风电场内多机组输出功率微小波动控制仿真

针对风电场出力的随机性与间歇性,其多机组输出功率的波动不具有规律性,可预见性难度较大,不利于风力发电厂供电的稳定性。为此提出风电场多机组输出功率微小波动控制方法。利用风速模型、风轮模型和传动系统模型,研究风电场多机组动力学,明确机组结构和各模块间的关联性。通过多机组功率变化方程描述功率波动,引入推力系数预测机组输出功率。采用模糊控制算法确定比例与量化因子,确立模糊语言集合,建立模糊控制规则,将平衡指标与功率饱和指标作为首层控制器的输入量,计算功率修正系数,实现功率微小波动控制。实验结果表明,在风速和负载实时变化情况下,储能系统和负载侧功率之和与机组输出功率具有一致性,说明研究方法能够保证风电场多机组输出功率的平稳性。

考虑出力相关性的海上风电接入系统固定成本分摊方法

在海上风电规模化开发、集群化并网的背景下,如何回收海上风电接入系统的输电成本,公平合理地向各风电场分摊已成为目前海上风电行业亟待解决的问题。针对该问题,提出了一种考虑风电出力相关性的海上风电接入系统固定成本分摊方法。首先,利用藤Copula函数构建多个海上风电场的出力相关性模型,同时假定系统负荷需求模型服从正态分布,发电机服从0-1概率分布;然后,结合蒙特卡洛抽样和顺流概率潮流追踪法计算各海上风电场接入系统的固定成本分摊费用;最后,通过算例仿真分析,验证了所提方法的合理性和有效性。

一种考虑环境温度和风速影响的风电场极限增容方法

当前风电场送出容量计算中只考虑了风速的影响没有考虑环境温度的作用,且对架空导线极限载流量的分析没有考虑风电特殊的工作环境,造成风电场线路输送资源的浪费,因此提出一种考虑环境温度和风速影响的风电场极限增容方法,最大化开发利用风电资源。首先,在传统风机出力模型的基础上增加环境温度的影响,改进风机出力模型;然后,通过架空导线热平衡方程,建立考虑环境温度和风速共同影响的导线极限载流模型;最后,通过绘制风电场风机总出力曲面和导线极限载流曲面在环境温度和风速坐标系内的分布情况,将风机出力与导线极限载流特性进行匹配,得到风电场最大可允许的输出容量。仿真结果表明,相同导线截面的风电送出线路有一定的输送功率裕度,确定风电场极限输送容量、提高风电场的经济效益对指导风电场增容具有重要意义。

考虑尾流效应的风电场输出功率优化

针对尾流效应对风电场输出功率造成的损失,文章提出了一种基于改进Jensen模型的优化方法。基于激光雷达实验数据验证了改进Jensen模型的有效性,并建立了多机组尾流叠加模型。对考虑尾流效应的风电场输出功率优化可行性进行分析,建立了风电场输出功率模型。针对标准粒子群算法过早收敛、易局部最优的缺陷进行了改进,在其迭代方程中加入二阶振荡环节,增加了粒子的多样性,提高了算法的全局搜索能力,同时保证了算法的运行速度;引入模拟退火操作,增强了算法的局部搜索能力。建立了风电场输出功率最大化优化模型,以轴向诱导因子为优化参数,利用改进粒子群算法对山西省某风电场模型进行了仿真分析。结果表明:当入流风速分别为8 m/s和12 m/s时,经改进粒子群算法优化之后,风电场输出功率分别提高了6.26%和4.59%;改进粒子群算法改善了标准粒子群算法存在的过早收敛、易局部最优的缺陷。

用于风功率平抑的SOEC系统功率控制策略

为了平抑风电场输出功率波动,考虑到固体氧化物电解池(SOEC)电解水制氢的高效率特性,基于实际数据构建千瓦级SOEC电堆模型并验证了模型精度。针对SOEC系统的非线性和时滞特性,提出一种基于模型预测的功率控制策略,用于平抑风电场输出功率波动。根据某15 MW风电场运行数据,采用集合经验模态分解方法,提出一种风电场输出功率分解方法,获得SOEC系统的充电功率指令并进行仿真验证。结果表明:基于模型预测的SOEC系统功率控制效果很好,可以实现充电功率指令的跟随变化,且平均绝对百分比误差为1.674%,平抑风功率波动效果的准确性较高。

基于多自由度运动条件下风力机动力学特性研究

该文提出耦合无规则、多自由度旋转运动的风力机试验方案,通过物理模型试验,研究风电场阵列布置、不同风力机轴向间距工况下,各排风力机来流速度、功率及其波动特性。结合功率时间尺度积分的概念,探究其与风力机平均输出功率的关系,并建立预测功率波动特征的数学模型。研究结果表明:风力机的来流速度有大尺度、低频率和小尺度、高频率的信号特征,从功率时间尺度积分的趋势可看出,处于下游的风力机,功率波动逐渐增加。由功率能谱特性曲线可知功率波动的能量随着频率的增大而衰减,在低频率段衰减曲线近似f-2的变化规律;在高频率段,能谱特性曲线近似f-5/3-2的变化规律。

基于MSTAGNN模型的可解释海上风电场多风机出力预测

现有海上风电场出力预测研究对复杂时空关系考虑不足,且多为“黑盒”模型,缺乏可解释能力。为充分挖掘时空关联并实现模型可解释,提出一种基于多重时空注意力图神经网络(MSTAGNN)的海上风电场出力预测模型。首先,构建了一种考虑空间关联的海上风电场图拓扑,并引入空间注意力机制实现图拓扑的动态变化;其次,分别利用图卷积网络和时间门控卷积网络有效提取空间和时间特征;接着,对所提模型引入多维多头注意力机制,使其获得多重可解释能力;最后,基于中国东海大桥风电场真实数据进行仿真验证。结果表明,所提模型相比传统预测模型具有更高的预测精度,同时在空间、特征、时间多个维度具有合理的可解释性。

基于随机森林法的含风电并网系统静态电压稳定态势评估

随着大规模风电等新能源接入电力系统,风电波动性与不确定性等因素降低了电网电压运行稳定性,传统的静态电压稳定性分析方法已无法满足大规模电力系统状态实时分析的要求。为提高含风电并网系统的电网电压运行稳定性、评估准确性与可靠性,提出采用基于随机森林算法的态势评估方法。首先,通过仿真得到连续潮流数据,根据有功功率裕度指标对所得的数据进行标签处理;然后,选择与静态电压稳定相关的特征信息,使用随机森林分类器把特征信息转化为稳定性问题,并对标签处理的数据进行分类;最后,根据随机森林分类器的结果,在数据中感知系统静态电压稳定行为信息,完成静态电压稳定性态势评估。仿真结果表明,搭建的随机森林分类模型对大规模风电接入系统的态势评估准确率高,为含风电系统进行的安全稳定性评估提供一定的理论参考。

考虑风电出力不确定性的风电-抽水蓄能互补系统短期优化调度

风电和抽水蓄能电站联合运行可以平抑风电随机波动、提升风电消纳率。文章针对多个风电场的出力不确定性,采用概率性序列方法进行处理,提出了一种基于厂网协商机制的风电-抽水蓄能联合调度模式,并建立了基于机会约束规划的风电-抽水蓄能互补系统短期优化调度模型。模型以风电-抽水蓄能互补系统总发电收益最大为目标,综合考虑了抽水蓄能电站的水力约束、机组运行约束和系统功率平衡约束。为提高模型求解效率并获得全局最优解,文章将原模型转换为混合整数线性规划(Mixed Integer Linear Programming,MILP)模型,最后使用商业化求解器LINGO进行求解。优化调度结果表明,抽水蓄能电站能够很好的补偿风电出力的波动性,并显著提升互补系统的总发电收益。

海气边界层内风电场尾流及功率特性的中尺度数值模拟研究

研究基于中尺度数值天气预测(WRF)模型,耦合海洋模型和风电场参数化方案,探讨了海洋边界层下的海上风电场尾流效应和功率输出特性。结果发现:海上风电场尾流易发生混合,导致较强的风速亏损,严重影响下游风力机的功率输出。由于大气和海洋之间的动量、热量及水汽等通量交换,速度亏损表现出更强的水平扩散,风电场尾流恢复加速,最终尾流长度缩短。另外,风电场的尾流特性和功率输出与风力机布局相关,海气相互作用增强了尾流延伸的稳定性,削弱了风电场的非局地性影响。研究表明使用多物理耦合模型探究海上风电场运行特性是尤为关键的。

基于出力爬坡率的风电场出力过程修正方法研究

风电场出力过程计算是规划风电基地各电源容量配比的重要依据,也是电网合理调度和稳定运行的保证。通过风电场级出力影响因素的分析,在Meteodyn WT软件平台对风电出力估算结果的基础上,提出一种基于出力爬坡率的风电场出力过程计算方法,对风速变化较大时功率估算与实际运行存在差异的工况进行了修正。结果表明:与风电场实际输出功率相比,修正后出力估算结果的均方根误差较修正前降低了近5%。该方法可有效提高风电出力估算精度,对风电场的规划设计具有指导意义。

风电场储能配置方案研究

随着国家提出碳达峰、碳中和目标及构建新型电力系统要求,风电、光伏发电等新能源将大规模增长,为缓解新能源接入对电力系统调峰的压力,提高自身消纳能力,在新能源侧配置电化学储能等新型储能是必要的。为研究风电场储能配置方案的可行性及经济性,笔者以广西某风电场为例,根据风电场运行特性及实际情况,并结合目前国家和地方相关政策等,采用效益费用分析法,对风电场储能配置规模、方案及投资等进行研究,分析提出风电场储能配置方案,以期为新能源侧储能配置提供参考。

基于主从博弈的海上风电接入系统鲁棒规划

随着海上风电上网电价退出中央财政补贴范畴,传统的联合规划可以合理疏导海上风电接入系统投资运营成本,但是难以平衡规划中各投资运营主体的利益。针对该问题,提出基于主从博弈的海上风电接入系统鲁棒规划方法,将鲁棒优化思想和博弈思想相结合。首先,介绍接入系统的投资运营模式,构建海上风电接入系统主从博弈规划模型;然后,在此基础上,考虑海上可及性受限下接入系统的运维方式,构建上层海上风电开发商规划模型;接着,考虑风电出力波动性和相关性以及负荷增长不确定性,构建下层电力传输系统运营商两阶段鲁棒规划模型;最后,采用粒子群优化和列与约束生成算法相结合的算法求解整体模型。以某海上风电场群为例进行仿真,结果表明所提方法在保证两个投资主体利益诉求的同时,提高了规划方案的鲁棒性。

用于跟踪风电计划出力的储能控制策略综述

风电自身的波动性和不可准确预测性导致其难以有效执行调度计划,很可能出现实际并网功率与计划功率存在较大偏差的情况,使电力系统的稳定运行面临严峻挑战。储能作为一种高效灵活的能量转换手段,为提高风电的可调度性提供了新的解决途径。以风储系统跟踪计划出力原理和获取储能指令功率两部分介绍了该领域的研究现状,并对其做出评价,最后展望了未来的发展趋势。

风电场并网的新型实用等效方法

并网风电场是风电开发的主要方式,由于风电场通常由数十台风力发电机组成,而且风能作为原动力具有很强的波动性,所以风电场的动态过程较传统的火电、水电机组更为复杂。在仿真研究中,需要对风电场的整体特性进行动态建模。本文基于风电场输出特性提出风电场动态等值模型参数的优化求解方法,兼顾了风电场机组众多、风能波动较强的特点,并以一个风电场参数等值算例验证了该方法效果。

风电场储能容量合理取值范围分析

风电场配置适当的储能容量可以有效改善因风速变化而造成的输出功率波动。针对怎样选取储能容量较为经济合理问题,在结合一种所需储能容量计算方法的基础上,提出了评判风电场输出改善效果的两种指标。通过详细分析储能容量合理取值受到的各种影响因素,利用储能容量成本及风电场输出功率平滑效果辅助判据,得出风电场储能容量合理的取值范围。

基于天气分类的风电场群总体出力特性分析

分析风电场群总体出力特性有助于缓解大规模风电接入后的系统调峰压力,提高风电接纳水平。研究了在不同天气类型下,风电场群总体出力的特性规律。基于气象再分析数据,利用主成分分析和层次聚类法,对影响风电场群地理区域的天气类型进行分类,识别出若干种典型的天气类型。然后结合实际风电出力数据,对不同天气类型下的风电总体出力的波动性和平滑效应进行分析,揭示了天气类型与总体出力特性之间的内在联系。以蒙西电网6个风电场为研究对象,分类得到影响上述风电场的8种典型的天气系统,并对这8种天气类型下风电场群总体出力的特性进行研究。最后基于IEEE 24节点系统分析了在不同天气类型下,风电场群总体出力接入后对系统调峰能力的影响,并根据分析结果对电网调度提出了建议。

尾流效应对风电场功率输出的影响分析

大规模风电并网背景下,需要研究风电场功率输出特性。在风电场功率建模中引入了尾流模型,分别考虑了地形、风速风向以及风电机组布置等因素对风电场区域内风速分布的影响,定义了风电场功率影响因子,定量分析了尾流效应对风电场功率输出的影响情况。典型风电场下的仿真分析可为风电场建设选址以及区域风能评估提供参考。

基于Copula理论的计及输入随机变量相关性的概率潮流计算

考虑不确定性因素和相关性因素对准确全面评估电力系统潮流运行特性具有重要意义。引入Copula理论构建具有相关性输入随机变量的概率分布模型;对于边缘分布不服从常见分布函数的输入随机变量,提出了一种根据实测离散数据构建其经验累积分布函数和逆函数的方法;并将Copula理论与蒙特卡罗仿真法相结合,提出了一种可灵活处理输入随机变量相关性的概率潮流计算方法。以实际风电出力为例,对由Copula理论所构建的具有相关性输入随机变量概率分布模型的准确性进行了评估,并在加入风电后的IEEE 57节点系统上分析了所提概率潮流计算方法的有效性。仿真结果验证了所提方法的有效性和准确性。

计及相关性的风电场和光伏电站时序出力模型研究

在大规模风光并网时,采用具有相关性的风光时序数据进行系统可靠性评估能够更好模拟系统的运行状态,有利于提高可靠性评估的准确性和实用性。基于混合Copula函数和马尔科夫过程相关理论,建立了一种用于可靠性评估的计及相关性的风光时序出力模型。首先,通过区分光伏出力序列中的规律性与随机性特征,提取出光伏出力的随机分量;然后将风光时序相关性模型分解为风电出力时序模型、光伏出力时序模型以及风光出力的时序相依模型3部分。最后,通过比利时瓦垄地区的实测数据对上述模型进行了验证。