Study on the ramp fluctuation suppression control of wind power generation output using optimization method

Recently, wind power generation are installed as a countermeasure for the environmental issue in Japan. However, wind power generation output is fluctuated due to wind condition. Moreover, it is some negative impact for system operation such as the economic load dispatching control and the load frequency control. In Japan, NEDO has started the project as a countermeasure for massive penetration of wind power generation in 2014, called “R&D Project on Grid Integration of Variable Renewable Energy.” In this paper, we proposed the output fluctuation suppression control method of wind power generation using the battery and forecast data of wind generation output. Specifically, the target value of wind power generation output is calculated to decrease the deviation output from fluctuation suppression code for ramp event using deterministic optimization method. The effectiveness of proposed method is evaluated through the computational simulation using forecast data and actual wind power generation output in Tohoku area.     

储能电池平抑风功率波动策略

为了平抑风功率波动,并优化风电场出力特性,基于双电池组拓扑结构的电池储能系统(Battery Energy Storage System, BESS)提出了在短期内平抑风功率波动的新型控制策略。该策略基于即时控制策略,把未来风功率波动对当前储能电池充放电行为的影响纳入考虑范围。双BESS则根据策略需求进行充电或放电,任一电池组电量达到满充或满放,则两组电池的工作状态同时切换。在新型控制策略中通过风电预测并结合滚动优化法实现双BESS动态控制。实践表明该策略在风电出力特性上不仅取得了较好的平抑效果,而且能降低因储能容量不足引起的瞬时大功率波动。在电池特性上,由于采用双BESS,很大程度上降低了电池充放电次数,延长了电池寿命。     

考虑平抑风电波动的空调冷水机组群控策略

中央空调冷水机组的群控方式使空调系统具有一定的负荷调节能力,可以考虑与波动的风电机组出力相组合从而平抑风电波动性并确定可平抑风电机组的容量。为此,首先根据各台冷水机组的负荷效率特性建立模型,然后确定风电机组波动功率平抑量变化范围的计算方法,并在保证空调制冷/制热效果的前提下建立可平抑风电机组容量与冷水机组负荷分配的最优匹配模型,实现对风电功率接入电网波动性的缓冲。     

考虑时空相关性的多风电场出力场景生成与评价方法

含多个风电场的场景生成技术可为电力系统中长期规划和运行提供所需基础数据。为在场景生成过程中计入多风电场风电出力的时空相关性,提出两阶段场景生成方法：在第一阶段,采用Copula函数对多个风电场出力的空间相关性建模,获得多风电场出力的初始场景;在第二阶段,运用随机微分方程对风电场出力波动随机性建模,通过重构初始风电出力场景,使得最终获得的场景中风电序列较好地保留原始序列的时间相关性。为评估生成场景的有效性,构建场景有效性评价指标体系;引入多重分形去趋势波动分析方法,提供刻画风电序列的自相关特性和动态波动特性的多维度指标。以某区域风电场为例,生成风电季度出力场景,结果表明所提方法能够复现原始风电序列的时空相关性。     

Power smoothing and MPPT for grid‐connected wind power generation with doubly fed induction generator

Recently, doubly fed induction generators (DFIG) and synchronous generators have been applied mostly to wind power generation, and variable speed control and power factor control have been implemented for high efficiency of wind energy capture and for high quality of power system voltage. In variable speed control, the wind speed or generator speed is used for maximum power point tracking. However, the properties of wind generation power fluctuations due to wind speed variation have not yet been investigated for those forms of control. The authors discuss power smoothing by these forms of control for DFIG interconnected to a 6.6‐kV distribution line. The performance is verified by means of the power PSCAD/EMTDC system simulation software for actual wind speed data and is investigated by using an approximate equation for wind generation power fluctuations as a result of wind speed variation. © 2011 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 177(2): 10–18, 2011; Published online in Wiley Online Library ( wileyonlinelibrary.com ). DOI 10.1002/eej.20958     

联网型高耗能电解铝工业电网源荷协调平抑风电功率波动控制策略

对于含有大规模新能源接入的联网型高耗能工业电网,新能源功率波动势必产生联络线功率波动以及额外备用容量费用,不利于工业电网经济运行。通过对工业电网内部火电机组与电解铝负荷联合控制进行建模,提出源荷协调平抑风电功率控制策略。基于模型预测控制方法,将电解铝负荷和火电机组调节范围以及响应速率作为约束条件,以平抑风电功率波动为控制目标,优化电解铝负荷和火电机组的有功功率调节量,减少由风电功率波动引起的联络线备用容量。以云南文山地区某个工业电网为例进行仿真,结果表明所提的源荷协调控制策略可以有效实现对工业电网内部风电功率波动的平抑,限制与大电网联络线上的有功功率交换。     

风电功率波动平抑下储能出力与平滑能力的动态优化控制策略

风电场并网处布置储能系统能改善并网经济性,平抑风电并网功率波动。然而,储能出力优化电网运行性能受储能系统的功率、容量和能量状态等诸多因素影响。本文引入储能电池出力能力指标,设计了保护储能电池和保障并网功率平衡能力的多目标优化模型,提出一种基于储能荷电状态模糊动态调节的模型预测控制策略,在整体上保证储能出力最小水平,在局部储能高充/放电区域的时段内提高储能充/放电出力能力,并将本文方法与传统模型预测方法进行仿真对比。结果表明,在相同储能配置比例下,本文方法能有效平抑风电功率波动,综合指标均优于传统模型预测方法,在优化负荷功率波动的同时也提高了储能系统的功率支撑能力,平衡了储能输出和平滑能力的矛盾。     

基于Copula理论的风电功率缺失数据补齐方法研究

风电数据的完整性对风电功率的准确预测以及风能的利用具有重要意义。文中从风电场中风机输出功率的相关性分析,提出利用Copula理论建立不同风机输出功率的联合概率分布模型的方法。利用实测的风电功率数据,采用非参数核密度估计法估计风机输出功率的概率分布。以Kendall秩相关系数作为相关性测度。利用风机输出功率的相关性对缺失数据进行补齐。仿真实验说明补齐数据的准确率和平均相对误差得到较好的效果,能够有效提高补齐数据的质量。     

如东沿海地区风速数据分析及风力发电量计算

通过运用威布尔函数，对如东沿海地区的风速数据进行分析，计算了该地区70m高度处的风速分布特性和风能平均功率密度。根据风速数据的采集高度，确定了所选的风力机。并以该种风力机为例．研究分析了该地区的风力发电量和容量系数。计算结果表明，如东沿海地区70m高度处的风力发电储量十分丰富。     

考虑输出功率相关性的光伏电站典型场景生成方法研究

含光伏的传统概率潮流计算常使用Beta、Weibull等分布模型,但这些模型难以精确体现不同场景下输出功率特性的变化。针对此问题,文中提出一种光伏输出功率多场景生成方法。该方法将多个光伏电站输出功率的相关性以及相关性跟随外界条件的变化纳入考量范围,可实现多个光伏电站输出功率的精确建模。首先,对光伏电站历史输出功率数据进行基于密度中心的聚类处理,产生的多个聚类中心作为输出功率场景;其次,对不同场景进行核密度估计,建立Copula函数以描述多个输出功率的概率分布;然后,对生成的多场景概率分布模型进行拉丁超立方采样,利用生成的样本进行概率潮流计算,评估含光伏的配电网运行状态;最后,分析算法的稳定性,讨论采样规模对计算结果的影响。结果表明,文中提出的多场景生成方法有助于提升光伏输出功率的建模精度和概率潮流计算精度。     

新疆电网风电出力波动对系统运行的影响分析

合理、准确地评估风电对电力系统运行的影响是大规模开发风电之前必须要做的工作。根据新疆电网2008、2009年详细的负荷及风电出力数据,利用Matlab与Excel软件编制数据处理程序,从风电接入系统后引起的剩余负荷(除风电外其它能源发电机组承担的负荷)峰谷差及波动大小的变化两方面分析了直调风电与达坂城风电场等几个典型风电场对系统运行的影响,所得结论可为电力系统的运行调度及规划提供依据及参考。     

考虑时空不确定性的风电出力场景生成方法

为准确描述风电出力的不确定性及时空相关性,提出一种考虑时空不确定性的风电出力场景生成方法。将生成对抗网络作为风电出力的场景生成模型,将卷积神经网络作为模型生成器与判别器以实现时间特征的提取,采用特征工程方式实现不同风电场间出力空间相关性的量化;通过格拉姆角场方式进行特征变换,并合理设置网络结构及参数进行网络训练,得到生成器输入与输出场景间的映射关系。采用实测数据对所提方法的有效性进行对比验证,实验结果表明所提方法具有较强的风电出力不确定性表示能力。     

计及谷时段风电消纳的储能系统平抑风电功率波动控制策略

储能系统(energy storage system, ESS)仅参与平抑风电功率波动为单一场景的控制策略,存在ESS频繁充放电以及不能有效解决负荷低谷时段风电消纳等问题。为此,提出了一种计及谷时段风电消纳的ESS平抑风电功率波动控制策略。首先,根据风电特性与负荷需求的时序关系,确定ESS在一个周期内的充电和放电区间段。其次,提出了分区间控制的ESS控制策略,在充电区间段以平抑风电功率向上波动为目标存储电量;在放电区间段以平抑风电功率向下波动为目标释放电量。最后,考虑ESS的实时荷电状态(state of charge, SOC)和风电消纳,提出了基于模糊控制的ESS充放电功率修正方法。以某风电场实际数据为例,在风储联合发电系统仿真平台上进行了测试,验证了所提运行策略的可行性和优越性。     

基于风速相关性的风电场群汇聚效应分析

多个风电场汇聚后的输出功率特性具有明显的汇聚效应,这是处于不同位置风电场风能资源差异性的外在体现。本文运用Copula理论对地理位置相近地区风速的相关性进行量化分析,进行最优Copula函数类型选择以及参数的确定。通过对两两风电场风速相关性的量化分析,提出一种能够反映风电场群输出功率汇聚效应的Monte Carlo模拟方法。在已知风速历史数据的前提下,分析了场间风速含有相关性对风电场群汇集后输出功率特性的影响,从而为风电场群功率外送输电容量规划提供必要的参考。     

直驱风力发电系统控制方法的研究

对基于直驱永磁同步发电机的最大功率追踪算法进行了仿真研究。依据灰色理论,采用动态GM（1．1）模型进行预测。Matlab仿真结果验证,该控制方案能很好的跟踪风力发电机输出最大功率点,具有更高的风能利用效率,系统工作稳定可靠的优点。     

基于隐式最大似然估计的风电出力场景生成

随着风电渗透率的日益提高,如何有效地描述风电出力的不确定性成为了配电网运行和规划所面临的巨大挑战,为此,提出一种基于隐式最大似然估计的风电出力场景生成方法。针对风电出力曲线的数据特征,设计适用于风电出力场景生成的损失函数和网络结构。通过无监督训练使得场景生成器能够学习到高斯噪声与风电出力场景之间的映射关系。仅需调节模型中相关的参数,采用所提方法就能够生成不同时间尺度的风电出力场景。仿真结果表明,所提方法的预测区间平均宽度和预测区间覆盖率均优于现有的生成对抗网络,且所提方法对于不同的风电场具有一定的普适性。     

基于二次曲线指数平滑法的风电杆塔预警模型研究

二次曲线指数平滑法应用在预测中,仅凭人工经验选取平滑系数所得的预测结果并不准确。针对风电场监测预警中的实际问题,提出采用缩小平滑系数选取区间,得出最优平滑系数的二次曲线指数平滑法,建立杆塔沉降预警模型,并通过该模型对风电机杆塔沉降度进行预测。改进平滑系数后的二次曲线指数平滑法在预测的平滑度和信度上,都有非常明显的优化效果,从而更准确地预知数据异常所构成的潜在危险。     

基于改进KDE法和GA-SVM的多风电场聚合后输出功率长期波动特性预测方法

针对规划期内有新增风电装机容量但没有与其对应的实测风电输出功率数据,导致难以准确把握和刻画规划目标年多风电场聚合后输出功率长期波动特性的问题,提出一种利用改进核密度估计(KDE)法和经遗传算法寻优的支持向量机(GA-SVM)预测多风电场聚合后输出功率长期波动特性的方法。对风电功率的长期波动特性进行刻画,分析在多风电场聚合过程中装机容量与风电功率之间的关系;运用改进KDE法生成多风电场聚合过程中不同装机容量下的输出功率概率密度曲线;采用GA-SVM建立多风电场聚合后输出功率概率密度演变模型;根据概率分布与持续功率曲线的对应关系,对预测出的规划目标年的多风电场聚合后的输出功率概率密度曲线进行反演,得到可描述规划目标年输出功率长期波动特性的持续功率曲线。工程实例证明了所提方法的实用性和有效性。     

考虑功率预测偏差和出力调节不确定性的风电集群功率分配策略

当因输电通道限制需对风电集群进行限电时,应考虑各风电场功率预测和调节能力的差异。考虑功率预测偏差和调节能力不确定性,构建机会约束规划和机会约束目标规划相结合的风电集群日前功率调度模型,并采用采样排序的方法将不确定变量转化为确定性变量对模型进行求解。对华北某地区风电集群进行案例分析,结果表明,在满足风电场间期望调度电量比例要求的基础上,相较于传统模型,所提模型能有效降低弃风率和系统负荷不平衡时的缺额电量。     

考虑风电功率不确定性的风电场出力计划上报策略

利用多场景生成的方法对次日风电场出力的不确定性进行描述,并对蓄电池储能和旋转备用的购买机制进行了数学建模,将二者纳入风电场日前收益期望模型中。借鉴当前电力市场的分时电价政策,以风电场日收益期望值最大为目标,提出了风电场上报出力计划的最佳策略。该上报策略通过对风电场历史出力数据的统计分析获得风功率预测误差的分布特性,考虑了风功率预测误差对次日风电场运行经济性的影响,以风电场日运行经济性最优为原则确定了风电场的日前上报功率。算例结果表明,所提上报策略不仅提高了风电场的运行经济收益,还增加了储能的利用效率。