新背景下电力系统的建模思路

电力电子技术已广泛应用于现代电力系统发电、输电、用电各个方面;与此同时,电网在不断扩张并大规模消纳风电、光电、水电等新能源,电力系统中的随机性日益明显。在这种新的背景下,对电力系统的研究需要有新的模型。分析了电力系统电力电子化、随机性和智能化新背景;讨论了在这种新背景下电力系统建模的新需求,即破解电力系统建模"准"、"大"、"变"的难题;提出了总体等效建模、在线分布建模和时频混合建模等电力系统建模新思路。     

基于相关向量机的短期风速预测模型

通过对风速的时间序列进行分析,表明该序列具有混沌特性。在此基础上,利用相空间重构理论建立基于相关向量机（RVM）的短期风速预测模型,并对不同的核函数进行分析,选出最优的核函数。与现有的风速预测模型相比,该模型具有高稀疏性、核函数选择灵活等优点。仿真结果表明,与BP神经网络和支持向量机（SVM）模型相比,RVM模型预测精度更高。     

考虑电压相位的实用负荷模型参数辨识

目前电力系统感应电机负荷模型一般采用实用模型,参数辨识时仅采用电压有效值,而忽略电压相位和交轴电压分量.分析忽略交轴电压分量所需的条件,发现该条件通常难以满足.并提出考虑电压相位和交直轴电压分量的负荷建模实用模型,用于电力负荷参数辨识.不同故障下的算例结果表明,该实用模型比仅考虑电压有效值的实用模型,能更精确地辨识出负荷模型参数.     

基于NMF-SVM的光伏系统发电功率短期预测模型

根据光伏发电系统的历史发电数据和气象数据,考虑天气类型、日照强度和大气温度及风速等因素,提出一种基于非负矩阵分解(nonnegative matrix factorization,NMF)和支持向量机(support vector machine,SVM)的光伏系统发电功率短期预测模型。基于差异性和相关性原理,同时考虑相似日选择算法,通过NMF算法对由相似日组成的输入样本进行分解,得到非负的低维映射矩阵,将其作为支持向量机的输入,预测光伏系统的发电功率。该模型在消除冗余信息、减少变量维数的同时,保留了原始问题的实际意义。实例表明,该方法降维效果明显,预测精度得到显著的提高。     

多机系统参数辨识的观测变量选取

针对发电机参数辨识,采用五种不同的观测变量进行对比研究,即发电机相对功角、发电机端口电压相对相角、联络线有功功率、联络线无功功率以及枢纽母线电压。首先对比研究了灵敏度的相位即是否同时过零点,结果表明有可能相同参数对于某个观测变量的灵敏度同时过零点,而对于另一个观测变量却不同时过零点。其次对比研究了灵敏度的大小,结果表明灵敏度大小依次为发电机相对功角、发电机端口电压相对相角、联络线有功功率、联络线无功功率以及枢纽母线电压。然后对比研究了参数的辨识精度,结果表明以发电机相对功角作为观测变量得到的辨识精度最高。因此,应该选择灵敏度相位不同、幅值较大的变量作为观测变量。     

多目标电能质量监测器的优化配置

针对电能质量监测器的优化配置问题,建立了以监测程度和监测器个数为指标的多目标优化配置模型。采用带精英策略的快速非支配排序遗传算法(non-domtnated soring genetic algorithm,NSGA-Ⅱ),获得此多目标优化问题的Pareto最优解集。该方法能保证种群的多样性,避免传统加权求解时权值的选择和解的偏好性。最后,对Pareto最优解集的各个目标函数进行归一化处理,将最大值对应的方案作为合适的最优解。通过对2个算例进行仿真,得到了合理的电能质量监测器的配置方案,验证了该方法的可行性和有效性。     

基于实时数字仿真的新能源场站并网调频技术研究

新能源场站由于其不具备传统旋转发电机的机械惯量,对系统频率变化很难起到支撑作用。随着新能源发电比例不断提高,若新能源场站不参与系统频率调节,则当系统发生频率波动时,频率会发生快速变化,进一步恶化系统频率稳定性,因此研究新能源场站的调频技术特性具有重要意义。从提升场站频率响应和调整的速度出发,针对常用的二阶锁相环在频率斜升变化时不具备零稳态误差的问题,设计了一种频率响应速度更快,稳态性能和动态性能都较为优越的三阶锁相环,并且应用于新能源场站的半实物仿真平台中,进而在半实物仿真平台上以云南某新能源场站为样本,搭建了相应的半实物仿真模型,通过模拟不同频率阶跃变化和不同频率斜升变化,验证新能源场站的并网调频技术。     

干扰气流对Φ型风力机气动特性影响研究

在升力型立轴风力机的叶片旋转一圈中,两方位角叶片的攻角为零,产生为负值的刹车力矩,需要消耗其他叶片的正功来克服此力矩,进而降低了风力机整体性能。提出采用干扰气流来改善零攻角区域叶片周围流场,进而提高升力型立轴风力机气动性能的新方法。以美国Sandia国家实验室旋转直径2 m的Φ型风力机为研究对象,基于多流管模型,分析干扰气流对位于赤道半径R、0.8R和0.6R叶素的攻角、切向力、法向力的影响规律。计算结果证明,在干扰气流的影响下,两零攻角方位角的攻角、切向力和法向力均有明显提高;在180°旋转角,叶素的攻角、切向力以及法向力增幅,随着旋转半径的减小而增大。以上研究结果证明干扰气流有效地改善了零攻角区域叶片的气动特性。     

大型下风向柔性叶片参数化建模及两目标优化设计

为了应对超大型风力机的发展对叶片带来的挑战，利用叶片多目标设计方法重点研究大型下风向柔性叶片气动与结构参数的优化设计。构建叶片弦长、扭角和挥舞刚度参数模型，以下风向布局的NREL 5 MW风力机叶片为优化对象，基于快速非支配排序遗传算法开展单机年发电量最大和叶根挥舞弯矩最小的两目标下风向叶片优化设计，得到符合预期的Pareto最优解集。取解集中3套具有代表性的最优解进行分析，由于下风向离心力矩可抵消一部分挥舞弯矩，所以叶根挥舞弯矩均有大幅降低，其中A叶片以牺牲0.963%年发电量的代价，使其叶根挥舞弯矩和叶片挥舞刚度分别减小7.951%和27.071%，可实现大型下风向柔性风轮的轻量化优化设计。以选取的3套叶片为基础，分析弦长、扭角、挥舞刚度对优化目标的影响机制，发现叶片挥舞刚度参数对两优化目标的影响最大。