基于模糊聚类的含风电场发电系统可靠性分析

摘要： 风电出力的随机性和间歇性使得风电在接入发电系统时会对发电系统可靠性造成影响。考虑到风电出力与负荷之间存在一定的相关性,提出了一种基于模糊聚类的风电场多状态可靠性模型。模型根据风电场出力与负荷数据的分布情况,使用两维模糊聚类对数据进行状态划分,并计算各状态之间的转移概率,最后通过序贯蒙特卡罗模拟对含风电场发电系统进行可靠性评估。算例分析结果表明,所建模型能够很好地模拟出风电场出力和负荷的分时序列,且可靠性分析结果准确有效。     

基于序贯蒙特卡罗方法的风电场有功出力可靠性评估

考虑运行、停运和降额状态,建立风电机组的多状态故障模型;在此基础上,考虑风速的随机性、风电场尾流效应和风机本身的故障建立风电场的可靠性模型。基于序贯蒙特卡罗方法给出风电场有功出力可靠性评估的方法和流程。在Matlab中编写相关程序,并对风电场的有功出力进行可靠性评估,通过分析不同可靠性参数对评估结果的影响,验证所建可靠性模型和评估方法的有效性和适应性。     

基于链形拓扑的海上风电场集电系统可靠性评估

为建立海上风电场集电系统可靠性评估模型,针对常用的链形拓扑集电系统,提出了集电系统在最少开关配置和完全开关配置方案下的可靠性评估算法。以某具体海上风电场的实际数据为例,对不同开关配置的拓扑进行可靠性指标的计算,结果表明,海上风电场采用开关完全配置方案可靠性指标略优于传统开关配置方案。     

平均风速时距取值对风电场出力计算的影响

针对风电场平均风速的时距取值与风电机组出力对风速的实际响应时间不匹配的问题,基于风机功率曲线、风电场风速测量及风电机组出力特性,分析了风电场测风频率与风机出力特性的匹配程度及不同的平均风速时距取值对风电场出力计算结果的影响,提出了平均风速时距合理取值的建议。     

可再生能源汇集地区风电与光伏发电的综合容量可信度评估

对于大规模新能源接入的地区,在风电场之间、光伏电站之间存在发电量的相关性,同时风力发电与光伏发电之间也存在一定的相关性。提出一种适于可再生能源汇集地区大规模风电与光伏发电的综合容量可信度评估方法,基于Copula和Pair-Copula,首先建立风电场之间、光伏电站之间的出力相关性模型,进一步建立风电与光伏发电之间的出力相关性模型,采用非序贯蒙特卡洛法实现一定区域内风电、光伏发电的综合容量可信度评估。利用RTS-79算例对区域电网风电和光伏发电的综合容量可信度进行计算分析,验证方法的有效性。     

考虑多参数影响的风电场多状态出力概率性评估

大规模风电并网会对电力系统的可靠性带来严峻挑战,其出力的随机性也会对电力系统可靠性评估带来难题。为了准确地对风电场出力进行评估,结合风速的随机性,考虑了风电机组的故障、降额和随机投产状态以及风速分布的威布尔参数对风电场出力的影响,建立了风电场多状态出力的可靠性模型;基于蒙特卡洛法对风电场的有功出力进行了概率性评估,并分析了不同状态数、不同降额概率、故障停运概率、随机投产率及不同的风速分布威布尔尺度参数和形状参数等对评估结果的影响。仿真结果表明,所建模型切实可行,能有效地对风电场出力进行评估。     

基于风电场出力波动全概率模型的风电波动经济性评估

针对风电出力的随机性和波动性给电网运营带来的影响,基于风电场发电容量模型,对不同出力水平下的风电场出力波动进行了建模分析,建立了风电场出力波动全概率模型,并考虑系统在常规调节和极端调节情形下的出力波动对电网经济性的影响,结合风电场出力波动全概率模型,提出了考虑风电场出力波动的风电波动经济性评估方法。实例应用结果表明,风电场不同出力水平下风电波动特性存在差异,其对电网的经济性的影响有显著区别。     

The energy storage system output control strategy to improve theshort term windpower forecastingaccuracy rate

目前对于储能系统应用于平抑新能源发电的波动性、移峰填谷等场景的控制策略已有文献研究,但对于风功率预测准确率影响风电场效益的机制下储能系统应用的可行性尚未见研究。本文提出了一种以减小风电场短期功率预测偏差为目标的储能系统出力控制策略,控制策略以风电场实时出力数据（秒级）为数据源,采用线性外推加以移动平均优化的方法预测下一时刻风电场出力,通过比较风电场短期功率预测值与实时预测值,计算储能系统期望出力,并根据储能系统不同SOC区间内的出力能力进行约束,输出储能系统出力指令,最后进行了仿真验证。结果表明,本文提出的储能系统出力控制策略,能够使风电场通过配置储能系统,减少短期功率预测准确度考核,对风电场的精益化运行具有指导意义。     

基于风速矢量的风机攻角与偏航全局鲁棒控制模型

针对风电场内风机叶片因应力过载造成的叶片损伤问题,研究了风机叶片攻角、偏航角度、叶片受力及风机出力之间的关系,在保证风场出力不变和叶片最佳应力的前提下,建立了风速风向动态变化过程中基于风速矢量的攻角和偏航参数鲁棒动态估计模型。为保障叶片迎风参数动态评估计算的实时性和准确性,文章基于Gauss-Newton(GN)方法,提出了风机攻角和偏航参数鲁棒动态估计模型的非线性迭代求解算法。针对某风电场内风机叶片应力建立了ANSYS数值仿真模型。仿真结果表明,文章所提出的模型能够对风机叶片迎风参数进行实时优化,有效地减小风力参数变化过程中风机叶片应力的不平衡。     

海上风电场环形拓扑结构集电系统开关配置分析

为研究拓扑结构可靠性和成本对海上风电场集电系统的影响,文章以环形拓扑结构为例,根据开关配置方案分别建立风机、海缆和开关设备的可靠性评估模型和成本模型,通过实际海上风电场运行数据计算,对比最简单开关配置和完全开关配置的可靠性及成本差异。在此基础上,考虑未知个数开关设备,建立部分开关配置方案的可靠性模型及成本模型,利用NSGA-II算法实现可靠性及成本的Pareto最优,并设计出最优开关配置方案。     

基于权值混合赋值的风电主动参与调度的能力多指标评估

准确掌握风电出力特性是保证其安全并网及主动参与电网调度的有效手段之一。文章在综合考虑并网风电场出力特性的具体技术要求基础上,提出了包括风电场出力限制能力、风电场出力变化率控制能力、风电场出力预测能力及风电场源荷跟随能力在内的风电主动参与电网调度的多指标评估集合;进一步结合侧重定性分析的情景分析法与定量分析的熵权法,提出了基于最小二乘准则的多指标混合权值赋值方法,建立了风电主动参与电网调度的多指标评估模型。以新疆某区域电网若干个风电场及其历史运行数据为实例,分析并验证了所提出的风电主动参与电网调度评估方法的正确性。     

计及风电和小水电的发电系统可靠性评估研究

根据分布式电源随机输出功率的特点,利用集群技术,将较多的机组出力状态集合成较少的组群,建立了风电多容量机组可靠性模型和小水电机组改进的双状态模型。针对现有发电系统停运容量模型存在计算繁琐的问题,运用停运容量预备表优化排序,减省计算步骤和时间。将容量模型和日尖峰负荷模型结合,形成新型发电系统的裕度评估体系,采用某含多风电场和遍布小水电的地区的发电系统作为算例,编制MATLAB程序计算了一系列可靠性指标,定量分析了分布式电源对发电系统可靠性的影响。     

含风力发电的微电网发电可靠性评估

微电网具有接入各种可再生能源发电装置的能力,但接入风力发电机时,其出力具有随机性和间歇性,对描述微电网发电能力的发电可靠性评估造成困难。文章根据微电网地域范围小、气候特征趋同的特点,提出了分段连续的发电出力概率分布模型,对微电网发电可靠性进行评估,并与蒙特卡罗模拟法进行比较,结果表明该模型和算法具有直观的数学和物理意义,理论上具有精确的计算结果。     

含电池储能风电场的发电系统风险评估

考虑风电机组的功率特性和故障率等因素建立单个风机的停运模型,结合风速的自回归滑动平均模型和风电场尾流效应的影响建立风电场的可靠性模型;考虑电池储能的充放电约束、容量约束和故障率建立电池储能系统的可靠性模型,在此基础上,结合风电场不同调度策略建立含电池储能风电场的可靠性模型。考虑常规机组的随机故障和负荷的随机波动,基于序贯蒙特卡洛方法建立含电池储能风电场的发电系统风险评估模型,并给出评估指标。在Matlab中编写相关评估程序,通过对IEEE-RTS 79算例进行仿真,从风险管控方面给出能降低系统风险的电池储能充放电约束、电池储能电量和风电场调度策略,为风电场用电池储能系统的设计和风能调度策略的选取提供重要参考。     

含分布式电源的配电网安全可靠性研究

介绍了配电网可靠性计算理论,并建立了配电系统单个元件的可靠性模型。利用概率论和不确定性建模思想,建立了风机、光伏的分布函数以及随机性出力概率模型,阐述了含分布式电源的配电网可靠性计算方法。基于该模型和计算方法,分析了不确定性计算方法结果的特点,并选择失负荷概率LOLP及电力不足期望EDNS两个指标多次计算的平均值作为后续计算比较的依据,研究了分布式电源类型、容量、位置对可靠性的影响。     

考虑风电场出力相关性的发输电系统风险规划

风电集群出力的不确定性和相关性给电力系统规划带来了严峻挑战,为此基于D藤Pair Copula函数理论,先建立考虑风电出力相关性的多维风电场出力模型;然后综合考虑系统的可靠性和经济性,以投资成本、燃料费用、系统切负荷费用及环境成本之和最小为目标函数,建立考虑风电场出力相关性的发输电系统风险规划模型;最后从停电损失和控制代价指标两个维度,对规划方案进行评估。将所建模型和方法应用于改进的IEEE-RTS24节点系统中,结果表明所建模型能有效评估系统风险水平,提高规划方案的鲁棒性。     

基于概率分析的风电场电压跌落评估方法研究

首先介绍双馈风力机的简化短路计算模型、风速分布模型以及母线/线路短路故障模型;其次针对风电场电压跌落问题,提出年电压跌落频次、电压跌落风险、与低电压穿越期望3个表征电压跌落的风险指标;接着基于Digsilent的DPL语言编写风电场电压跌落评估程序;最后对算例风电场进行仿真验证,针对风电场内外发生的不同类型短路故障发生后,造成的电压跌落风险进行分析,仿真结果可验证所提评估方法的有效性。     

计及无功电源故障的含风电场发电系统可靠性评估

针对现阶段含风电发电系统可靠性评估中尚未考虑无功功率影响的缺陷,在风电场常规可靠性评估模型的基础上,考虑了无功电源故障的影响,建立了风电场综合可靠性评估模型,定义了表征系统局部无功不足的可靠性指标。采用三级切负荷策略对计及有功功率短缺、无功功率短缺、电压越限的含风电场发电系统进行了可靠性评估。根据第三级切负荷策略确定了最佳无功补偿位置,应用就地无功补偿代替负荷切除,有效解决了电压越限问题。并以太原220kV系统为例,验证了该方法的有效性,为确定最佳无功补偿位置提供了依据。     

基于风资源评估不确定性分析的风电有效出力计算模型

随着区域电网内风电消纳的相关研究的不断深入,风电场出力的空间特性和概率特性分析越来越重要.基于实际运行风电场历史出力数据的常规分析方法,其结果易受运行年份风速波动影响,存在计算结果不准确的缺点.针对上述方法缺点,文中提出基于风资源评估不确定分析的风电有效出力计算模型,以河南省不同区域的三个典型风电场为例,分析风电场出力...     

含光热-光伏联合发电的电力系统随机生产模拟研究

针对光伏发电出力的随机性和时序性等不确定因素,提出了基于稀疏卷积递推间隔-频率曲线法的电力系统随机生产模拟方法。将间隔-频率曲线法和稀疏卷积递推法相结合,评估光伏发电接入对电力系统经济性和可靠性的影响。首先,利用间隔-频率曲线法对原始负荷和光伏出力的时变特性进行分析,并通过计算获得短时间内的净负荷曲线以及净负荷的累计概率、频率分布;然后,采用稀疏卷积递推法将净负荷曲线与发电机组的故障转移过程相结合,依次控制发电机组的运行,完成相应的卷积运算,并结合计算结果求得光热-光伏联合发电接入后电力系统的可靠性指标和生产成本;最后,基于EPRI 36发电系统的仿真结果,发现光热-光伏联合发电对电力系统有一定的容量可信度,因此可替代一定的常规机组,提高电力系统的可靠性和经济效益,这也验证了文章所提方法的正确性和有效性。