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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

基于输入随机变量离散数据的概率潮流计算方法

基于实测离散数据,对风电场的出力特性进行了研究,对比分析了传统风电场出力建模方法的准确性。针对现有基于拉丁超立方采样的蒙特卡罗仿真法要求已知输入随机变量的累积分布函数这一情况,提出了一种基于输入随机变量离散数据的概率潮流计算方法。以基于简单随机采样的蒙特卡罗仿真法计算结果为基准,在加入风电后的IEEE 57节点系统上对所提方法的有效性进行了验证。仿真结果表明:所提方法是有效的,该方法具有计算速度快、精度高和稳健性好的优点,具有较好的工程实用价值。

计入风速与风电机组故障相关性的风电场可靠性建模及其应用

同一区域的多个风电场接入系统时,风电场出力受到风速和风机故障的不确定性和相关性的影响。传统的风电场可靠性建模方法对这些因素的考虑不够全面、对风速和风机故障之间的相关性处理过于简单,为此该文提出一种能同时计入风速和风机故障的不确定性和相关性的风电场建模方法,该方法对风速和风机故障间的相关关系无需作简化处理。基于所建立的风电场模型,采用相关抽样技术模拟风电场出力,克服了传统风电场出力模拟方法所依据的风电场状态模型或风电场出力相关关系不够准确的不足。算例分析验证了风电场建模方法和风电场出力模拟方法的正确性,并表明风速相关性和风机故障对系统可靠性的影响程度与系统输电充裕度、风电场接入地点有关。

限风情况下风电场群有功分层协调控制策略

针对风电发展与电网建设、负荷分布不匹配产生的弃风限电问题,结合国内风电大规模、远距离集中并网的特点,提出一种适用于限风情况下的风电场群有功分配分层调控策略,包括子场层调控策略和机组层调控策略。采用加权移动平均法对风电功率进行超短期预测,基于多目标函数模型及遗传算法对子场层和机组层分配有功出力任务。以东北某实际风电场群为算例,研究表明,该调控策略能实现风电场和机组有功出力任务的优化分配,可提高电网消纳风电水平、降低线路有功损耗。

考虑多风电场出力相关性的风电容量可信度评估方法

风电容量可信度是衡量风力发电对电力系统可靠性贡献的重要指标,准确快速地计算风电场可信容量是含风电系统规划的基础。处于同一风区空间位置临近风电场出力具有相关性,采用Copula函数描述空间相邻风电场之间的出力相关关系,构建多风电场出力的联合概率分布模型。在此基础上提出出力相关的多风电场容量可信度评估方法,并采用截弦法计算得到风电场的容量可信度。以加入风电的IEEE RTS-96系统为例,仿真结果验证了所提方法的正确性和有效性。

出力受限风电场群有功分配多目标优化策略

受风电发展与电网建设、负荷分布不协调等因素影响,弃风限电问题日益严峻。文章提出一种适用于因限风导致出力受限的风电场群有功分配多目标优化策略,该策略采用二次移动平均法对风电功率进行超短期预测,以风电场群实际有功出力与出力限值的差额最小以及输送线路损耗最小为目标,同时考虑风电场输出功率约束、低预测功率约束、避免机组频繁启停约束条件,基于改进遗传算法对各风电场群分配有功出力任务。以东北某实际风电场群为例,对所提出策略的可行性进行了验证。

并网风电出力平稳控制方法综述

风电以其清洁无污染、环境友好、技术成熟等优势,成为电力系统发展的热点。为有效利用风能,大规模风电场必须实现并网运行,但风电输出功率具有波动性和随机性,会对接入电网的稳定性和电能质量等方面造成不利影响,制约了风电的快速发展。针对如何改善风电出力波动对接入电网影响问题,分析了风电接入对电网的影响,对现有风电场出力的平稳控制方法进行了总结,提出了有待进一步研究的方向。研究结果表明;风电场装设无功补偿装置、采用储能技术或者和其他分布式电源组成微电网,可有效平稳风电出力的波动,改善对接入电网的影响。

基于致动线方法的风力机组风场布置优化

基于致动线方法,利用OpenFOAM对5种不同间距串列布置的具有3台5 MW风力机的风场进行了模拟.通过调整风力机组间的位置,对比不同风场布置时的总输出功率,并结合轮毂高度处流场分布及尾迹速度轮廓线,分析尾迹对风场下游风力机的影响.结果表明:串列布置时,处于尾迹中的风力机功率下降可达82.72%;改变风场中风力机组相对位置可使风场布置得到优化,虽个别风力机性能有所下降,但风场总输出功率最大可提高11.8%.