风电运行数据预处理技术及其应用研究

发布时间：2020-08-19 11:00

【摘要】：近年来,能源危机和环境问题严重制约传统化火力发电的发展,风电产业得到快速发展。由于风电随机波动性强、间歇性显著,大规模风电并网对整个电网系统安全、稳定运行构成严重威胁,亟需解决并网风电冲击电网稳定问题。改善风电质量等相关研究成为重点关注方法,而改善风力发电质量的基础性前提和关键性技术即为提高单机风速/风功率预测性能。因此,本文基于风电场数据采集与监视控制系统(Supervisory Control And Data Acquisition,SCADA)中风机数据,对风机数据预处理技术、风速/风功率不确定性预测技术以及风机发电特性不确定性分析技术等进行深入研究。主要研究内容可归纳为四个方面:异常越限数据识别剔除技术研究。深入分析风机风速、转速、风功率等数据,结合风机运行机理、数理统计及概率论知识,进行风机越限数据识别剔除相关技术的研究,主要包括:将风机转速作为辅助识别因子,设计三维空间下明显越限数据初筛剔除机制;采用Copula方法求得风机置信等效功率边界曲线,并且定义置信度带宽比数据质量评价指标,评价边界曲线异常数据识别剔除性能;设计数据驱动的边界曲线自适应更新机制;选择风电场中具有代表性两台风机进行实例仿真测试,验证方法机制科学合理性和有效性。风机功率曲线不确定性建模。主要内容如下:考虑风机发电特性建模数据敏感性,补充缺失数据插值重构方法研究,采用双向Markov链数据重构法填补缺失数据,且进行双向重构值权重系数优化训练,精准高效地重构缺失数据点;对不同缺失数据类型分析、设计数据插值重构混合策略;基于预处理后数据,综述多种风机功率曲线定值和概率建模方法,对比分析不确定性功率曲线模型性能。风速不确定性预测技术研究。基于风速时序数据的相空间重构和相似风速序列聚类,实施多结构模型的超短期风速预测相关技术研究,简述如下:实施风速片段序列特征提取和数据降维,提高相似样本聚类的准确性和运行效率;采用高斯过程过回归(Gaussian Process Regression,GPR)算法建立多结构单步风速预测模型,且实施影响GPR模型性能的超参数优化,创新性地结合k折交叉验证法定义综合评判准则函数,用作优化过程中个体适应度的计算;以滚动迭代思想为基础,设计最优模型结构选择机制,实现精准高效超短期风速多步预测;算例仿真验证所提方法策略有效性和优越性。综合不确定性风功率预测建模。在风功率预测间接分步实现方式下,设计考虑综合不确定性的风功率预测建模机制,在分步方式下,实施风功率预测不确定性的分析、评估及综合,构建不确定性风功率预测系统。具体内容如下:结合风速不确定性预测结果和不确定性风机功率曲线模型,实现超短期风功率预测;进行仿真测试,验证间接分步方式下风功率综合不确定性预测的实现方法科学合理性和先进性。
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O21;TM614
【图文】：

１．１背景及意义逡逑电力作为一种能源利用的中间媒介，其便捷性高、传输性强等特点显著，受到普遍使逡逑用和重视。近年来，随着人类社会不断的全面革新，全球电力需求迅猛增加，用电量保持逡逑较快增速，社会各界产业用电量也均表现出较快增长，电力需求显著增强，则针对各种类逡逑型能源的开发利用，重点自然落到开展其电力资源的转换实现上。逡逑新兴风力、光伏、光热等可再生能源转换过程相对简单、转换形式多样，加之在过去逡逑很长一段时间，由于传统化石能源的长期使用，人类正面临诸多问题，如化石能源日渐枯逡逑竭、环境污染等问题［１］。因此，有必要实施传统化石能源电力转换向可再生能源电力转换逡逑的转变，全球能源领域中越来越多的研宄学者也正在竭力开展各种可再生能源开采发掘、逡逑使用形式等相关问题的探索研宄，众多清洁可再生能源中，风能的开发与利用优势突出，逡逑受到越来越多的重视和关注，风力发电规模不断扩大，发电技术日臻完善。根据２０１８版逡逑《ＢＰ世界能源统计年鉴》中关于全球风电发展统计情况，近几年风电新增及累计装机容量逡逑均保持较快增长［２］，２０１２年——２０１７年全球年新增装机容量及累计装机容量统计情况如图逡逑１－１所示；２０１７年全球风力发电量排名前十国家统计情况如图１－２所示。逡逑

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华北电力大学硕士学位论文逡逑随着全球风力发电的快速发展，也带来了一系列亟需解决的问题，其中大规模风电安逡逑全可靠并网消纳问题的解决已成为当前国内外风电进一步更大规模的开发利用关键［３］。即逡逑使近些年风电快速发展的同时其并网渗透率也在不断提高，但由于风电本身随机性强、波逡逑动性大等突出特点以及综合考虑整体电网系统运行绝对的稳定、安全和可靠，世界各国均逡逑出现了不同程度的弃风限电情况。特别地，由于国内风电开发与利用呈现出较严重的地域逡逑不对等性，使国内风力发电系统中弃风限电现象格外明显［４］，２００８年一一２０１７年我国风电逡逑新增及累计装机容量情况统计和弃风限电情况统计分别如图１－３和图１－４所示。逡逑

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本文编号：2797013