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风电输出功率预测方法与系统

作　者: 刘兴杰
导　师: 杨奇逊；米增强
学　校: 华北电力大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 风电输出功率预测 EMD 混沌分析功率曲线预测系统
分类号: TM614
类　型: 博士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

风电具有波动性和间歇性,大规模风电接入系统对电网的安全稳定运行带来了严峻挑战。风电输出功率预测是解决大规模风电接入问题的关键技术之一,可以为风、光、储、水等多种电源多点接入互补运行和接入电网的调度控制提供支持。目前,国内针对风电输出功率预测方法的研究还不够深入,预测系统的开发相对较少,缺乏成熟的实践经验。可见,对风电输出功率预测方法进行研究具有重要的理论意义和现实意义。本文以两个典型的风电场为对象,对风速预测方法、功率曲线建模方法和风电输出功率预测方法展开了系统的研究,以探求精度更高的风电输出功率预测方法,并为风电输出功率预测技术路线的制定和预测系统的开发提供指导。同时,根据需求分析研发了风电输出功率预测系统。主要成果如下:1、风速预测是风电输出功率预测的重要基础,对风速预测方法进行了研究。1)提出了一种以经验模式分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)为核心的风速预测新方法,通过与常规风速预测方法对比分析,对基于EMD的风速单步和多步预测方法进行了系统研究。结果表明,由于经过EMD处理,原始风速时间序列被自适应地分解为多个相互正交的分量,从而降低了建模和预测难度,提高了风速预测精度。同时,基于EMD的风速直接多步预测模型中,对重构所得分量多步预测结果进行自适应叠加,能够削减偏差较大分量对整体预测结果的影响,进一步提高多步预测精度。2)提出了一种基于混沌分析和RBF的风速直接多步预测方法,通过与其它常规方法对比分析,表明由于对原始风速时间序列进行了相空间重构,能够更好地反映风速内在变化规律,并且为RBF网络结构的确定和训练样本的选择提供依据,故其直接多步预测精度较RBF更高。2、基于功率曲线进行风电功率预测是一种有效方法,对功率曲线建模方法进行了研究,提出了一种新方法-指数遗忘建模法,通过测试表明,以实测风速或预测风速作为输入求取功率,指数遗忘法均具有较高的精度。该方法物理意义明确,简单易行,适用于风电输出功率预测。3、对风电输出功率预测方法进行了系统研究,包括两种预测途径和多种预测算法。结果表明,进行风电输出功率超短期预测时,应根据不同的预测对象选择相应预测方法,而预测时采用基于EMD的算法能够普遍提高预测精度。在此基础上,提出了适合我国国情的风电输出功率预测技术路线。同时指出,当进行风电输出功率短期预测时,在数值天气预报数据积累不足和不够成熟稳定的情况下,采用功率曲线法较神经网络法具有更高的精度。4、开发了风电输出功率预测系统,实现了对风电输出功率的超短期和短期预测。在多个风电场和地区电网调度的实际运行结果表明,系统安全可靠、用户界面友好,可操作性强,能够高精度地实现预测功能,且不受风电机组检修、停机、风电场扩建的限制。

全文目录

摘要  6-8
ABSTRACT  8-14
第1章绪论  14-22
  1.1 课题背景及意义  14-17
    1.1.1 风电发展概况  14-15
    1.1.2 风电发展面临的问题  15-17
    1.1.3 风电输出功率预测的意义  17
  1.2 风电输出功率预测的研究现状  17-20
    1.2.1 风电输出功率预测方法  17-20
    1.2.2 风电输出功率预测系统  20
  1.3 风电输出功率预测研究存在的问题  20-21
  1.4 本课题的研究内容  21-22
第2章风电场数据获取及统计规律研究  22-36
  2.1 引言  22
  2.2 风电场数据的预处理  22-24
    2.2.1 测风塔数据的质量控制  22-23
    2.2.2 风电场监控系统数据的质量控制  23-24
  2.3 风电场数据统计规律研究  24-35
    2.3.1 风速变化规律及其统计特性研究  24-32
    2.3.2 风向统计规律  32-34
    2.3.3 发电量统计规律  34-35
  2.4 本章小结  35-36
第3章基于EMD 的风速预测方法研究  36-67
  3.1 引言  36-37
  3.2 EMD 方法介绍  37-41
    3.2.1 EMD 的基本原理  37-39
    3.2.2 EMD 的算法步骤  39
    3.2.3 EMD 的相关特性  39-40
    3.2.4 EMD 方法的改进  40-41
  3.3 基于EMD 的风速预测方法研究  41-65
    3.3.1 常用风速预测方法简介  42-48
    3.3.2 风速单步预测方法研究  48-54
    3.3.3 风速多步预测方法研究  54-65
  3.4 本章小结  65-67
第4章风电输出功率预测方法研究  67-84
  4.1 引言  67
  4.2 功率曲线建模方法研究  67-73
    4.2.1 常用建模方法介绍  68-69
    4.2.2 基于指数遗忘模型的功率曲线建模方法  69-70
    4.2.3 功率曲线建模结果及分析  70-73
  4.3 风电输出功率预测方法研究  73-82
    4.3.1 超短期预测方法  73-79
    4.3.2 短期预测方法  79-82
  4.4 风电输出功率预测技术路线  82
  4.5 本章小结  82-84
第5章风电输出功率预测系统开发与应用  84-97
  5.1 引言  84
  5.2 需求分析  84-86
    5.2.1 系统目标  84
    5.2.2 用户需求  84-85
    5.2.3 功能需求  85-86
  5.3 构架设计  86-90
  5.4 系统实现  90-91
  5.5 系统应用  91-95
    5.5.1 系统软硬件要求  91
    5.5.2 系统展示  91-95
  5.6 本章小结  95-97
第6章结论及展望  97-99
参考文献  99-104
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果  104-106
攻读博士学位期间参加的科研工作  106-107
致谢  107-108
作者简介  108-109
详细摘要  109-116

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