電力仿真解讀

出于保護環(huán)境的考慮以及全球面臨的能源短缺現狀，風(fēng)力發(fā)電在世界范圍內得到了快速發(fā)展。隨著(zhù)風(fēng)電行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，風(fēng)力發(fā)電成本逐步降低，在經(jīng)濟性上已經(jīng)能夠與核能發(fā)電、水力發(fā)電展開(kāi)競爭。當前，我國面臨電力短缺局面，在煤電占主導地位的我國電力行業(yè)，因環(huán)境承載力限制以及各種因素導致的煤炭短缺局面，煤電發(fā)展受到制約。而我國風(fēng)能資源豐富，風(fēng)能利用得到了政府的政策支持，風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)面臨前所未有的發(fā)展機遇。近幾年來(lái)，我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢頭良好，多個(gè)大型風(fēng)電場(chǎng)處于建設或規劃階段。

我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展尚存在諸多制約因素。就技術(shù)層面而言，大型風(fēng)力發(fā)電設備生產(chǎn)技術(shù)不過(guò)關(guān)，大多從國外采購或引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)，研發(fā)基礎薄弱;對風(fēng)電機組或風(fēng)電場(chǎng)的運行特性的研究不足，設備運行管理水平還有待提高。將仿真技術(shù)廣泛應用于風(fēng)力發(fā)電設備的設計、試驗測試、運行分析等各個(gè)方面，將有助于加快我國風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展步伐，是縮小與發(fā)達國家技術(shù)差距的捷徑。

1電力仿真技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電系統的應用概況

隨著(zhù)風(fēng)力發(fā)電在世界的廣泛應用，為降低風(fēng)力發(fā)電成本、提高風(fēng)能利用效率，風(fēng)力發(fā)電設備單機容量越來(lái)越大，同時(shí)為風(fēng)機的設計制造、控制系統設計和運行等各個(gè)方面提出了更多的研究課題。傳統的實(shí)物測試研究方法已不能滿(mǎn)足發(fā)展需要，仿真技術(shù)因不受氣象條件的限制，且投入低等優(yōu)點(diǎn)，逐漸在風(fēng)力發(fā)電機組的研究和測試領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的應用。

仿真即選取一個(gè)物理的或抽象的系統的某些行為特征，用數學(xué)模型來(lái)表示它們的過(guò)程，若用計算機求解數學(xué)模型，稱(chēng)為計算機仿真。通俗說(shuō)來(lái)，仿真是指使用儀器設備、模型、多媒體技術(shù)，以及利用場(chǎng)地、環(huán)境的布置，模仿出真實(shí)系統的工作特性和環(huán)境，進(jìn)而用于科學(xué)研究、工業(yè)設計、預測預報或教學(xué)訓練等目的的一項綜合技術(shù)。仿真若僅限于設計研究目的，則勿需仿真對象系統的環(huán)境，亦無(wú)實(shí)時(shí)仿真的必要，借助一臺主流微型計算機和商業(yè)仿真軟件即可開(kāi)展仿真研究工作。

1980年代初，國外學(xué)者開(kāi)始將仿真方法用于風(fēng)電機組的的性能研究[1]，其后，仿真技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電系統的應用范圍逐漸拓展。目前，從風(fēng)電關(guān)鍵設備和控制系統的設計、制造、性能測試與研究，風(fēng)電機組或風(fēng)電場(chǎng)運行分析等各個(gè)方面均有仿真技術(shù)的應用。仿真技術(shù)的應用在很大程度上替代了傳統的利用實(shí)際設備開(kāi)展的設計檢驗等手段。主要的研究方向整理如下。

1)風(fēng)能特性仿真，反映風(fēng)能的位置分布和時(shí)間變化特性。風(fēng)特性仿真結果將用于風(fēng)力發(fā)電機組或風(fēng)電場(chǎng)的仿真分析中，是風(fēng)電仿真研究的基礎。

2)風(fēng)力發(fā)電機組仿真，仿真特定風(fēng)力機組在風(fēng)能變化下輸出電能的變化規律，分析其特性，尋找設備本身存在的不足，提供改進(jìn)建議。表征電能特性的參數主要包括有功功率、無(wú)功功率、電壓和頻率。

3)控制系統仿真，建立待檢驗的控制系統的仿真模型和控制對象的仿真模型，建立模型間的相互聯(lián)系。改變仿真風(fēng)電機組的風(fēng)能參數或工作狀態(tài)，測試在各種不同運行方式下控制系統的動(dòng)作特性和工作效果，尋找控制系統設計中存在的問(wèn)題，改進(jìn)設計后修正仿真模型進(jìn)一步驗證，直到控制系統滿(mǎn)足設計和運行要求。

4)風(fēng)電場(chǎng)仿真，針對特定風(fēng)電場(chǎng)的具體風(fēng)能特性和實(shí)際(或規劃設計)安裝的風(fēng)電機組情況，建立整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的仿真模型。研究風(fēng)能變化、風(fēng)機介入或退出系統對風(fēng)電場(chǎng)電能特性的影響，進(jìn)而分析風(fēng)電場(chǎng)建設的可行性，分析風(fēng)電場(chǎng)不同運行方式下對電力系統的影響，或用于運行人員培訓，提高風(fēng)電場(chǎng)運行管理水平。

國內利用仿真技術(shù)開(kāi)展風(fēng)電系統研究的起步較晚，公開(kāi)發(fā)表的仿真研究成果不多，尚未形成氣候。近幾年情況在發(fā)生變化，更多的研究人員已經(jīng)將仿真技術(shù)引入風(fēng)電系統的研究工作中，相信近期內將會(huì )有更多的高水平仿真研究成果發(fā)表，并能有力促進(jìn)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。