含风电场最优潮流及其关键技术研究综述

大型风电场并网发电给电网带来清洁能源的同时也使电力系统安全可靠运行面临诸多挑战,研究含风电场最优潮流对于提高电力系统稳定运行与能源利用率具有重要意义. 含风电场最优潮流是一个新型的高维、非线性的复杂优化问题,且由于风电的随机性、间歇性和不可控性使其复杂程度和计算难度进一步加大. 针对这一问题,本文通过数学模型和求解方法这一主线,阐述了含风电场最优潮流的发展现状以及因风电的随机性对电力系统造成的影响;总结了对风电场处理的现有研究技术,分析了求解含风电场最优潮流的各种算法的优点与不足;在此基础上对未来含风电场最优潮流的研究方向进行展望.     

基于改进人工鱼群算法的含风电场电力系统最优潮流计算

将风电场看作PQ节点并考虑风电场输出功率随机性和负荷随机性,提出含风电场的电力系统最优潮流计算方法。分析基本人工鱼群算法原理及其缺陷,提出改进人工鱼群算法(IAFSA);提出人工鱼群的视野和步长的取值方法,对初始种群的生成、行动方式和终止判据进行改进;并基于动态调整罚函数将带约束的有功最优潮流问题转化为无约束优化问题,实现含风电场的电力系统最优潮流计算.实例分析结果表明:基于改进人工鱼群算法比基于基本人工鱼群算法和遗传算法进行含风电场电力系统最优潮流计算具有更优全局收敛性和更快计算速度.     

计及异步风电机组的电力系统区域间ATC计算

针对含异步风电机组的电力系统可用输电能力展开研究。首先,建立含异步风力发电机潮流模型;其次,将含风电机组的潮流模型和传统的静态安全性可用输电能力模型相结合,建立了含风电机组的ATC模型;最后,应用现代内点理论对模型进行求解。仿真结果表明,文中引用的算法能快速而准确地计算不同风速下含风电场系统的ATC值,通过与不含风电场...     

利用抽水蓄能电站提高电网接纳风电能力

风速的波动性导致风电场不能提供连续可靠的高效风电功率,制约了风电产业的发展.本文在保证电网安全稳定运行的情况下,针对大规模风电并网,采用动态规划法,以在建呼和浩特抽水蓄能电站和并网风电为例,研究风电—抽水蓄能电站联合发电系统运行模式.采用基于电网柔性规划的机会约束理论,对常规潮流计算方法进行改进,在MATLAB/MATPOWER组件下实现该潮流的优化算法.研究结果表明,抽水蓄能电站与并网风电场可形成功率互补.不仅实现风电场功率输出最大化,而且抑制风电场功率波动,提高电网接纳风电能力.     

考虑输配交互的含风电场电力系统多目标动态随机模糊最优潮流

提出一种考虑输配交互的含风电场电力系统多目标动态随机模糊最优潮流方法。突破传统输配网最优潮流独立计算且配网一般以负荷计及的现状,考虑主动配电网与输电网的双向潮流交互特性和风电注入功率随机模糊性,兼顾系统经济、低碳、降损多目标优化,考虑输配网静态安全,基于随机模糊机会约束规划建立含风电场电力系统输配交互多目标动态随机模糊潮流模型;提出在随机模糊模拟、牛顿拉夫逊法与前推回代法求解输配系统随机模糊潮流基础上,通过输配网节点功率和电压考虑输配交互特性,基于Look-ahead和NSGA-I获取各时段Pareto解,采用最大满意度法决策,从而提出模型求解算法。改进的IEEE 30节点输电系统与IEEE 33节点配电系统的算例仿真结果表明了文中提出的模型和算法有效性和优越性。     

基于三点估计法的含风电场电力系统无功优化

针对电力系统无功优化时风电出力及负荷的不确定性和相关性,建立一种综合考虑多种不确定因素的无功优化模型。采用三点估计法处理该模型中的不确定因素,将不确定潮流计算转化为较少采样点处的确定潮流计算。为克服花朵授粉算法易陷入局部最优、寻优精度低等不足,将拉丁超立方采样技术、自适应调整转换概率及邻域策略应用于花朵授粉算法,提出一种改进花朵授粉算法求解所建优化模型。在含风电场的IEEE30节点系统上进行仿真测试,结果表明所提无功优化模型和求解方法在不确定环境下能够有效降低系统网损并减小系统状态变量发生越限的风险,从而保证系统的安全经济运行。     

适应于集群风电场并网的区域无功电压控制方法

针对集群风电场接入电力系统所面临的无功电压问题,提出了一种适应于集群风电场并网的区域无功电压控制方法.该方法基于区域枢纽变电站及风电场升压变联合控制模式,建立含电压偏离指标和风电场动态无功裕度指标的多目标无功优化数学模型,利用无功协调控制策略实现离散型、连续型无功补偿设备的有效配合,并采用自学习迁移粒子群算法对无功优化问题进行求解.对某地区实际电网算例的仿真分析验证了所提方法的正确性和有效性.     

双馈风电机组电力系统低频振荡阻尼特性

由于风力发电机组没有功角,采用数学模型方法分析含风电场的电力系统的低频振荡可能会产生一定的误差,提出基于实测信号的随机子空间算法对大规模双馈风机并网后的系统阻尼特性进行了分析.以含完整双馈发电机组动态模型的电力系统为例,分析了含双馈风电机组的电力系统阻尼特性.分析结果表明,随着风电接入容量的增加,阻尼比并非单调变化,而是存在一个最佳风电接入容量;含双馈风机组的电力系统由于装设了高响应速率的电力电子器件——换流器,有利于系统的小干扰稳定;风电场的阻尼特性与风电场接入位置和故障点之间的电气距离有紧密联系.     

基于快速分解法的连续潮流法

连续潮流法是分析静态电压稳定行之有效的方法 ,但它是基于极坐标形式牛顿法潮流的 ,计算量很大 .快速分解法潮流与牛顿法潮流相比 ,具有计算速度快、占用内存少的特点 .本文在分析静态电压稳定的连续潮流法的基础上 ,结合快速分解法潮流的特点 ,提出了基于快速分解法的连续潮流法 .分析与计算结果表明 ,本算法能够提高连续潮流法的计算速度     

含双馈风电机组的配电网运行模拟

为了解决含双馈风电机组配电网的运行模拟问题,应用HOMER软件和PSASP软件,构建了风场环境模拟和交流潮流计算交替进行的含双馈风电机组配电网的运行模拟模型.通过代表日风电场环境模拟生成,双馈变速恒频风电机组的电源模型的构建,含风电机组配电网的潮流计算,实现了相应的运行模拟过程.IEEE14节点算例表明了论文所提运行模拟方法的可行性,分析结果说明了风电机组对配电网运行指标的影响.     

考虑风电不确定性的风电场参与调频市场投标策略

针对风电大规模并网将增加电网调频需求的问题,提出考虑风电不确定性的风电机组同时参与能量市场与调频市场的日前投标方法.分析风电场在2种市场中的收益机制,在调频市场收益中考虑调频性能指标（FRPI）,提出调频性能指标的估值方法. 分析风电场参与2种市场的投标策略. 利用核极限学习机（KELM）和核密度估计（KDE）,建立风电功率概率预测模型KELM-PSO-KDE.基于功率概率密度的预测结果,以风电场收益最大为目标函数建立优化模型,利用蚁狮优化（ALO）算法求解该模型,得到风电场同时参与2种市场的日前最优投标功率. 风电场真实数据的仿真表明,提出的风电场同时参与2种市场的投标策略,可以使风场侧获得更大收益,有助于缓解电网的调频压力,具有优越性和普适性.     

计及尾流效应的风电场机网相互作用分析

由于大型风电场占地面积较大,风电机组数量众多,风电机组问尾流效应和风速时滞将对风电场产生一定的影响。采用Weibull分布函数,建立随机风速模型和风电机组模型,构建含风速场模型的风电场小干扰稳定模型。仿真分析复杂风速场下的风电场运行情况、对线型分布和交叉分布的三风机系统,得到了不同分布方式下系统的特征根变化轨迹,发现尾流效应和时滞效应对风电场机网小信号稳定的影响较小,通过合理的风机分布可以增加风电场的稳定裕度。     

基于主成分分析和LightGBM算法的风电场发电功率超短期预测

风力发电场发电功率的超短期预测越精确,越有利于电力系统的稳定运行和优化调度。为提高风电场发电功率超短期预测的准确率,提出了一种基于主成分分析和GBM算法的风电场发电功率超短期预测方法。该方法首先进行PCA主成分分析将与风电功率相关程度低的维度剔除,降低数据的冗余性,然后利用GBM算法建模实现风电场发电功率的超短期预测。实验结果表明基于GBM算法的风电场发电功率超短期预测效果良好,优于传统机器学习方法在风电场超短期的功率预测上的精度。     

基于主成分分析和LightGBM的风电场发电功率超短期预测

风力发电场发电功率的超短期预测越精确,越有利于电力系统的稳定运行和优化调度。为提高风电场发电功率超短期预测的准确率,提出了一种基于主成分分析(PCA)和轻量梯度提升树(LightGBM)的风电场发电功率超短期预测方法。该方法首先进行主成分分析,将与风电功率相关程度低的维度剔除,降低数据的冗余性。然后利用LightGBM建模,实现风电场发电功率的超短期预测。实验结果表明,基于LightGBM的风电场发电功率超短期预测效果良好,优于传统机器学习方法在风电场超短期功率预测上的精度。     

基于聚类分析的双馈机组风电场动态等值模型的研究

针对大型双馈机组风电场,提出一种新的动态等效建模方法。该方法是一种基于双馈风力发电机暂态电压特性的聚类分群方法,即根据风电场内各双馈发电机受系统故障影响程度的不同,识别出电压的动态响应行为相近的风力发电机,并对分群后的双馈发电机及其电气接线系统进行等值聚合,实现了双馈机组风电场的动态等值多机表征。利用电力系统分析综合程序(PSASP 6.2),搭建了双馈机组风电场详细模型和等值模型,并与传统的单机等值模型进行了比较分析。结果表明,所建立的多机等值模型能够较准确地反映双馈机组风电场并网点的动态特性。     

考虑工频过电压的海上风电场无功配置优化方案

工频过电压是威胁线路安全稳定运行的重要因素。可以利用电磁暂态仿真软件ATP-EMTP对海上风电场系统及其送出线路进行建模,对工频过电压进行计算和分析。研究表明：0.97 p.u.、1.00 p.u.、1.07 p.u.3种情况下过电压水平均与线路长度成正比;系统侧甩负荷时过电压水平远大于风场侧甩负荷。对海上风电场中变压器、海缆、风电机组的无功损耗进行分析,结合对过电压的计算和分析以及相关标准规定,提出了一种简单实用的海上风电场无功配置方案。该方案可满足对工频过电压的限制,且可满足风电场无功需求。     

耦合风电场参数化模型的天气预报模式对风资源的评估和验证

为了验证耦合风电场参数化模型的天气预报模式（WRF-WFP）对大规模风电场风资源特性评估的准确性,以我国河北省张北县百万千瓦风能基地为研究对象,分别采用耦合与未耦合风电场参数化模型的天气预报模式开展相关的模拟试验,利用在平坦及复杂地形场区的测风塔的观测数据对风速及其概率密度函数分布以及风向进行验证分析. 研究结果表明：耦合与未耦合风电场参数化模型的天气预报数值模式对风资源特性的评估均有较高的可靠性,且对平坦地形区域的模拟精确性优于山地地形区域;由于前者考虑了风电场的尾流效应,对风速预测的精确性比后者高约4.5%. 该数值模式可为风能丰富地区的风电场微观选址、大规模风电场的运行特性及其对大气边界层影响的评估提供可靠的技术支撑.     

WRF模式在风电场风速预测中的应用

准确的风电场风速预测是风电场安全稳定运行的基本保障.从风速预测的准确性和效率两方面分析利用WRF(Weather Research and Forecasting)中尺度数值预报模式时不同嵌套网格分辨率对风电场风速预测的影响.在此基础上,对宁夏某风电场进行提前102h的逐时风速预测并与实测资料进行对比.结果表明:随着网格分辨率的提高,风电场风速预测精度略有提高,但计算时间变长.兼顾预测精度和效率,建议使用3层网格.WRF模式能够较好地捕捉风速随时间的变化趋势,有效增加预测时效,使风电场风速预测可以提前到2～4d,为风电场的运行和控制提供依据.