含風(fēng)電微電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測(cè)建模及其仿真

黎 銘，王 林，梁 冰，扈海澤，資春元，莫 異，方夢(mèng)鴿，扈菲宇

(1.吉首大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，湖南 吉首 416000；2.國(guó)網(wǎng)郴州供電分公司，湖南 郴州 423000;3.長(zhǎng)沙理工大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410000)

風(fēng)電研究包含很廣，如伺服電機(jī)[1]、防雷及接地保護(hù)[2]和并網(wǎng)離網(wǎng)等.研究重點(diǎn)主要集中于對(duì)隨機(jī)波動(dòng)性及其在并網(wǎng)運(yùn)行情況下如何降低對(duì)電網(wǎng)的沖擊性影響[3].由于風(fēng)力的不確定性，對(duì)預(yù)測(cè)誤差的研究通常采用概率分布模型、隨機(jī)分布變量的分布函數(shù)[4]、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析[5-6]、直接預(yù)測(cè)[7]和整合分析[8]等方法.對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)速和發(fā)電功率進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，有利于電力系統(tǒng)調(diào)度部門(mén)及時(shí)調(diào)整調(diào)度計(jì)劃，減少電力系統(tǒng)的運(yùn)行成本和旋轉(zhuǎn)備用[9].

1 微電網(wǎng)建模

1.1 分布式電源模型

風(fēng)力發(fā)電的輸出功率與風(fēng)速之間的關(guān)系可用分段函數(shù)表示[3]：

(1)

1.2 蓄電池約束條件

2 算例分析

采用Matlab/Simulink搭建暫態(tài)仿真模型，模擬含風(fēng)電微電網(wǎng)并網(wǎng)參與負(fù)荷預(yù)測(cè)，監(jiān)測(cè)風(fēng)電微電網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)的影響.模型中采用的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組容量為200 kW，且發(fā)電機(jī)組帶有蓄電池組，同時(shí)模型中搭建逆變器、濾波電容等相關(guān)器件.根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)得到如圖1所示的風(fēng)力實(shí)測(cè)曲線.

圖1 間歇性風(fēng)力值Fig. 1 Intermittent Wind Value

圖2 風(fēng)特性關(guān)系Fig. 2 Wind Characteristic Relation

由圖1可以看出：在隨機(jī)測(cè)得的24 h風(fēng)力狀況中，1～14 h時(shí)間段的風(fēng)力逐步上升，并在14 h左右達(dá)到風(fēng)力峰值；14 h之后的風(fēng)力強(qiáng)度開(kāi)始下降，并在19 h左右達(dá)到風(fēng)力輸出谷值，19 h之后的風(fēng)力強(qiáng)度逐漸恢復(fù).

調(diào)節(jié)控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)力信號(hào)的輸入，分別設(shè)置輸入?yún)?shù)6，7.2，8.4，9.6，10.8，12，13.2，14.4 m/s.在Matlab/Simulink構(gòu)建仿真模型中，采用鼠籠感應(yīng)發(fā)電機(jī)，并設(shè)置其額定輸出功率為275 kW.仿真結(jié)果如圖3～6所示.

圖3 風(fēng)電輸出功率變化Fig. 3 Power Changes of Wind Power Output

圖4 儲(chǔ)能輸出功率變化Fig. 4 Power Changes of Stored Energy Output

圖5 負(fù)載功率變化Fig. 5 Load Power Changes

圖6 系統(tǒng)頻率變化Fig. 6 System Frequency Changes

采用風(fēng)電微電網(wǎng)并網(wǎng)進(jìn)行調(diào)控，其負(fù)荷預(yù)測(cè)曲線如圖7所示.

圖7 風(fēng)電參與后的負(fù)荷曲線Fig. 7 Load Curve with Wind Power Participation

由圖7可以看出，在設(shè)定并網(wǎng)功率的上、下限，經(jīng)風(fēng)力模型產(chǎn)生的隨機(jī)風(fēng)速變化后，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)出功率與電網(wǎng)功率相互輸送，達(dá)到最優(yōu)負(fù)荷優(yōu)化，通過(guò)模型求解的并網(wǎng)預(yù)測(cè)曲線與實(shí)測(cè)曲線很接近.

3 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)風(fēng)光預(yù)測(cè)出力的誤差具有隨機(jī)性，采用對(duì)預(yù)測(cè)誤差建立概率分布模型的方法進(jìn)行處理.建立了微電網(wǎng)及不同微網(wǎng)的出力模型，并對(duì)不同模型的約束條件進(jìn)行求解，從而建立了針對(duì)微電網(wǎng)各微源的出力模型和短期內(nèi)的風(fēng)速分布模型.對(duì)模型進(jìn)行仿真分析，得到近似于實(shí)際的負(fù)荷結(jié)果.由仿真結(jié)果可知，通過(guò)風(fēng)能與電網(wǎng)系統(tǒng)的能源互聯(lián)，并結(jié)合風(fēng)力發(fā)電特性和電網(wǎng)負(fù)荷特性來(lái)調(diào)控風(fēng)力發(fā)電出力，可以達(dá)到對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷曲線削峰填谷、降低峰谷差和優(yōu)化負(fù)荷曲線的目的.