Stability Enhancement of Small-Scale Power Grid with Renewable Power Sources by Variable Speed Diesel Power Plant

This paper proposes a power control method to improve a stability of a small-scale power grid with renewable energy sources. In an isolated small- scale power grid such as an island, diesel power plant is main power source which has an environmental burden and expensive running cost due to high priced fossil fuel. Thus, expanding installation of the renewable energy sources such as a wind power is strongly desirable. Such fluctuating energy sources, however, harm power quality of the small-scale power grid, and in addition, conventional power plant in the small-scale power grid cannot, in general, stabilize the grid system with such fluctuating power sources. In this study, Variable Speed Doubly-Fed Induction Generator (VS-DFIG) is proposed to be in-stalled at a diesel power plant instead of a conventional Fixed Speed Synchronous Generator (FS-SG), because quick control of a power balance in the small-scale power grid can be achieved by using the inertial energy of VS-DFIG. In addition, utilization of a Battery Energy Storage System (BESS) is also considered to assist cooperatively the VS-DFIG control. As a result of the simulation analysis by using the proposed method, it is verified that frequency fluctuations due to renewable energy source can be effectively reduced by quick power control of the VS-DFIG compared to the conventional FS-SG, and further control ability can be obtained by utilizing BESS. Moreover, the transient stability of a small-scale power grid during a grid fault can also be enhanced.

风电接入海上换流站的交流汇集出线高速保护

风电接入海上换流站的交流汇集出线双端均是电力电子电源,短路电流均呈现幅值受限和相角受控的特征,导致差动保护动作性能下降,存在拒动的风险。针对上述问题,分析了柔直换流站和风机变流器在故障暂态期间的故障特性,证实了区内故障线路两侧短路电流频谱特征存在很大的差异,基于此,利用时频能量系数衡量线路两侧短路电流的时频特性差异,提出适用于风电接入海上换流站交流汇集出线的高速保护原理。该时频能量系数综合幅值、频率和相角差异,具有较强的耐受过渡电阻和系统噪声的能力。所提保护衡量故障暂态的故障特性差异,理论上可以在5 ms内快速可靠识别区内外故障,硬件在环实验结果验证了所提保护的有效性。

基于六旋翼无人机搭载风速仪的典型建筑绕流实测

基于无人机搭载风速仪对边界层内典型建筑的绕流风场风特性进行了实测研究,分析了平均风速、湍流度、脉动风速功率谱等风场风特性参数。分析结果表明:基于无人机实测拟合的建筑来流剖面粗糙度指数为0.2796,处于GB 50009-2012《建筑结构荷载规范》中的C类地貌与D类地貌之间;来流处顺风向和横风向脉动风速功率谱与Karman谱较为吻合,横风向脉动风速功率谱峰值能量略高于经验谱。本次实测建筑高度为82.45 m,现场实测表明在60 m和80 m高度平面的绕流风场特性受建筑影响较为明显,受影响区域主要为建筑两侧靠近建筑的区域以及尾流中间段区域,这些区域测点的平均风速较之来流减小,顺风向和横风向湍流度较之来流增大;受建筑影响区域的顺风向和横风向脉动风速功率谱峰值具有向高频段移动的趋势;而在100 m、120 m高度的现场实测表明,这两个平面绕流风场特性受建筑影响较小。

短期风电功率预测误差修正研究综述

高比例风电并网的功率预测准确性,对新型电力系统的安全稳定运行具有重要作用。针对风电功率预测存在高不确定性,预测误差成因复杂,对短期风电功率预测方法及误差修正研究进行综述。文中根据预测原理的不同,对比分析不同预测方法的优势与不足。重点分析风电功率预测方法涉及到的各关键环节对误差影响的主要原因。从风电功率预测模型数据输入与输出的角度出发,介绍NWP风速横纵向误差修正应用研究现状,归纳总结基于功率波动理论和幅值特性的两方面风电功率预测修正的技术路线。最后考虑风电未来应用发展的实际需求,提出风电功率预测精度提升相关策略。

贵州中西部风与风功率季节特征分析

该文选取2020年1月—2021年5月时段内资料完整度超过85%的贵州省中西部9个试点风电场风功率和风速资料以及邻近国家气象站地面空气温度资料,开展风与风功率不同季节不同时段特征分型分析研究。发现这9个风电场的平均风功率密度春季最大,夏秋次之,冬季最小。对于苏家屯、马摆大山、麻窝山3个风电场而言,春季风能的开发潜力更大。日变化特征相同,均呈现明显的“V”型,表明早、晚风功率输出大,中午最小。

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。

基于灰色模型的风速-风电功率预测研究

风场中风速变化带来的风电功率波动是影响风电质量的重要因素。基于灰色模型,对超短时平稳风速进行了一步至四步预测,并且检验了预测误差情况。对不稳定风和阵风进行风速预测,以平稳风为例,根据实际风电功率和对应时序风速的关系建模,得到了风电功率随风速变化的各类模型下的拟合参数。为了提高风电功率的预测精度,通过从分段函数和整体建模两个角度比较各种模型的准确程度,得到了适宜于作为风电功率特性曲线的函数模型。通过预测的超短期风速在两种情况建模时风电功率模拟值与实际值的比较,得到了更适宜作为风电功率特性的模型。用我国某风场的数据验证了方法的有效性。

风速相关性对配电网运行特性的影响

配电网中不同风机间的地理位置比较靠近,风速会具有较强的相关性。采用逆Nataf变换建立了风速相关性模型,基于蒙特卡洛概率潮流和机会约束规划研究了风速相关性对配电网运行特性和风电最大装机容量的影响,并提出了改进的风电渗透率指标。研究结果表明,风速相关性对配电网运行特性和风电最大装机容量有重要的影响,考虑风速相关性可以更合理地用于指导含风电配电网的规划与运行;改进的风电渗透率指标考虑了风电出力的随机性与波动性,能更准确合理地表征风电接入对电力系统的影响。

考虑风速时空分布及风机运行状态的风电场功率计算方法

大规模风电并网背景下,准确计算风电场输出功率对调度控制和电网安全运行至关重要。以区域内测风塔观测的分钟到小时级平均风速和风向为输入,研究风机地理分布以及风机启停对尾流模型的影响,计及风速在空间分布的时延效应,建立了考虑风速时空分布特性的等效风速模型。在此基础上,进一步考虑风机的机械特性及运行状态,提出了风电场功率计算方法。以某实际风电场地理数据和风机参数为基础的仿真算例验证了所提方法的可行性和合理性。

基于修正风速的风电场等效功率特性模型研究

风电机组功率曲线中的风速应为轮毂高度处的来流风速,而现在普遍采用机舱处风速仪测得的风速,由此建立的风电场功率模型会引入误差。为了减少这种误差,更准确地反映风电场的实际功率特性,提出了一种基于修正风速的风电场等效功率特性模型,该模型利用风轮单元流管模型将实测风速修正成风轮前风速,以此建立风电场等效功率模型。以某两个风电场为例进行验证,结果表明该模型预测发电量精度比现有风电场等效模型分别提高了1.28%和1.73%,且计算简易可行,为提高风电功率预测精度和风电场优化运行提供重要理论依据。

考虑风速波动特性的VMD-GRU短期风电功率预测

提高风电功率预测的精准度能为大规模风电并网提供安全保障,为此提出一种考虑风速波动特性的短期风电功率组合预测方法。首先,定义5种风速波动类型,对数值天气预报中的历史风速序列进行波动类型划分,得到不同风速波动类型的天气时段;其次,将这些天气时段对应的历史风电功率序列进行分类,采用变分模态分解算法对各类风电功率序列进行分频计算,得到特征、频段互异的多个子模态;然后,利用门控循环单元神经网络建立每个子模态预测模型,将各个子模态预测结果进行叠加,得到风电功率预测值;最后,对待测时段的风速序列进行波动类型划分和识别,选取相匹配的功率预测模型计算出最终预测值。利用某实际风电场的数值天气预报风速数据和功率数据进行仿真分析,验证所提组合预测方法的有效性。

基于风特征分析的风电机组异常数据识别算法

对风电的研究往往要依托于历史功率数据,而风电机组采集到的历史数据中往往含有大量的异常数据,这严重影响了对风电功率规律特性的分析。针对风电机组的实测功率数据进行研究,分析风速升降特征与风向特征对风电机组输出功率的影响。将不同的风特征的数据分开讨论,分别利用Copula函数得到概率功率曲线,结合异常数据的时序特征归纳出三类异常数据,建立异常数据识别模型。利用风电机组的实际数据和人工生成数据进行仿真分析,结果表明,该方法能够高效地识别各类异常数据,对风电研究有着重要的意义。

黑龙江地区风速与风电出力的特征分析与概率分布最优建模

基于黑龙江地区不同区域风电场的大量实测数据,对该地区的风速与风电出力特性进行全面分析,并引入威布尔分布、伽马分布、正态分布和对数正态分布4种概率模型,采用极大似然估计法估算各模型参数,对4处不同地区风电场的风速与风电出力进行模拟并比较,确定不同地理位置风电场的最佳拟合概率分布模型。研究表明黑龙江地区的风速具有明显的季节性、时域性和地域性,各场点风电出力具有一定相关性,其自身的随机波动性受时域和地域的影响。

风力机与液力变速传动装置匹配工作特性研究

通过对液力变速传动装置应用于风力发电系统运动规律的分析,得到了适应变化的风轮转速、保持恒定发电机输入转速的风轮转速与液力变矩器涡轮输出转速应保持的关系。根据传动系的功率分流原理及能量平衡方程,推导了液力变矩器泵轮输入功率占风轮功率的比例以及液力变速传动装置的总体传动效率关系式。结合风力机特性进行了液力变矩器涡轮输出工作特性的分析,综合评价了影响传动效率的主要因素。针对低转速比和高转速比两种型号的液力变矩器进行了系统的匹配计算,为液力元件的选型与设计、差动轮系及定轴轮系关键结构参数的选取提供了参考。

相空间重构的极端学习机短期风速预测模型

对风速进行快速、准确的预测,可以有效地减小或避免风电场对电力系统的不利影响,同时提高风电场在电力市场中的竞争能力。根据风速具有混沌特性,提出一种相空间重构的极端学习机(extreme learningmachine,ELM)的短期风速预测模型,通过确定延迟时间和嵌入维数,对样本空间进行重构,使新的样本更能反映风速变化特性,在此基础上运用ELM进行短期风速预测。与传统的预测模型相比,该方法具有学习速度快、泛化性能好等优点,为风速预测提供了新方法。

双馈式变速恒频风力发电机的无功功率机制及特性研究

双馈式变速恒频风力发电机的无功功率机制及特性研究,对于提高机组并网运行能力和电力系统电压稳定性具有重要意义。采用双馈感应发电机(doubly fed induction generator,DFIG)等效电路,推导了其无功平衡方程。依据平衡方程,讨论了不同频率定、转子回路的无功折算关系,揭示了DFIG具有灵活强大无功调节能力的机制。研究了不同运行工况下DFIG定、转子无功特性,重点总结了转差率、定子无功对转子无功的影响规律。仿真实验证明了理论分析的正确性。

基于灰色-辨识模型的风电功率短期预测

为了准确预测风电机组的输出功率,针对实际风场,给出一种基于灰色GM(1,1)模型和辨识模型的风电功率预测建模方法,采用残差修正的方法对风速进行预测,得出准确的风速预测序列。同时为了提高风电功率预测的精度,引入FIR-MA迭代辨识模型,从分段函数的角度对风电场实际风速-风电功率曲线进行拟合,取得合适的FIR-MA模型。利用该模型对额定容量为850 kW的风电机组进行建模,采用平均绝对误差和均方根误差,以及单点误差作为评价指标,与风电场的实测数据进行比较分析。仿真结果表明,基于灰色-辨识模型的风电机组输出功率预测方法是有效和实用的,该模型能够很好地预测风电机组的实时输出功率,从而提高风电场输出功率预测的精确性。

基于有限差分运行域的风电场全风况超短期出力动态区间建模

风电功率具有波动大、不确定性强等特点,场级超短期出力在风电机组风况、出力方面的时延性及时空分散性尚未有效解决。首先,针对周期性风向数据,对机组进行风向聚类并划分风向扇区。其次,提出两步相关性分析法,确定对场级出力影响大且相对独立的多元特征风速。然后,基于有限差分运行域定义回归向量,采用长短期记忆神经网络进行超短期时序动态建模,并结合非参数条件核密度估计法和半参数Copula估计法构建区间模型。最后,通过算例仿真验证了动态区间模型的有效性与可靠性。该模型适用分钟级至秒级的风电场动态响应特性建模,对风电场快速一次调频、无功调压等研究具有指导意义。

制动工况下风电齿轮传动系统的动力学特性分析

考虑多种内、外部因素通过仿真获得风力发电机正常制动时齿轮箱的外部载荷。采用集中质量参数法在考虑齿轮时变啮合刚度、啮合阻尼、综合啮合误差、齿侧间隙和齿面滑动摩擦力等因素的情况下建立风力发电机齿轮传动系统的纯扭转非线性动力学模型;利用数值方法求得传动系统在制动工况下各齿轮副沿啮合线的振动位移和动态啮合力等;分析齿侧间隙和齿面滑动摩擦力对风电齿轮传动系统动力学的影响。

风电机组风速-功率特性曲线建模研究综述

风速-功率特性曲线是风力发电机组设计的基础,也是考核机组性能、评估机组发电能力的一项重要指标。介绍风速-功率特性曲线的定义、概念和基本特点,分别从参数方法、非参数方法、离散方法、随机方法 4个方面详细阐述风速-功率特性曲线建模的实现方法。分析建模精度的评价方法,提出目前风速-功率特性曲线建模遇到的问题以及需要进行深入研究的发展方向。