風電預(yù)測技術(shù)及其運行分析.pdf

1、能源與環(huán)境問題的進一步惡化，加速了可再生能源的發(fā)展。較其他新能源發(fā)電技術(shù)，風力發(fā)電技術(shù)成熟、發(fā)電成本低，且易實現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，因此逐步成為能源與環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的主力軍。風速預(yù)測的準確度關(guān)系到風電系統(tǒng)的調(diào)度計劃，風電大規(guī)模并網(wǎng)必將對系統(tǒng)安全、穩(wěn)定產(chǎn)生影響。風速預(yù)測是應(yīng)對大規(guī)模風電并網(wǎng)運行問題的重要手段。本文圍繞風能的隨機波動性及間隙性，對風速預(yù)測修正及經(jīng)濟調(diào)度問題進行了研究。主要包括預(yù)測分析、預(yù)測誤差修正、風功率波動性分析、儲能系統(tǒng)容

2、量配置以及考慮風功率預(yù)測可信度的經(jīng)濟調(diào)度與決策分析等一系列研究內(nèi)容。
　　(1)本文首先對風速分布特性進行了分析，在此基礎(chǔ)上提出一種風速綜合修正預(yù)測模型，該模型由風速組合預(yù)測模型與預(yù)測誤差修正模型組成。其中，組合預(yù)測模型由時間序列和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)組成，且BP模型的輸入量由歷史數(shù)據(jù)和時間序列得到的殘差值組成。分析了風速預(yù)測誤差的主要成因，提出一種新的預(yù)測誤差修正模型——經(jīng)驗正交函數(shù)(Empirical Orthogonal Funct

3、ion,EOF)模型，該模型可以對風速誤差值進行EOF分解，提取主要變量后，再經(jīng)過EOF回歸模型建立誤差修正模型，具有展開式收斂快、能以少數(shù)幾項逼近原場狀態(tài)等優(yōu)點。對比單一的時間序列模型和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，風速綜合修正預(yù)測模型應(yīng)用于短期風速預(yù)測中，能夠更好地預(yù)測風速的變化趨勢。
　　(2)風功率波動是風電并網(wǎng)研究的主要內(nèi)容。本文將符號時間序列方法應(yīng)用于風功率波動分析中，針對風功率數(shù)據(jù)的非均勻分布，提出一種自適應(yīng)分區(qū)的方法，該方法可

4、以根據(jù)數(shù)據(jù)序列分布的密集程度，實現(xiàn)區(qū)域的非均勻分割，以便反映數(shù)據(jù)的變化情況。以符號序列直方圖為基礎(chǔ)，通過直方圖求逆實現(xiàn)了原始數(shù)據(jù)序列關(guān)鍵區(qū)域的定位。最后以某一風電場實測風功率數(shù)據(jù)驗證了本文方法的有效性，為風電功率調(diào)度提供參考。
　　(3)采用分區(qū)擬合的思想，將風功率預(yù)測誤差分區(qū)，在每個區(qū)間中應(yīng)用β分布擬合后，加權(quán)求得全區(qū)域的誤差分布函數(shù)?；诖私⒘丝紤]預(yù)測誤差分布的風電場儲能容量的數(shù)學模型。該方法將儲能容量表示為缺失容量的函數(shù)，

5、并詳細介紹了儲能容量與誤差累計分布函數(shù)和荷電狀態(tài)的關(guān)系。最后提出一種新的系統(tǒng)容量缺額的評價指標，用于比較儲能容量優(yōu)化效果?？傊摲椒梢栽谝欢ǜ怕仕较缕揭诛L功率預(yù)測誤差帶來的功率波動，同時降低對儲能系統(tǒng)的要求。
　　(4)從變速風力發(fā)電機組的空氣動力學特性出發(fā)，對風功率概率統(tǒng)計特性進行了分析，應(yīng)用非線性變換技術(shù)實現(xiàn)了風功率均值與協(xié)方差的快速計算。基于此本文對含風電系統(tǒng)的線路負載率進行了分析，算例通過對風速概率分布進行重復(fù)隨機抽

6、樣，計算相應(yīng)的風電場功率輸出值，接著采用固有潮流計算方法對系統(tǒng)各狀態(tài)量進行分析，最終可通過概率統(tǒng)計方法對各狀態(tài)量的概率進行描述，驗證了該方法的準確性和實用性。結(jié)論表明:該方法計算方便，也為進一步對風電并網(wǎng)穩(wěn)定運行及對系統(tǒng)的影響分析提供了基礎(chǔ)。
　　(5)為最大限度的捕獲風能，最大功率跟蹤研究一直是風電技術(shù)行業(yè)關(guān)注的熱點問題。本文從變速風力發(fā)電機組空氣動力學模型入手，在最大功率跟蹤算法——爬山搜索法的分析基礎(chǔ)之上，引入模擬退火算法中

7、概率函數(shù)的定義式，用于定義自適應(yīng)步長，從而使跟蹤開始時具有較好的動態(tài)特性和在跟蹤結(jié)束時具有較好的穩(wěn)態(tài)特性。在Matlab環(huán)境下，建立了變速風力發(fā)電系統(tǒng)模型，仿真分析了風速變化對輸出功率的影響，改進的跟蹤算法能夠使輸出功率最終穩(wěn)定在新的工作點上，且具有較好的穩(wěn)態(tài)特性和動態(tài)特性。
　　(6)含風電系統(tǒng)經(jīng)濟調(diào)度的研究，可為大規(guī)模風電并網(wǎng)運行提供相關(guān)對策。本文針對風電出力預(yù)測水平的局限性，首先建立了風功率預(yù)測可信度模型，完善了風功率預(yù)測誤