基于实测数据的风电场风速-功率模型的研究

建立准确的风电场模型是风电接入系统相关研究的基础。首先通过对某双馈风电机组的标准功率特性曲线和实测风速-功率散点图进行对比,针对它们之间的差异问题,建立基于实测运行数据的风电机组风速-功率模型。其次,针对地形复杂、机组排列不规则的大型风电场风速差异性问题,利用K-means聚类算法对风电场内所有风电机组按实测风速数据进行聚类划分,建立了整个风电场的等效风速模型,进而给出了基于实测运行数据的风电场风速-功率模型。然后,以某实际风电场为例,对该风电场内的风电机组按风速进行K-means聚类划分,结果显示该划分结果与简单按地理位置的机群划分结果有明显差异。最后,对传统的风速-功率模型和所提出的风速-功率模型输出结果进行比较,结果证明所提出的模型相对于传统模型而言,准确性有了较大的提高。     

风电场日出力曲线和储能容量关系研究

为了促进风能的利用与发展,减小大型并网风电场输出功率不稳定给电力系统调度带来的影响,提出了一种基于功率预测和储能系统配合的风电场功率波动平抑方法。分析了风电场日出力曲线与储能容量关系,对风电场历史实测风速数据进行统计,给出风电场合理的储能容量,以期为风电场储能系统容量的选取提供参考。根据某额定装机容量为100 MW的风电场实测风速数据对功率波动平抑过程进行仿真分析,验证了所提方法的可行性和有效性。     

考虑储能电池SOC状态的风电场功率波动抑制控制

在风电场增设储能系统通过功率的动态补偿可以有效地平抑风电场的功率波动,改善风电电能质量,提高电网的风电接纳能力。综合考虑电池的荷电状态(SOC)和风电场输出功率波动抑制效果,提出了一种模糊自适应的控制策略,通过调节滤波时间常数防止电池的过载,通过在有功功率给定值上加上模糊调整量优化电池的SOC状态。仿真结果表明,该控制策略能够兼顾风电场功率波动抑制效果和储能电池的SOC状态,对储能电池的荷电状态进行优化,达到延长电池寿命的目的。     

用实测风速校正的短期风速仿真研究

风速仿真是风力发电研究的重要手段之一。该文简述了风特征研究概况,建立了基于Kaimal风速功率谱的短期风速仿真模型;将仿真风速与实测风速时间序列做对比,发现仿真结果总体性态良好,但无法反映被仿真场址的特定风速变动规律。因此,进一步提出了用实测风速校正仿真风速的方法,校正后的仿真风速不仅总体性态良好,而且能很好地反映被仿真场址的特定风速变动规律。该文的短期风速仿真方法可以用于短期风速预测、风轮机动态仿真、风力发电控制与电能质量分析等风力发电仿真研究,也可以用于其它风工程、信号分析等领域的仿真研究。     

基于MMC-BESS的风电场功率及电压综合调节策略

风电并网存在功率及公共耦合点(Point of Common Coupling, PCC)电压波动问题,常规方法为采用储能装置与无功补偿装置分别进行调节,但会导致系统结构复杂。文中研究了一种基于模块化多电平变换器拓扑的电池储能系统(Modular Multilevel Converter Based Battery Energy Storage System, MMC-BESS),可对风电场功率及电压进行综合调节。由于风速的随机性导致风电场输出功率波动,提出将风电场有功功率输入到一阶低通滤波器中,滤波器输出与输入的差作为MMC-BESS有功参考信号,以平滑风电场并网功率。由于风电场负荷突变导致PCC电压波动,提出将PCC电压的d轴分量与额定值作差,通过PI调节生成无功参考电流,实现PCC电压调节,在模拟风电场场景下进行实验,实验结果验证了风电场中MMC-BESS四象限功率补偿能力。     

基于波动划分及时移技术的多风电场出力相关性研究

多风电场相关性研究对于准确把握风力发电出力变化规律,进行风电场出力预测及时间序列建模具有重要意义,因此提出一种基于波动划分和时移技术的多风电场出力相关性分析方法。首先,通过风电场时间序列散点图分析和回归分析得到多风电场整体相关特性;然后,通过波动划分和波动配对算法,提取按波动过程划分的风电场出力序列局部特征并对多风电场波动进行配对;最后,采用基于Pearson相关系数的时移技术和格兰杰因果检验得到最优时移量和时移方向。通过具体算例分析可以证明,所提方法一方面可以精确提取风电场出力波动局部特征,进而更准确地描述风场出力相关特性,另一方面可得到大、中波动对应波动对的最优时移量,其可作为多风电场时间序列建模的约束条件,提高多风电场出力建模精度。     

考虑时空分布特性的风速预测模型

随着风电并网规模日益增加,风电功率波动对电网的影响将更加显著。风速预测可以辅助电网制定调度和运行控制决策,合理应对风电功率波动,降低风电功率波动对电网安全稳定运行的影响。考虑风电机组的地理分布和风速的时间、空间分布特性,建立等效风速模型。由该模型建立上、下游风电机组的风速关联关系,修正下游风电机组的风速。在此基础上,提出一种基于修正系数的风速预测方法,以提高预测精度。以实际风电场地理数据和风电机组参数为基础的仿真算例验证了该方法的可行性和合理性。     

基于ARMA-GARCH模型的超短期风功率预测研究

风功率预测对提高电能质量和电力系统的安全运行具有重要意义。基于时间序列的方法,对内蒙古赤峰地区某风场的风功率数据进行了超短期预测,通过对数据平稳性检验的结果,建立了时间序列的ARMA模型,利用拉格朗日乘子检验的方法,检验ARMA模型具有ARCH效应,并建立适合的ARMA-GARCH模型。结论通过对比ARMA模型,ARMA-ARCH模型和ARMA-GARCH模型的风功率预测精度可知,在解决数据的残差序列异方差函数具有长期相关性时,ARMA-GARCH模型能够有效的提高预测精度。     

用于平抑风电功率波动的电池储能系统控制策略

摘 要：采用电池储能系统（battery energy storage system,BESS）与风电场形成联合系统可平抑风电功率波动。如何制定BESS的控制策略以有效平抑风电功率波动,进而最大化系统接纳风电的能力是一个值得研究的重要问题。在此背景下,针对采用BESS平抑风电功率波动的控制策略开展研究工作。首先,针对风储联合系统的结构及特性,建立BESS的数学模型。考虑到BESS在当前时段的充放电行为影响其在下一时段的电池状态,在满足电池实际运行约束的前提下,提出用于平抑风电场出力波动的BESS的改进控制策略。之后,发展以风储联合出力波动越限概率最小为目标的BESS优化控制策略,并采用AMPL/CPLEX商业求解器求解。最后,以某风储联合系统为例,对所提出的BESS改进控制策略和优化控制策略平抑风储联合系统整体出力波动的效果进行验证。     

基于最优平滑阶数的风电功率曲线建模策略研究

由于同一风速下的风电功率存在较大范围的波动,传统风电功率曲线建模方法难以获得较高的精度。提出一种基于最优平滑阶数的风电功率曲线建模策略,首先基于时间序列平滑的预处理方法得到新的输入风速,并以相关系数最大为目标函数选择最优的平滑阶数,再利用BP神经网络拟合得到风电功率曲线。基于西南地区某风电场单机实测数据的仿真研究表明,以最优平滑预处理得到的风速为输入建立的风电功率曲线模型精度显著高于已有方法中以原始风速为输入建立的风电功率曲线模型。     

基于时空自回归移动平均模型的风电出力序列模拟

多风电场出力序列间的时空耦合相关性对风电并网下的电力系统运行具有重要影响。时空自回归移动平均(ST-ARMA)模型以较为简洁的形式对多维序列时空耦合相关性进行统计建模。针对多风电场出力时空序列的模拟问题,首先从时空序列的角度对风电场实测功率数据进行了统计分析,着重探讨了多风电场出力的时空耦合相关性。在此基础上,采用空间关系矩阵对风电场位置进行描述,并将其嵌入ST-ARMA模型的自回归过程建立多风电场出力序列的时空耦合相关性模型。该模型有效地模拟了实测风电场出力序列的时间相关性、空间相关性以及二者之间的耦合特性,可用于产生大量与实际风电出力统计特性相同的模拟数据,为风电并网下的电力系统运行与规划研究提供数据基础。     

基于MATLAB-SIMULINK软件风电场建模仿真研究

给出了MATLAB-SIMULINK软件的自定义模型,并将之结合PSS／E仿真软件对发电机和励磁模型进行动态仿真设置,通过将风电场接入电网的模型仿真,结果表明,风电场对系统运行造成的主要影响是风电场并网运行引起的系统电压频率的波动和系统发生故障时风电场表现出不同于传统的火电厂的运行特性,故障时系统对风电场的作用影响系统节点电压和系统频率等。     

Reliability/cost evaluation of a wind power delivery system

When the geographical locations with good wind resources are not close to the main load centers, it becomes extremely important to assess adequate transmission facility to deliver wind power to the power grid. A probabilistic method is presented to evaluate the contribution of a wind power delivery system to the overall system reliability. The basic model incorporates transmission line connecting a remotely located large wind farm to a conventional grid system. The classical generation system adequacy evaluation model is extended to incorporate limited transmission system. The mean Capacity Outage Probability Table (mean-COPT) concept is used to increase the computational efficiency as it allows determination of EUE (expected unserved energy) and LOLE (loss of load expectation) simultaneously in calculation of reliability indices of the generating system. The wind farm generation model is obtained by superimposing simulated wind speed, obtained from developed ARMA time series model, on power curve of WTG. An apportioning method has been used to reduce the number of states in the resulting model, obtaining an equivalent reduced 5-state model. Applying transmission line constraints result in wind generation model ranging from 2- to 5-state models. The study recognizes benefits from fuel offset by wind power, reliability worth and environmental improvement and determines appropriate transmission line capacity based on its contribution to the overall system risk and associated transmission system cost. The paper illustrates results using a real wind farm. The presented methods and discussions should be useful to power system planners and policy makers.     

考虑空间效应的风电场动态特性等值方法研究

提出了一种基于聚类算法和实测数据的风电场动态等值建模方法,根据某风电场的实测数据,通过随机抽样比较的方式证明了风电场内机组间的空间效应,并且利用风速曲线和功率曲线在不同机组间的显著差别,说明风电机组间的空间效应在建立风电场动态等值模型时是不可忽略的。利用K-means聚类分析方法并以实测的数据作为分群指标,将某风电场的33台UP77-1.5 MW风电机组聚成4个机群,每个机群对应建立一个等值模型,消除了机组间的空间效应。最后,通过将各个模型与实测的数据的等值比较与误差分析,验证了模型的合理性。与传统模型进行比较,实际验证结果表明该方法建立的模型比传统模型精确度高。     

基于PSOGSA全参数连分式的风速预测模型

风的间歇性和时变性限制了风电场的发电能力,准确的风速预测有助于减小风力发电入网对电力系统的运行方式安排带来的影响。针对风速时间序列存在的复杂变化和混沌特性,为了提高预测精度和简化预测数学模型结构,提出一种结合万有引力搜索算法(GSA)全局寻优能力和粒子群优化算法(PSO)的局部快速收敛优势的全参数连分式预测模型。将n项截断式连分式转化为PSOGSA优化参数问题,进行多维空间上函数的优化。以风电场风速采集两组数据为预测对象,通过对复杂风速时间序列建模仿真,并利用基于PSOGSA优化的全参数连分式对序列进行多时间尺度的预测。仿真结果分别与传统的BP神经网络、RBF神经网络、当前时间序列预测利用较多的长短期记忆网络算法(LSTM)和粒子群优化支持向量机(PSO-SVM)进行对比得出：基于PSOGSA的全参数连分式预测模型具有精度高、结构简单和建模速度快等特点,具有更强的非线性预测能力。     

基于变频器受控源模拟的双馈风机等效仿真

风电场功率波动频繁且运行方式多变,对电网电能质量及继电保护整定产生不利影响。若进行相关研究,需建立风电机组的电磁暂态模型。以兆瓦级双馈风电机组为研究对象,在分析双馈风机控制原理的基础上,提出一种基于变频器受控源模拟的双馈风机等效建模方法,风机控制系统中的变频器交流侧采用受控电压源,直流侧采用受控电流源模拟。风机控制输入信号设定值阶跃变化及电网电压不对称暂态特性响应的仿真结果,均验证了该方法的有效性。由于无需计及开关元件的快速频繁通断,仿真时间大为缩短,且模拟风机台数越多,仿真效率越高。     

风电场并网方式对地区电网电压的影响

随着风电装机容量的增加,在风电场规划设计阶段,选择合适的并网方式对地区电网的安全稳定运行非常重要。在介绍风电场运行特性、接入电网结构特点和分析影响风电场接入电网容量因素的基础上,以某地区实际电网为算例,对风电场以不同的并网方式进行了仿真,结果表明：在风电场出力稳定的情况下,分布式接入比集中方式接入具有较强的电压支撑能力;在风电场并网线路参数一致的情况下,分布式接入与集中方式相比,线损较小;在风电场受到渐变风、阵风、切除风影响时,风电场集中接入方式电压波动较小,分布式接入方式电压波动较大,集中接入方式有较强的电压抗扰动能力。     

Energy storage system-based power control for grid-connected wind power farm

Wind power is characterized as intermittent with stochastic fluctuations, which can result in deviation of grid frequency and voltage when the wind power ratio is high enough. These effects have a definite impact on stability and power quality of grid operation. This paper proposes an energy storage system (ESS) based power control for a grid-connected wind power system to improve power quality and stability of the power system. Vanadium redox flow battery (VRB), as an environmentally-friendly battery provided with many advantages, is employed in the ESS. A dynamic mathematical model of VRB is built by using an equivalent circuit, and its charging and discharging characteristics are analyzed. The VRB’s stable voltage is available in a wide range (around 20–80% state of charge), which is suitable for utilization of a single-stage AC/DC converter in the VRB-based ESS. With a proposed energy storage control method, VRB-based ESS is added at the exit of the grid-connected wind farm to filter fluctuations of wind power, which ensures that smooth power will be injected into the grid and which improves power quality of the power system. Simulations and experiments are carried out to verify the proposed power control method for these grid-connected wind power systems. The grid-connected wind farm with VRB-based ESS, wind speed (characterized as gust and stochastic wind), and wind turbines are modeled in simulations. Simulation results show that the grid-injected active power from the wind farm is effectively smoothed, and reactive power support can be provided for the grid by the designed VRB-based ESS. Experimental verification is achieved with a low power bench, where a RT-LAB real-time simulation platform and a direct torque controlled induction motor simulate a real wind turbine and a wind speed model is built in the RT-LAB real-time simulation platform. The experimental results verify the proposed scheme through demonstrating a stable and smooth power flow injected into the grid though the wind power fluctuated.     

风电场与电气化铁路相互作用及对地区电网影响的研究

针对地区电网出现的风电场和电气化铁路集中接入的情况,从功率波动、三相电压不平衡的角度分析了风电场与电气化铁路接入电网后相互影响的机理.并利用仿真软件搭建风电场和电气化铁路模型,构建地区电网,对风电场与电气化铁路集中接入对电网的影响进行仿真分析,且提出了相应措施.     

大型风电场次同步谐振分析

含恒速异步风力发电机的大型风电场通过含串补线路外送功率时存在次同步谐振问题。以PSCAD/EMTDC仿真软件为工具,建立了适用于风电场次同步谐振分析的大型风电场仿真模型,并在多种运行方式下分析了该风电场通过一串补线路外送功率时的次同步谐振特性和机组扭振特性。另外,还分析了大型风电场与火电厂捆绑送电方式下系统次同步谐振特性。