风力发电功率调度与调度系统效能评估方法及实现

摘要

风力发电工业近些年发展迅速，风力发电在传统电力产业中占有的比重日益扩大。同时风的随机性和突变性会造成风电场输出功率不稳定，不合理的风电场功率分配方法不仅会对电网安全造成威胁，还会造成风电场发电效益损失，因此风力发电功率调度问题具有重要的工程研究意义。　　风力发电调度问题本质上是一个多目标多约束问题优化求解的过程。目前应用于工程领域的风力发电调度算法大多产生于启发式专家规则。本文基于此策略将混合整数规划应用于风电场调度算法求解，并在此基础上提出一种基于模糊理论的风力发电调度系统效能评估方法，并且搭建风力发电调度系统仿真平台对该效能评估方法进行有效性验证。　　本文主要研究工作如下：　　① 研究一种针对多目标多约束的风力发电功率调度算法，针对启发式规则调度算法修改繁琐的问题，提出将启发式规则设计为基于混合整数规划框架。此优化设计使得算法修改便利，算法扩展和变形，只需修改混合整数规划的系数矩阵即可适应调度规则的变化。　　② 针对风电场功率调度系统研究缺乏有效的效能评估方法问题，提出一种基于模糊理论的调度系统效能评估方法。该方法针对风电功率调度系统提出评价指标集，在模糊理论的基础上对评价指标进行综合评价。　　③ 建立调度仿真平台、调度算法以及效能评估的一体化平台，利用仿真软件DIgSILENT/PowerFactory和MATLAB搭建风电场调度算法仿真平台，与原型化的调度算法组成调度系统，为效能评估提供仿真实验平台支持，提高了整个风电场调度实验设计验证的效率。通过调度系统仿真平台，验证了基于混合整数规划的风电场功率调度算法和基于模糊理论的调度系统效能评估方法的可行性。

目录

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 风力发电调度技术研究现状

1.2.1 风力发电调度研究现状

1.2.2 效能评估研究现状

1.2.3 风力发电仿真平台研究

1.3 本文研究内容

2 风电场功率调度过程分析

2.1 引言

2.2 风力发电调度系统

2.3 风力发电机组特性分析

2.3.1 风力机动态特性

2.3.2 桨距角控制结构特性

2.3.3 机械传动系统结构特性

2.3.4 风电机组控制系统

2.4 风电机组功率预测

2.4.1 风速预测方法

2.4.2 DFIG的风速和功率输出特性

2.5.1 风电场集电线路

2.5.2 风电场尾流效应

2.5.3 风电场无功功率补偿

2.6 风电场内功率调度方法分析

2.7 本章小结

3 基于混合整数规划的风电场调度算法

3.1 引言

3.2 调度数学模型

3.2.1 目标函数

3.2.2 调度约束

3.3 基于混合整数规划的优化调度数学模型

3.4 有功功率调度实现

3.5 无功功率调度实现

3.6 算例分析

3.7 本章小结

4 基于模糊理论的风电功率调度系统效能评估方法

4.1 引言

4.2 风力发电调度系统的效能评估指标体系

4.3 模糊推理机

4.4 基于模糊理论的风力发电功率调度系统效能评估实现

4.4.1 层次分析法

4.4.2 实现步骤

4.5 本章小结

5 风电场调度仿真平台搭建

5.1 引言

5.2 一体化平台设计

5.3 风电场系统建模

5.4 调度算法平台建模

5.5 风电场系统和调度算法平台交互

5.6 仿真平台实验分析

5.7 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间取得的科研成果目录

B. 学位论文数据集

致谢