風(fēng)電場風(fēng)速特性及不確定性模型研究.pdf

1、當(dāng)前，儲量豐富的風(fēng)能資源成為我國大力支持發(fā)展新能源的首選之一。然而，風(fēng)電不確定性對大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)的影響也日益彰顯，棄風(fēng)限電問題日趨嚴重。對于風(fēng)電不確定性的研究主要集中在小時級平均風(fēng)速預(yù)報及其預(yù)報誤差的統(tǒng)計分析方面，而長周期的風(fēng)電特性研究不能滿足電網(wǎng)的實時調(diào)度與優(yōu)化控制特殊需求。本文以電力系統(tǒng)的實時調(diào)度與優(yōu)化控制需求的視角，研究了風(fēng)速的瞬時波動特性及不確定性模型，為大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)的安全高效利用提供了理論基礎(chǔ)和支撐依據(jù)。
　　首先，根

2、據(jù)電網(wǎng)實時調(diào)度和優(yōu)化控制所關(guān)心的和大氣運動存在普隙的小時間尺度對實際風(fēng)電數(shù)據(jù)進行分解和合成，發(fā)現(xiàn)了風(fēng)電的幅頻多尺度調(diào)制效應(yīng)，得到了風(fēng)電的瞬時頻譜特性。風(fēng)速不僅具有多尺度調(diào)幅效應(yīng)，而且小時級平均風(fēng)速對湍動風(fēng)速頻率也存在調(diào)制效應(yīng)。發(fā)展了湍流強度的三參數(shù)冪律普適模型，進一步完善了IEC標(biāo)準。根據(jù)小時級風(fēng)功率對剩余波動分量的調(diào)幅效應(yīng)和風(fēng)功率的瞬時功率頻譜，得到了風(fēng)功率的時頻分離特性。根據(jù)風(fēng)的大氣湍物理本質(zhì)分析，給出了相應(yīng)的物理機制。
　　

3、第二，發(fā)現(xiàn)風(fēng)電方差的日調(diào)制效應(yīng)，從電力系統(tǒng)運行調(diào)度需求角度研究了日周期特性。基于所定義的平均湍流強度在考慮季節(jié)、地域以及高度等因素的基礎(chǔ)上深入研究了風(fēng)電方差的日周期特性，提出了可以消除日周期特性影響、提高模型擬合精度的時變模型。同樣，風(fēng)功率方差也具有日周期特性。然后，針對日周期特性的物理機制以及其對風(fēng)電安全高效利用的實際意義進行了必要的探討分析和算例研究。采用兩區(qū)域四機系統(tǒng)進行調(diào)頻能力算例分析，仿真結(jié)果表明：考慮風(fēng)電功率波動日周期特性的

4、時變模型更能滿足調(diào)度人員合理配置調(diào)頻機組的容量，從而滿足實際分析需求。
　　第三，同樣也以1小時為研究時間尺度，對風(fēng)速和風(fēng)功率進行了變差分析，發(fā)現(xiàn)了風(fēng)速/風(fēng)功率變差的調(diào)幅效應(yīng)，并且同樣也可以第二章的三參數(shù)冪律普適模型對風(fēng)速變化速率和風(fēng)功率變動率實現(xiàn)定量刻畫，證明了本文不確定性模型的普適性。同時，還發(fā)現(xiàn)了風(fēng)電變差也存在日周期特性。最后，又進一步提出了考慮平抑代價的一體化平抑策略：利用一體化聯(lián)合發(fā)電對風(fēng)功率預(yù)報曲線的誤差分量分頻段跟蹤

5、平抑的設(shè)計思路，實現(xiàn)電力生產(chǎn)的可計劃性、降低旋轉(zhuǎn)備用，提高電網(wǎng)的風(fēng)電消納能力和安全穩(wěn)定性。
　　第四，由于可預(yù)報性是風(fēng)速不確定性的一種特性，因此研究了基于相關(guān)函數(shù)的可預(yù)報性定量刻畫方法。在此基礎(chǔ)上，定量分析了風(fēng)速時均值預(yù)報信息源有效性的時間尺度，提出了風(fēng)速時均值日前預(yù)報的優(yōu)化框架。并且，鑒于風(fēng)速預(yù)報在大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)中的重要性，還研究了風(fēng)速方差以及風(fēng)速變差的可預(yù)報性，得到了方差和變差的可預(yù)報長度，基于目前普遍采用支持向量回歸算法和深