基于改进的场景分类和去粗粒化MCMC的风电出力模拟方法

为实现风电出力时间序列的高性能模拟,文中提出了一种基于SAGA-KM(simulated annealing and genetic algorithms-K-means)算法实现典型风电场景分类和基于Copula函数进行风电日过程马尔可夫过程建模的风电模拟方法。SAGA-KM算法将传统KM算法与遗传算法和退火算法相结合,能显著提高风电场景分类效果;基于Copula函数建立的马尔可夫链精细概率模型,以去粗粒化方式实现马尔可夫过程蒙特卡洛模拟,克服了粗粒化引起的概率分布偏差。针对甘肃省某风电场数据进行实际模拟,结果表明文中方法生成模拟序列的统计分布特性、自相关函数特性和日均功率的分布特性与实测数据都非常接近,该方法能很好地保留风电序列的概率分布特性和随时间变化的波动特性,具有重要的工程实用价值。

龙羊峡地区水-风-光出力互补特性研究

准确掌握流域水-风-光多能源互补规律对于指导清洁能源规划布局、开展多能互补调度以提升能源利用效率具有重要意义。运用数理统计方法,计算得出了龙羊峡地区典型年的水-风-光出力逐日标准化数据的多个统计量,据此分析了水-风-光出力在长期时间尺度下的互补特性。建立了基于Spearman秩相关系数的水-风-光三能源出力互补性评价指标,根据龙羊峡地区典型年的水-风-光出力逐日标准化数据,在长期时间尺度上对龙羊峡地区的水-风-光出力互补特性进行了重新定量评价,并与数理统计方法的结果进行对比印证。此外,提出了基于K-means聚类算法的典型日出力特征辨识模型,分析了不同时间尺度划分对水-风-光出力互补规律评价的影响。结果表明:①龙羊峡地区的水-风-光出力在长期时间尺度上的互补特性较强,春冬季节水电出力较小,风光出力较大,而夏秋季节则呈现出相反的变化特征;②基于Spearman秩相关系数的水-风-光三能源出力互补性评价结果为“较互补”,与数理统计方法结果一致;③不同时间尺度划分对水-风-光互补特性评价影响显著,随着时间尺度的增加,水-风-光出力互补规律呈增强的趋势,具体体现为:季节互补特性强于月间互补特性,月间互补特性强于日间互补特性。

基于AP聚类-跳转持续MC的风电出力时间序列模拟生成方法研究

模拟生成概率等效条件下的风电出力时间序列对分析未来场景下风电出力不确定性以及提高风电消纳水平具有重要意义。针对传统马尔科夫链存在的问题,文中提出一种基于AP聚类-跳转持续马尔科夫链(Affinity Propagation Clustering-Transition and Persistence Markov Chain,AP-TP MC)的风电出力时间序列模拟生成方法。首先,对历史风电出力数据进行AP聚类,并对每一聚类类别下的风电序列建立相应的状态跳转矩阵;其次,依据马尔科夫链模型,结合风电出力状态持续时间特性,抽样并叠加符合混合高斯分布的波动分量,形成某一聚类类别下的风电出力时间序列;然后,依托类间转移矩阵,模拟生成风电出力时间序列;最后,通过对比传统马尔科夫链法与文中方法生成的风电出力时间序列与历史序列之间的统计指标、概率分布指标及自相关性指标,验证所提方法的有效性和准确性。

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。

金沙江、雅砻江、大渡河流域水风光互补性分析

把握水风光电源的多维发电特性及多能源之间的互补规律,对于优化配置调节性电源,促进新型电力系统的健康发展意义重大。聚焦四川电网金沙江、雅砻江、大渡河三江流域,研究水风光清洁能源发电特性,基于数理统计、相关分析等方法研究了流域内部以及跨流域间水风光出力互补规律。结果表明:大渡河水电丰枯出力差异最大,雅砻江流域水电年利用小时数最大,金沙江流域水电年发电量最大;大渡河流域风光利用小时数最高,金沙江流域光伏最稳定,但风电波动最大;三江流域内部水风光具有互补性,三江跨流域之间,水风光单一电源具有同步性,不同电源两两具有互补性。

基于高斯混合聚类的海上风电出力特征曲线提取方法及其在电量平衡计算中的应用

[目的]为了减少化石能源消耗和改善环境污染问题,海上风力发电是解决问题的有效方式之一。然而,海上风电存在间歇性强、波动性大、双向调峰性等问题,研究其出力特性曲线对海上风电消纳具有重要意义。[方法]提出一种基于贝叶斯信息准则的高斯混合聚类模型,对海上风电原始出力曲线进行分类和特征曲线提取。[结果]得到能够反映不同海风区域特点的海上风力特性曲线,并应用于海上风电出力的电量平衡计算。[结论]最后,以沿海某省份海上风电15 GW装机规模下不同海风区域原始海上风电出力曲线为研究对象,验证所提方法的有效性。

多时间尺度下地区电网新能源出力特性及源荷相关性分析

新型电力系统构建的源网荷协调发展新生态,需要对新能源特性进行更深入的精细化研究和协同分析。提出适应电网发展的新能源出力特性及源荷特性分析方法,建立标准化新能源数据评估流程,实现源荷数据深度融合,适用于不同时间尺度下新型电力系统各类场景量化描述。最后以某地区风光荷实际数据为例进行分析,结果表明所提方法能有效评估电网中新能源出力特性和源荷特性,反映不同尺度下新能源出力规律性和分布特性,有助于开展新型电力系统下的电网规划和实际运行。

联网风电机组风速-功率特性曲线的研究

介绍了变速恒频风力发电机的基本运行机理及其PSASP/UPI仿真模型的开发原理。采用统计学方法分析了风电场中风电机组的实测运行数据,并在此基础上重新建立了适用于联网风电机组仿真模型的风速–功率特性曲线。仿真结果表明,该曲线更接近于风电机组的实际运行情况,在变速恒频风力发电机的仿真模型中,采用上述曲线能显著提高仿真的精确性。

储能技术在解决大规模风电并网问题中的应用前景分析

在大规模风电集中并网的电力系统中,风力发电不同于常规发电的静态出力特性和动态响应特性给电力系统供电的充裕性及运行的安全稳定性带来新的重大挑战。各种储能装置由于具有对功率和能量的时间迁移能力,是改善常规发电静态出力特性及风力发电动态响应特性的有效手段。文中阐述了应用储能装置解决大规模风电并网问题的基本思路,并就目前储能技术大规模应用所面临的问题及前景进行了展望。

广东电网风电出力特性分析及其经济性评价

风电出力特性的研究对于低碳经济发展大背景下含规模风电接入的电力系统规划运行至关重要。基于风电场群的分区分片划分和多风电场运行模拟技术,定量分析了广东规模风电的出力特性和容量效益。研究表明,规模风电接入将增大系统调峰需求,需要在电网规划建设和风电配套政策制订方面引起足够重视。从系统运行成本、煤耗、污染物排放等多个角度进行的经济性评价显示,尽管规模风电接入对常规机组替代作用相对有限,但对于广东节能减排与低碳发展具有重要意义。

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。

多极低速电励磁双凸极风力发电机及整流特性

提出24/16极电励磁双凸极风力发电机结构型式,通过有限元法计算其静磁场分布特性,论述了共阳极半波整流、共阴极半波整流以及桥式整流电路下电机的不同发电方式和工作机理,指出励磁电流方向和电机转向与发电方式的关系。建立3种整流模式下发电机的场路耦合模型,对不同发电方式下的发电机输出特性进行了仿真分析。研制1台2kW原理样机,实验结果与仿真和理论分析一致,表明转子滑出端发电方式下电机输出电压调整率低、外特性硬,输出功率最大,而传统桥式整流电路不适用于低速电励磁双凸极风力发电机系统。

聚磁式场调制永磁风力发电机输出特性改善的研究

根据场调制永磁风力发电机工作原理,推导其功率尺寸方程和电枢反应电抗压降表达式,提出改善此类场调制电机输出特性的方法。分析一种外转子聚磁式场调制电机结构,建立不同极槽数配合的聚磁式和传统永磁体表贴式场调制电机有限元模型,仿真分析磁路结构改变和极槽数配合对场调制电机相绕组电感和输出特性的影响。试制1台18槽/8极聚磁式场调制永磁电机样机,实验结果与仿真和理论分析一致,表明辐条嵌入式永磁体安排和合理的极槽数配合使得所提聚磁式场调制电机具有输出电压调整率小、外特性硬的特点。

黑龙江地区风电出力特性分析

黑龙江地区风力资源丰富,技术可开发总量居全国第三位。由于其地理位置的原因,黑龙江地区风电出力大发时期多为冬季,这与冬季供热期电网调峰能力不足构成矛盾,致使冬季弃风较为严重。掌握风电出力特性是解决这一问题的基础。针对黑龙江地区的风力资源特点,通过收集、整理不同区域风电场10min采样间隔的大量实测数据,利用数理统计的方法,从常见样本数字特征、描述形态的样本特征值以及同时率、爬坡率、峰谷差等其他描述性指标对风电出力特性进行了描述,然后利用样本数据的频数直方图、QQ图与箱线图对风电出力的分布特性进行了详细分析,以期通过风电出力的描述与分析为黑龙江地区未来的风电开发与发展提供一定的参考。

基于实时功率曲线的风电机组出力特性研究

基于实时功率曲线对风电机组出力特性进行分析,主要通过采集风电机组风速、功率、可靠性状态、大气压力、环境温度等历史数据进行过滤修正,计算出能够反映风电机组真实出力情况的实时功率曲线,并与出质保检测功率曲线进行对比,最后结合功率一致性系数对风电机组出力特性进行评价。找出性能下降比较严重的风电机组并及时整改,进而提高风电机组的发电能力。该方法不仅能够在线评价风电机组的性能优劣,且适用于各类型风电机组,具有广阔的应用前景。

风电场出力特性及其不确定性的对策分析

通过福建省某沿海风电场的出力数据,验证了风电出力变化的波动性及随机特性,将风电出力并入电力负荷,分析了风电并入后对于电力负荷变化特性的影响,并分别从电网与风电自身的角度出发,讨论了有效应对风电功率的不确定性措施,包括风电出力预测、储能手段以及风电机组自参与调频等。

大规模风电集中接入的输电网扩展规划平台研发

为满足大规模风电集中接入对输电网扩展规划提出的安全性与经济性需求,提出了建设含大规模风电集中接入的输电网扩展规划平台的总体方案。应用综合考虑风险及经济性的输电网优化规划理论,开发了以风电场群功率波动分析、输电容量优化为核心,集运行中风电场出力的历史数据采集与管理、待建风电场信息处理以及最优规划方案综合评价一体化的信息管理和输电网扩展规划系统。构建了基于历史出力数据的风电场群出力汇聚演变模型、提出了利用在役风电场群历史出力规律性预测规划目标年风电场群出力的实用方法、建立了面对输电网的综合评价指标体系,为进行详尽的数据挖掘分析、高精度的出力预测、准确的方案评估和全局化的输电网扩展规划管理,提供了有力的技术支持。

电网谐波条件下双馈风电系统输出特性分析与控制

针对双馈(DFIG)风电系统在非理想电网条件下的运行特性,研究了电网谐波对DFIG输出特性的影响。定量分析了典型谐波作用时,DFIG输出功率和电磁转矩的脉动量的大小及与基波相比所占的比例。基于此,以消除电网谐波对DFIG风电系统输出特性的影响为目标,对理想电网条件下的比例谐振(PR)控制策略进行了改进与完善,提出了一种非理想电网条件下的PR控制策略。为验证该控制策略的正确性,对一台1.5 MW风电系统进行了仿真研究,结果表明所提出的控制策略能够显著消除由电网谐波引起的DFIG风电系统输出功率及转矩的脉动。

基于改进Shapley值的风电汇聚趋势性分状态量化方法

风电输出功率具有波动性,由于各机组出力之间的平抑效果,随着风电集群规模的增大,风电输出功率波动逐渐变缓,风电输出功率表现出"汇聚效应"。把握汇聚效应的趋势性对于规划送出线路及网架结构具有重要的意义。基于改进Shapley值法对风电汇聚效应的趋势性进行量化分析。在对不同风电输出状态量化分析的基础上,得到各状态下的持续出力曲线,进而构建基于汇聚特性分析的风电持续出力曲线分状态组合预测模型,并建立预测精度评价体系。采用改进的Shapley值法确定预测模型中的权重系数,避免了传统Shapley值法在单一模型预测结果偏差过大时仍参与组合的现象。基于实测数据对模型有效性进行检验,算例分析表明:相对于单一的预测模型,风电持续出力曲线的分状态组合预测方法能较更准确地描述风电汇聚的趋势。

风电并网后对华北电网调峰的影响

风电并入电网给系统的调峰带来很大影响,风电特有的随机性、波动性等特性影响着系统的稳定运行。文章针对风电并网后对电网调峰的影响问题,以华北电网的实测数据为分析对象,直观显示了风电出力在不同时段的波动特性。对比分析了风电的月、日出力特性与华北电网的负荷特性之间的关系,讨论了风电并网后对华北电网调峰的影响,得到了风力发电给电网调峰带来负面影响的关键月份。论文成果对于风电并网参与调峰提供了参考。