風(fēng)電功率預(yù)測(cè)技術(shù)與實(shí)例分析

前言

第1章 緒論

1．1 風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展概況

1．1．1 世界能源產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

1．1．2 中國(guó)能源產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

1．1．3 風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及展望

1．1．4 我國(guó)風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及展望

1．2 我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展中的問(wèn)題

1．2．1 電網(wǎng)消納能力不足

1．2．2 政策支持前景不確定

1．2．3 技術(shù)水平制約

1．3 風(fēng)電功率預(yù)測(cè)的價(jià)值和意義

1．4 風(fēng)電功率預(yù)測(cè)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

1．5 風(fēng)電功率預(yù)測(cè)技術(shù)原理及發(fā)展前景

1．5．1 風(fēng)電功率預(yù)測(cè)技術(shù)原理

1．5．2 風(fēng)電功率預(yù)測(cè)技術(shù)發(fā)展前景

1．6 風(fēng)的形成與地形對(duì)風(fēng)的影響

1．6．1 風(fēng)的形成

1．6．2 大氣邊界層風(fēng)場(chǎng)的形成

1．6．3 山區(qū)的近地風(fēng)場(chǎng)

1．6．4 沿海地區(qū)的海陸風(fēng)

1．7 小結(jié)

第2章 風(fēng)電功率預(yù)測(cè)的物理模型

2．1 基本思想

2．2 數(shù)值天氣預(yù)報(bào)

2．2．1 中小尺度的MM5模式

2．2．2 WRF模式

2．3 風(fēng)電場(chǎng)的局地建模方法

2．3．1 粗糙度估算

2．3．2 尾流模型

2．3．3 基于地形的風(fēng)電場(chǎng)建模

2．4 風(fēng)電功率映射算法

2．5 小結(jié)

第3章 風(fēng)電功率預(yù)測(cè)的統(tǒng)計(jì)模型

3．1 基本思想

3．2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型

3．2．1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基本原理

3．2．2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

3．2．3 實(shí)例分析

3．3 支持向量機(jī)模型

3．3．1 支持向量機(jī)原理

3．3．2 基于SVM的風(fēng)電功率預(yù)報(bào)建模

3．4 混沌模型

3．4．1 混沌預(yù)報(bào)基礎(chǔ)理論

3．4．2 混沌風(fēng)電功率預(yù)報(bào)實(shí)例分析

3．5 小結(jié)

第4章 風(fēng)電功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)的功能與結(jié)構(gòu)

4．1 風(fēng)電功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)的基本功能

4．1．1 建?；A(chǔ)數(shù)據(jù)要求

4．1．2 數(shù)據(jù)采集與處理

4．1．3 預(yù)測(cè)功能要求

4．1．4 數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析要求

4．1．5 軟件界面要求

4．1．6 安全防護(hù)要求

4．1．7 數(shù)據(jù)上報(bào)要求

4．1．8 性能要求

4．2 風(fēng)電功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

4．2．1 典型硬件設(shè)計(jì)方案

4．2．2 主機(jī)和通信系統(tǒng)

4．2．3 測(cè)風(fēng)塔系統(tǒng)

4．2．4 安全防護(hù)系統(tǒng)

4．3 風(fēng)電功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

4．3．1 基本功能

4．3．2 軟件架構(gòu)與開(kāi)發(fā)工具

4．3．3 核心算法與開(kāi)發(fā)工具

4．3．4 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

4．4 典型風(fēng)電功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

4．4．1 國(guó)外系統(tǒng)簡(jiǎn)介

4．4．2 國(guó)內(nèi)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

4．5 小結(jié)

第5章 典型風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)實(shí)例分析

5．1 分析對(duì)象、方法和工具

5．1．1 分析對(duì)象

5．1．2 分析方法

5．1．3 分析工具

5．2 沿海風(fēng)電場(chǎng)實(shí)例分析

5．2．1 基本情況

5．2．2 系統(tǒng)運(yùn)行分析

5．3 山地風(fēng)電場(chǎng)實(shí)例分析

5．3．1 基本情況

5．3．2 系統(tǒng)運(yùn)行分析

5．4 平原風(fēng)電場(chǎng)實(shí)例分析

5．4．1 基本情況

5．4．2 系統(tǒng)運(yùn)行分析

5．4．3 風(fēng)電功率的時(shí)變特征

5．5 小結(jié)

附錄 測(cè)風(fēng)塔技術(shù)參數(shù)

參考文獻(xiàn)

《風(fēng)電功率預(yù)測(cè)技術(shù)與實(shí)例分析》是《風(fēng)力發(fā)電工程技術(shù)叢書(shū)》之一，較為全面系統(tǒng)地介紹了風(fēng)電功率預(yù)測(cè)技術(shù)及其應(yīng)用情況。其內(nèi)容主要包括：風(fēng)電產(chǎn)業(yè)與風(fēng)電功率預(yù)測(cè)技術(shù)的發(fā)展沿革；風(fēng)電功率預(yù)測(cè)技術(shù)的原理和預(yù)測(cè)方法，包括物理模型以及統(tǒng)計(jì)模型；風(fēng)電功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)硬件部分的技術(shù)細(xì)節(jié)，包括總體設(shè)計(jì)、主機(jī)與通信系統(tǒng)、測(cè)風(fēng)塔的組成、防雷與選址、安防系統(tǒng)；風(fēng)電功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)軟件，包括軟件架構(gòu)及開(kāi)發(fā)工具、核心算法及開(kāi)發(fā)工具、數(shù)據(jù)庫(kù)等；簡(jiǎn)單介紹了國(guó)內(nèi)外風(fēng)電功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)；并對(duì)風(fēng)電功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)例分析?！讹L(fēng)電功率預(yù)測(cè)技術(shù)與實(shí)例分析》力求傳播風(fēng)電功率預(yù)測(cè)的相關(guān)知識(shí)，并試圖為風(fēng)電功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制造提供技術(shù)路線圖。

本書(shū)主要包括：緒論、風(fēng)電功率預(yù)測(cè)技術(shù)原理、風(fēng)電功率預(yù)測(cè)技術(shù)原理的物理模型、風(fēng)電功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)的功能與結(jié)構(gòu)、風(fēng)電功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)工程實(shí)例五部分。本書(shū)可供關(guān)注風(fēng)電場(chǎng)日常運(yùn)行維護(hù)的風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維人員，關(guān)注技術(shù)進(jìn)展的勘測(cè)設(shè)計(jì)人員，技術(shù)人員，關(guān)注技術(shù)進(jìn)展的大專院校學(xué)生參考使用。

《大型風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電功率建模與預(yù)測(cè)》可供研究院所和高等院校從事新能源研究領(lǐng)域的人員閱讀，也可供高等院校電氣工程專業(yè)的研究生參考。

本書(shū)系統(tǒng)地介紹了風(fēng)力發(fā)電的特點(diǎn)、數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模型及預(yù)報(bào)模式，以及風(fēng)力發(fā)電功率預(yù)測(cè)的重要性、誤差評(píng)價(jià)指標(biāo)、理論基礎(chǔ)、方法、誤差分析及應(yīng)用，從超短期預(yù)測(cè)、短期預(yù)測(cè)、中期預(yù)測(cè)、預(yù)測(cè)誤差分布不同角度應(yīng)用不同的預(yù)測(cè)模型進(jìn)行了仿真實(shí)例分析，同時(shí)給出了一套集成化風(fēng)力發(fā)電功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)。

由于風(fēng)能本身的間歇性和不確定性，采用單一預(yù)測(cè)方法所得到的風(fēng)電功率預(yù)測(cè)結(jié)果的誤差很大，無(wú)法滿足電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的需要，項(xiàng)目針對(duì)風(fēng)速序列隨時(shí)間、空間呈現(xiàn)非平穩(wěn)性變化的特征，提出了一種基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解(EMD)和支持向量機(jī)(SVM)的短期風(fēng)電功率組合預(yù)測(cè)方法，其預(yù)測(cè)誤差比單一模型降低了5%~10%，有效地提高了短期風(fēng)電功率預(yù)測(cè)的精度，對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果的誤差進(jìn)行了不確定性分析，給出了預(yù)測(cè)結(jié)果誤差評(píng)價(jià)指標(biāo)。在深入研究風(fēng)電場(chǎng)輸出功率預(yù)測(cè)值隨時(shí)間空間變化的規(guī)律的基礎(chǔ)上，建立了一種考慮風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)間的排布和尾流效應(yīng)的功率預(yù)測(cè)模型，導(dǎo)出了各個(gè)風(fēng)機(jī)間的風(fēng)速相關(guān)矩陣和輸出功率值，與僅采用統(tǒng)計(jì)算法的功率預(yù)測(cè)相比，預(yù)測(cè)精度的均方根誤差可以減小5%，能進(jìn)一步改善預(yù)測(cè)效果,將風(fēng)電場(chǎng)輸出功率的不確定性轉(zhuǎn)化為相對(duì)量化的確定性關(guān)系。 針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)不同機(jī)組處風(fēng)速分布不均勻問(wèn)題，考慮尾流效應(yīng)與風(fēng)的空間分布特性，提出了一種適用于永磁直驅(qū)變速機(jī)組風(fēng)電場(chǎng)動(dòng)態(tài)等效的多機(jī)表征方法，通過(guò)模糊聚類算法將具有相近運(yùn)行點(diǎn)的風(fēng)電機(jī)組劃分到同一機(jī)群，最后通過(guò)多個(gè)表征機(jī)群的等值機(jī)組的組合，建立基于擴(kuò)展空間分布的風(fēng)電場(chǎng)輸出功率等效暫態(tài)模型，該模型能夠反映風(fēng)電場(chǎng)輸出有功/無(wú)功、頻率和電壓的動(dòng)態(tài)特性。在此基礎(chǔ)上，提出了一種新的永磁直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組頻率-轉(zhuǎn)速協(xié)調(diào)控制策略，根據(jù)風(fēng)電機(jī)組功率的變化率調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速控制參數(shù)，使風(fēng)電機(jī)組獲得較好的頻率響應(yīng)能力，能夠有效減少風(fēng)電機(jī)組的轉(zhuǎn)矩突變和頻率波動(dòng)幅度，避免系統(tǒng)頻率的二次波動(dòng)，以獲得較好的轉(zhuǎn)速恢復(fù)特性。 針對(duì)非平穩(wěn)風(fēng)電數(shù)據(jù)中產(chǎn)生的幅值和頻率突變，研究提出了基于小波模極大值的奇異點(diǎn)辨識(shí)方法和基于自回歸滑動(dòng)平均法的數(shù)據(jù)重構(gòu)算法，為功率預(yù)測(cè)提供可靠性的數(shù)據(jù)源。開(kāi)發(fā)一套基于組合預(yù)測(cè)方法的風(fēng)電功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)通訊、數(shù)據(jù)處理、預(yù)測(cè)模型、誤差分析、預(yù)報(bào)輸出等主要功率模塊，具有一定的工程實(shí)用性，可以輔助制定合理的發(fā)電計(jì)劃，優(yōu)化開(kāi)機(jī)組合，為風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供科學(xué)決策的依據(jù)，具有較好的應(yīng)用前景。 項(xiàng)目研究期間，在國(guó)內(nèi)外期刊發(fā)表相關(guān)研究論文11篇，其中被SCI收錄1篇、EI收錄10篇，獲得國(guó)家發(fā)明專利1項(xiàng)、國(guó)家版權(quán)局授權(quán)計(jì)算機(jī)著作權(quán)15項(xiàng)。培養(yǎng)博士生1名、碩士研究生6名，培養(yǎng)指導(dǎo)國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新計(jì)劃本科生學(xué)生3名。參加國(guó)際、國(guó)內(nèi)會(huì)議6次，擔(dān)任會(huì)議分會(huì)主席2次，作大會(huì)報(bào)告和分會(huì)場(chǎng)報(bào)告3次。 2100433B