基于聚类的复杂地形下风电场输出功率概率分布建模

摘要

全球化石燃料储备的下降，全球气候变暖的破坏性影响，人口不断增加造成能源需求不断上升，使得研究和发展低碳能源显得尤为必要。得益于风能的环境效益，风电技术的进步及政府的激励措施，风能已成为全球再生能源行业中增长最快的替代能源。然而，由于风电机组的功率输出随着风速的随机性而波动，大规模的风电场并网使得风电功率波动对系统稳定性的影响更为可观，甚至在不适当的情况下可能导致电力系统崩溃。 本文主要针对风电场的输出功率特性，首先分析介绍了含风电场发输电系统可靠性评估的相关基础理论，在研究两台风电机组在不同海拔高度下部分遮挡模型的基础上，建立了复杂地形下部分遮挡尾流效应计算模型，该模型适用于各种复杂地形下不同风电机组间的尾流影响，同样适用于平坦地形。 其次，在考虑风电机组的功率输出特性、复杂尾流效应和风电机组停运的基础上，突出考虑了连接电缆停运对可靠性建模的影响，建立了计及连接电缆故障的风电场可靠性模型。运用威布尔分布模拟风速，对风电机组和连接电缆故障进行序贯蒙特卡罗抽样仿真，利用MATLAB编写相应程序进行算例分析，结果表明复杂尾流效应模型能够相对准确地描述风电机组间尾流影响，计及连接电缆故障的风电场可靠性模型提高了原有风电场可靠性模型的精确性。 最后，通过分析风电机组输出功率的概率性，结合复杂地形部分遮挡尾流效应模型和计及连接电缆故障的风电场可靠性模型，建立了基于聚类的风电场输出功率概率分布模型。该模型将风能的随机性和风电场输出功率的概率性相结合，利用聚类思想，将风电场建模等效成为一个多状态常规机组。以IEEE-RTS79系统为例，结果表明该模型可有效模拟风电场的输出功率以及用于含风电场的电力系统可靠性评估，并能保证其精度。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 风速模型研究现状

1．2．2 风电场尾流效应模型研究现状

1．2．3 风电场可靠性建模研究现状

1．2．4 风电场输出功率概率分布建模研究现状

1．3 本文主要研究工作

第2章 含风电场发输电系统可靠性评估基础理论

2．1 引言

2．2 风电场风速模型

2．2．1 风速模型及相应参数计算方法

2．2．2 算例分析

2．3 风电机组可靠出力建模

2．3．1 风电机组出力模型

2．3．2 风电机组可靠性模型

2．4 蒙特卡罗模拟法

2．4．1 蒙特卡罗模拟法的基本原理

2．4．2 蒙特卡罗模拟法的分类及收敛性分析

2．5 发输电系统可靠性评估指标

2．6 本章小结

第3章 复杂地形下风电场尾流效应模型

3．1 引言

3．2 理想水平风电机组轴动量理论

3．3 风电场尾流效应模型

3．3．1 Jensen模型

3．3．2 Lissaman模型

3．3．3 复杂地形下部分遮挡尾流效应模型

3．3．4 多重尾流效应模型

3．4 算例分析

3．4．1 风电场相关数据

3．4．2 复杂地形对风电机组风速的影响

3．4．3 风向对风电场输出功率的影响

3．5 本章小结

第4章 计及连接电缆故障的风电场可靠性模型及其应用

4．1 引言

4．2 计及连接电缆故障的风电场可靠性建模

4．2．1 连接电缆停运建模

4．2．2 计及连接电缆故障的风电场可靠性建模

4．3 算例分析

4．3．1 计及连接电缆故障的风电场输出功率分析计算

4．3．2 风机等效可用率分析计算

4．3．3 含风电场发输电系统可靠性评估

4．4 本章小结

第5章 基于聚类的风电场输出功率概率分布模型及其应用

5．1 引言

5．2 风电机组概率输出功率模型

5．3 基于聚类的风电场输出功率概率分布模型

5．3．1 K-means聚类分析基本原理

5．3．2 K-means聚类分析步骤

5．3．3 风电场输出功率概率分布建模

5．4 算例分析

5．4．1 风电场输出功率概率分布求解

5．4．2 风电场发电充裕度评估

5．5 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研工作

致谢