輸出功率限制在額定功率附近，因此風(fēng)電場功率和電壓變得更為穩(wěn)定。但當(dāng)平均風(fēng)速超過20m/s后，桿塔和葉片等效損傷載荷大幅增加，對(duì)風(fēng)機(jī)壽命產(chǎn)生不利影響。

（4）在同一風(fēng)速下，湍流越大表現(xiàn)為更大的風(fēng)速波動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致風(fēng)電場更大的功率、電壓波動(dòng)及等效損傷載荷。因此，可以依據(jù)風(fēng)電場地區(qū)氣象風(fēng)速信息對(duì)風(fēng)況可能造成的影響進(jìn)行評(píng)估。

（5）今后本項(xiàng)目將通過搜集風(fēng)電場、電網(wǎng)及氣象條件等實(shí)時(shí)信息，綜合電氣及氣象因素，開展基于風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的滾動(dòng)刷新風(fēng)電場動(dòng)態(tài)安全預(yù)警的研究，并制定相應(yīng)預(yù)防控制策略。通過本文所建立的仿真平臺(tái)進(jìn)行深入分析，可以為集群風(fēng)機(jī)安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的確定提供重要信息，將為今后研究打下良好的基礎(chǔ)。

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