計(jì)及山地風(fēng)資源特性的風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功控制方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種計(jì)及山地風(fēng)資源特性的風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)目刂品椒?，包括以下步驟：對(duì)目標(biāo)山地風(fēng)電場(chǎng)各風(fēng)機(jī)的實(shí)測(cè)歷史風(fēng)速序列進(jìn)行特征分解，獲得風(fēng)速序列的空間特征向量的各分量及各分量對(duì)應(yīng)的方差貢獻(xiàn)率；按照各空間特征向量方差貢獻(xiàn)率由大到小排列，選出第一個(gè)方差貢獻(xiàn)率最高的空間特征向量；根據(jù)所屬方差貢獻(xiàn)率最高的空間特征向量的各分量相對(duì)大小安排風(fēng)機(jī)的出力，并對(duì)各個(gè)風(fēng)電場(chǎng)出力水平進(jìn)行離線(xiàn)優(yōu)化計(jì)算，得到各風(fēng)機(jī)的無(wú)功出力值；根據(jù)各風(fēng)機(jī)的無(wú)功出力值對(duì)風(fēng)機(jī)及無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行控制。
【專(zhuān)利說(shuō)明】計(jì)及山地風(fēng)資源特性的風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功的控制方法，尤其涉及一種計(jì)及山地風(fēng)資源特性的風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功的控制方法，屬于電力系統(tǒng)新能源發(fā)電領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)電是一種間歇式能源，出力具有隨機(jī)性和波動(dòng)性的特征，在傳統(tǒng)的普通風(fēng)電場(chǎng)中由于集電線(xiàn)路很短，這種波動(dòng)性所帶來(lái)的風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)的電壓?jiǎn)栴}并不明顯。
[0003]然而隨著山地風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)展，山地風(fēng)電場(chǎng)具有集電線(xiàn)路長(zhǎng)、風(fēng)資源分散性強(qiáng)、變化快的特點(diǎn)，這導(dǎo)致了山地風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)有較明顯的無(wú)功電壓?jiǎn)栴}，已經(jīng)發(fā)生過(guò)多起由于電壓不合格導(dǎo)致的部分風(fēng)機(jī)脫網(wǎng)事故，因此充分考慮山地風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)地形和風(fēng)資源的差異，建立合適的無(wú)功電壓控制方法和策略，對(duì)山地風(fēng)電的開(kāi)發(fā)、指導(dǎo)實(shí)際山地風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行具有重大意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]綜上所述，確有必要提供一種能夠充分考慮山地風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)地形和風(fēng)資源的差異的風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功控制方法。
[0005]一種計(jì)及山地風(fēng)資源特性的風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)目刂品椒?，包括以下步驟:對(duì)目標(biāo)山地風(fēng)電場(chǎng)各風(fēng)機(jī)的實(shí)測(cè)歷史風(fēng)速序列進(jìn)行特征分解，獲得風(fēng)速序列的空間特征向量的各分量及各分量對(duì)應(yīng)的方差貢獻(xiàn)率；按照各空間特征向量方差貢獻(xiàn)率由大到小排列，選出第一個(gè)方差貢獻(xiàn)率最高的空間特征向量；根據(jù)所屬方差貢獻(xiàn)率最高的空間特征向量的各分量相對(duì)大小安排風(fēng)機(jī)的出力，并對(duì)各個(gè)風(fēng)電場(chǎng)出力水平進(jìn)行離線(xiàn)優(yōu)化計(jì)算，得到各風(fēng)機(jī)的無(wú)功出力值；根據(jù)各風(fēng)機(jī)的無(wú)功出力值對(duì)風(fēng)機(jī)及無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行控制。
[0006]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功控制方法，以山地風(fēng)資源特性為基礎(chǔ)，利用特征分解在挖掘資源共性與特性方面的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行山地風(fēng)資源特性提取，適應(yīng)存在明顯地形起伏導(dǎo)致風(fēng)資源分散性強(qiáng)、風(fēng)速變化快的山地風(fēng)電場(chǎng)，改善了山地風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)的電壓分布，提高了優(yōu)化控制的速度。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1為本發(fā)明提供的計(jì)及山地風(fēng)資源特性的風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功控制方法的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0008]下面根據(jù)說(shuō)明書(shū)附圖并結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)一步詳細(xì)表述。
[0009]請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明提供的計(jì)及山地風(fēng)資源特性的風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功控制方法，包括如下步驟:
[0010]步驟S10，對(duì)目標(biāo)山地風(fēng)電場(chǎng)各風(fēng)機(jī)的實(shí)測(cè)歷史風(fēng)速序列進(jìn)行特征分解，獲得風(fēng)速序列的空間特征向量及與各空間特征向量對(duì)應(yīng)的方差貢獻(xiàn)率；
[0011]步驟S20，按照各空間特征向量方差貢獻(xiàn)率由大到小排列，選出第一個(gè)方差貢獻(xiàn)率最聞的空間特征向量；
[0012]步驟S30，按照空間特征向量的相對(duì)大小安排風(fēng)機(jī)的出力，并對(duì)各個(gè)風(fēng)電場(chǎng)出力水平進(jìn)行離線(xiàn)優(yōu)化計(jì)算，得到各風(fēng)機(jī)的無(wú)功出力值；
[0013]步驟S40，根據(jù)各風(fēng)機(jī)的無(wú)功出力值對(duì)風(fēng)機(jī)及無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行控制。
[0014]在步驟SlO中，所述空間特征向量及其對(duì)應(yīng)的方差貢獻(xiàn)率的獲取具體包括如下步驟:
[0015]步驟S11，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)機(jī)進(jìn)行編號(hào)，并得到風(fēng)機(jī)的實(shí)測(cè)風(fēng)速序列。
[0016]對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的所有風(fēng)機(jī)進(jìn)行編號(hào)，假設(shè)風(fēng)電場(chǎng)有m臺(tái)風(fēng)機(jī)，則某時(shí)刻t所述風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)所有風(fēng)機(jī)的風(fēng)速可以用一個(gè)m維向量Xt來(lái)表示，設(shè)已知有η個(gè)時(shí)刻的實(shí)測(cè)風(fēng)速序列:
[0017](Xi t，Xgt，...，Χ?」.，...，Xmt)，t_ I j 2 j...j π (I)
[0018]式中，Xij為i號(hào)風(fēng)機(jī)在時(shí)刻j時(shí)的風(fēng)速。
[0019]步驟S12，根據(jù)風(fēng)機(jī)的實(shí)測(cè)風(fēng)速序列，構(gòu)建實(shí)測(cè)風(fēng)速序列的協(xié)方差矩陣Σ。
[0020]所述協(xié)方差矩陣Σ為一個(gè)m行m列的矩陣，它的第i行第j列元素具體表示如下:
[0021 ]Xij = XilXj^Xi2Xj2+...+XinXjn (2)
[0022]步驟S13，計(jì)算協(xié)方差矩陣Σ的特征值λ。
[0023]所述特征值λ可通過(guò)解以下方程式得到:
[0024]Σ-λ I = O (3)
[0025]式中，I為單位矩陣。設(shè)解式⑶可得到k個(gè)解，記為λ i，i = 1，2，…k。
[0026]步驟S14，針對(duì)每個(gè)特征值λ i，求特征值λ j對(duì)應(yīng)的單位特征向量Vp
[0027]所述單位特征向量Vi可通過(guò)以下公式獲取:
[0028](Σ-λ I)V = O (4)
[0029]k個(gè)特征值λ可以得到k個(gè)單位特征向量，記為Vi, i = 1，2，…k，每個(gè)單位特征向量Vi又稱(chēng)為描述空間特征的空間特征向量。
[0030]步驟S15，計(jì)算每個(gè)單位特征向量Vi的方差貢獻(xiàn)率Qi。
[0031]所述單位特征向量Vi的方差貢獻(xiàn)率Qi可通過(guò)以下公式計(jì)算:

【權(quán)利要求】
1.一種計(jì)及山地風(fēng)資源特性的風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功控制方法，包括以下步驟: 對(duì)目標(biāo)山地風(fēng)電場(chǎng)各風(fēng)機(jī)的實(shí)測(cè)歷史風(fēng)速序列進(jìn)行特征分解，獲得風(fēng)速序列的空間特征向量及與個(gè)空間特征向量對(duì)應(yīng)的方差貢獻(xiàn)率； 按照各空間特征向量的方差貢獻(xiàn)率由大到小排列，選出第一個(gè)方差貢獻(xiàn)率最高的空間特征向量； 按照空間特征向量的相對(duì)大小安排風(fēng)機(jī)的出力，并對(duì)各個(gè)風(fēng)電場(chǎng)出力水平進(jìn)行離線(xiàn)優(yōu)化計(jì)算，得到各風(fēng)機(jī)的無(wú)功出力值； 根據(jù)各風(fēng)機(jī)的無(wú)功出力值對(duì)風(fēng)機(jī)及無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行控制。
2.如權(quán)利要求1所述的計(jì)及山地風(fēng)資源特性的風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功控制方法，其特征在于，風(fēng)速序列的空間特征向量及對(duì)應(yīng)的方差貢獻(xiàn)率包括如下步驟: 對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)機(jī)進(jìn)行編號(hào)，并得到風(fēng)機(jī)的實(shí)測(cè)風(fēng)速序列； 根據(jù)風(fēng)機(jī)的實(shí)測(cè)風(fēng)速序列，構(gòu)建實(shí)測(cè)風(fēng)速序列的協(xié)方差矩陣Σ ； 計(jì)算協(xié)方差矩陣Σ的特征值A(chǔ)i; 針對(duì)每個(gè)特征值Xi，求特征值對(duì)應(yīng)的多個(gè)單位特征向量Vi ;以及 計(jì)算每個(gè)單位特征向量Vi的方差貢獻(xiàn)率Q”
3.如權(quán)利要求2所述的計(jì)及山地風(fēng)資源特性的風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功控制方法，其特征在于，設(shè)風(fēng)電場(chǎng)有m臺(tái)風(fēng)機(jī)，以m維向量Xt來(lái)表示某時(shí)刻t所述風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)所有風(fēng)機(jī)的風(fēng)速，則η個(gè)時(shí)刻的實(shí)測(cè)風(fēng)速序列:
Xt (Xit，^2t?...，Xij，...，Xmt)，t_I，2，...，η ; 式中，Xu為i號(hào)風(fēng)機(jī)在時(shí)刻j時(shí)的風(fēng)速。
4.如權(quán)利要求2所述的計(jì)及山地風(fēng)資源特性的風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功控制方法，其特征在于，所述協(xié)方差矩陣Σ為一個(gè)m行m列的矩陣，它的第i行第j列元素具體表示如下:
Σ Jj 一 XiiXji+Xi2Xj2+...+XinXjn。
5.如權(quán)利要求4所述的計(jì)及山地風(fēng)資源特性的風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功控制方法，其特征在于，所述特征值λ通過(guò)解以下方程式得到:
Σ-λ 11 = O, 式中，I為單位矩陣，解方程式得到k個(gè)解，記為Xi，i = l，2r-k。
6.如權(quán)利要求5所述的計(jì)及山地風(fēng)資源特性的風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功控制方法，其特征在于，所述單位特征向量V可通過(guò)以下公式獲取:
(Σ-λ I) V = O, 其中，k個(gè)特征值λ可以得到k個(gè)單位特征向量,記為Vi, i = 1，2，…k,每個(gè)單位特征向量Vi即為描述空間特征的空間特征向量。
7.如權(quán)利要求6所述的計(jì)及山地風(fēng)資源特性的風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功控制方法，其特征在于，所述單位特征向量Vi的方差貢獻(xiàn)率Qi通過(guò)以下公式計(jì)算:
8.如權(quán)利要求7所述的計(jì)及山地風(fēng)資源特性的風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功控制方法，其特征在于，按照方差貢獻(xiàn)率Qi的大小將單位特征向量Vi由大到小進(jìn)行排列，并選出方差貢獻(xiàn)率Qi最高的單位特征向量Vmax，將其余單位特征向量舍去不考慮。
9.如權(quán)利要求1所述的計(jì)及山地風(fēng)資源特性的風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功控制方法，其特征在于，各個(gè)風(fēng)電場(chǎng)出力水平進(jìn)行離線(xiàn)優(yōu)化計(jì)算包括如下步驟: 將風(fēng)電場(chǎng)可能的出力水平范圍(O~Pmax)進(jìn)行離散化處理: ? = 0，1，2，"％?_(單位:麗)， 其中P為風(fēng)電場(chǎng)的整體出力水平，Pmax為風(fēng)電場(chǎng)的最大出力； 將所選出的空間特征向量表示為:
Vnlax = (Vl，V2.…，Vm)T， 根據(jù)每個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的整體出力水平P計(jì)算對(duì)應(yīng)的各風(fēng)機(jī)的假想出力Pi為:
Pi = P*Vi/ Ol+V2 +…+Vm)， 式中Pi為第i臺(tái)風(fēng)機(jī)的假想出力； 在各風(fēng)機(jī)假想有功出力情況下，分別對(duì)風(fēng)機(jī)的無(wú)功出力進(jìn)行離線(xiàn)優(yōu)化，優(yōu)化模型為:
式中g(shù)為風(fēng)機(jī)的臺(tái)數(shù)，Ui為節(jié)點(diǎn)i電壓實(shí)測(cè)值，Uref為機(jī)端電壓參考值，Pei和Qei分別是節(jié)點(diǎn)i風(fēng)機(jī)發(fā)出的有功功率和無(wú)功功率，Pu和Qu分別是是節(jié)點(diǎn)i的有功負(fù)荷和無(wú)功負(fù)荷，Qci為節(jié)點(diǎn)i的無(wú)功補(bǔ)償裝置發(fā)出的無(wú)功補(bǔ)償值，Gij和Bu分別為節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j間的節(jié)點(diǎn)電導(dǎo)和節(jié)點(diǎn)電納，S u是節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j之間電壓的相角差，Qcd min和Qcd max分別為無(wú)功補(bǔ)償裝置補(bǔ)償量的上下限，Qei min和Qei _分別為雙饋發(fā)電機(jī)無(wú)功出力的上下限。
10.如權(quán)利要求9所述的計(jì)及山地風(fēng)資源特性的風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功控制方法，其特征在于，風(fēng)機(jī)及無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行控制包括如下步驟: 測(cè)得風(fēng)電場(chǎng)實(shí)時(shí)有功出力，找到與實(shí)時(shí)有功出力對(duì)應(yīng)的離散出力水平P ; 調(diào)取離散出力水平P下的離散優(yōu)化結(jié)果，以該離散優(yōu)化結(jié)果作為初值，按風(fēng)機(jī)的無(wú)功出力的離線(xiàn)優(yōu)化模型進(jìn)行計(jì)算，得到風(fēng)機(jī)及無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的無(wú)功出力值； 根據(jù)風(fēng)機(jī)及無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的無(wú)功出力值對(duì)風(fēng)機(jī)及無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行控制。
【文檔編號(hào)】H02J3/16GK104201686SQ201410356118
【公開(kāi)日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年7月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月24日
【發(fā)明者】喬穎, 魯宗相, 吳林林 申請(qǐng)人:清華大學(xué), 國(guó)家電網(wǎng)公司, 華北電力科學(xué)研究院有限責(zé)任公司