一种风电出力仿真模拟模型与方法技术

一种风电出力仿真模拟模型与方法，首先根据多风电场历史实测风速数据或者风电场历史出力数据转化，拟合风速Weibull分布的尺度参数c与形状参数k、风电场风速序列自相关系数、多风电场之间风速相关系数矩阵；同时，根据风电场季节性与日内数据规律，拟合得到风电场的日内各小时平均风速标幺曲线、各月平均风速标幺曲线；然后，采用随机微分方程结合风速的随机特性以及空间相关性，建立随机微分方程模拟模型，模拟生成符合历史数据随机特征的风速时间序列；再根据风电机组的功率特性曲线以及随机停运数据，生成各风电场风机的出力时间序列。本发明专利技术用于解决大规模新能源并网下电网运行不确定性问题，提高电网运行能力和效果。

【技术实现步骤摘要】
一种风电出力仿真模拟模型与方法
本专利技术涉及电力运行领域，尤其涉及一种风电出力仿真模拟模型与方法。
技术介绍
随着我国新能源的飞速发展，新能源出力的随机性和间隙性给电力系统的运行与规划带来了较大的影响。由于新能源出力存在一定的随机性、波动性与不确定性，大规模新能源发电并网将对电力系统的电源出力结构、运行形态、运行的节能性与经济性等方面具有显著影响：1)当大规模新能源并网接入后，系统不仅在负荷侧存在不确定性，而且在发电侧也存在不确定性。因此，调度运行中需要留取更多的备用应对新能源出力的不确定性。2)风电、太阳能光伏发电等可再生新能源的出力取决于天气情况，在调度运行中无法像常规机组一样可控，这给系统的调度运行带来诸多挑战，包括对机组启停的影响、对系统调峰容量与调峰能力的需求、以及需要不同类型机组之间的协调配合等。3)由于目前可再生能源出力预测精度较低，可再生能源的随机性与不可控性为系统调度运行带来诸多不确定因素，在客观上要求调度计划更加灵活，能够包容可再生能源多种出力可能性。尤其是受系统调峰能力不足、跨区间联网交换容量限制等因素限制，我国“三北”地区“弃风”电量加大现象越来越严重，新能源接纳问题日益突出。目前，电力系统运行模拟结果无法与电网规划中潮流计算有效衔接，潮流计算一般应用夏大、夏小、冬大、冬小四个典型方式，没有真实反映新能源消纳导致的电网输电通道或断面重载，电网规划工作精细化水平亟待提高，需要在电网规划方案拟定、安全稳定校核阶段，充分考虑新能源随机出力特点，提高电网规划工作的针对性。随着我国跨区电网互联规模扩大、电网结构日趋复杂以及新能源快速发展，多形态电源运行方式对电网运行方式的影响将变得更加复杂多样，仅针对典型运行方式的评估与分析无法满足电力系统规划分析的要求，传统的人工决策方式难以适应新能源接入带来的不确定性分析要求，需要以电力系统精细化运行模拟技术为基础的电网运行关键技术。目前考虑大规模新能源并网的运行模拟研究中存在以下问题：(1)缺乏基于时序负荷曲线的时序运行模拟评估手段。相比传统基于持续负荷曲线的随机生产模拟，考虑时序负荷特性、考虑新能源随机特性与电网约束的时序运行模拟模型与方法，能够考虑系统的调峰约束、备用约束、电网约束等实际调度运行需求，深入评估系统规划方案在调度运行层面的合理性。(2)目前的研究主要针对典型或极端的运行场景，难以考虑新能源出力的不确定性与波动性，需要研究能够考虑电网运行形态多样性，全面评估电力规划方案的经济性、可靠性和合理性的运行模拟技术，实现考虑多类型电源、多区域新能源消纳的协调运行方式、逐日小时级的精细化模拟。充分利用新能源发电，不仅是电力系统优化调度的重要项目，也是我国能源发展战略的重要组成部分。
技术实现思路
本专利技术提供一种风电出力仿真模拟模型与方法，用于解决大规模新能源并网下电网运行不确定性问题，提高电网运行能力、提高电网运行、规划效果，从而缓解当前新能源消纳不足的问题，对于我国可再生能源发展以及实施节能减排与低碳发展战略起到重要促进作用。本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种风电出力仿真模拟模型，首先根据多风电场历史实测风速数据或者风电场历史出力数据转化，拟合风速Weibull分布的尺度参数c与形状参数k、风电场风速序列自相关系数、多风电场之间风速相关系数矩阵；同时，根据风电场季节性与日内数据规律，拟合得到风电场的日内各小时平均风速标幺曲线、各月平均风速标幺曲线；然后，采用随机微分方程结合风速的随机特性以及空间相关性，建立随机微分方程模拟模型，模拟生成符合历史数据随机特征的风速时间序列；再根据风电机组的功率特性曲线以及随机停运数据，生成各风电场风机的出力时间序列。如上所述的一种风电出力仿真模拟模型，所述随机微分方程模拟模型为：其中θ≥0，Wt为标准布朗运动，v(Xt)是定义在(l,u)上的非负函数,如上所述的一种风电出力仿真模拟模型，根据所述随机微分方程模拟风速的时间序列，设风速符合尺度参数与形状参数分别为c和k的Weibull分布：则，u为平均风速：其中，F(x)是f(x)对应的分布函数，Γ(a)为伽马函数，θ取为风电场的自相关衰减系数Γ(x,a),x≥0为不完全伽马函数：最终单风电场出力可由下式迭代计算生成：如上所述的一种风电出力仿真模拟模型，根据多维布朗运动Wt的各维分量生成各风电场风速序列。如上所述的一种风电出力仿真模拟模型，根据风电场风速的季节性与日内数据规律，对随机生成的风速序列进行修正，获得风电场出力公式：其中：Pit为风电场i在t时刻的出力；nit为风电场i在t时刻的可用风机率；ηi为风电场尾流效应系数；Ci(·)为风电机组出力特性曲线；kih和kim分别为风速的日特性与季节特性修正系数。如上所述的一种风电出力仿真模拟模型，所述风电机组出力特性曲线Ci(·)由以下公式获得：其中，vin，vrated与vout分别为风电机组切入风速、额定风速与切出风速，R为风电额定出力。本专利技术还提供了一种风电出力仿真模拟方法，包括如上任一所述的风电出力仿真模拟模型，包括如下步骤：S1.根据风电场风速统计特征参数,获取风速概率分布、风速时序自相关系数、风电场风速相关系数矩阵以及风电场月平均风速、日平均风速曲线；S2.对风速概率分布、风速时序自相关系数、风电场风速相关系数矩阵进行归一化处理，获得风电场归一化模拟风速时序曲线；S3.将步骤S2中的风电场归一化模拟风速时序曲线结合风电场月平均风速、日平均风速曲线获得风电场发电能力时序曲线；S4.再将步骤S3中的风电场发电能力时序曲线结合风机可靠性模型、风电场风速尾流效应，获得多风电场总出力时序曲线。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1、本专利技术的仿真模拟模型采用随机微分方程这一关键技术，考虑了风电场出力的分布特性、波动特性、季特性、日特性以及空间相关性，同时计及风电场发电元件的功率特性以及随机停运，能够得到符合历史数据随机特征的风速时间序列，有利于在电网运行与规划中获得高质量、完整的风电场出力数据。2、本专利技术考虑时序负荷特性、风电场随机特性与电网约束的时序运行模拟模型与方法，能够考虑系统的调峰约束、备用约束、电网约束等实际调度运行需求，深入评估电网系统规划方案在调度运行层面的合理性。3、综合考虑新能源出力的不确定性与波动性，需要研究能够考虑电网运行形态多样性，实现考虑多类型电源、多区域新能源消纳的协调运行方式、逐日小时级的精细化模拟。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍。图1是山东省电网风电场规划分区图；图2是山东省年平均风速图；图3是山东省内陆地区月平均风速图；图4是山东省沿海地区各月平均风速分布图；图5是山东省内陆地区风速日分布曲线图；图6是山东省沿海地区风速日分布曲线图；图7是山东省风电全年出力图(预测2025年)；图8是山东省风电总出力时序曲线与持续曲线图(预测2025年)图9是山东省风模拟结果统计月特性图(预测2025年)；图10是本专利技术方法的流程图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种风电出力仿真模拟模型，其特征在于，首先根据多风电场历史实测风速数据或者风电场历史出力数据转化，拟合风速Weibull分布的尺度参数c与形状参数k、风电场风速序列自相关系数、多风电场之间风速相关系数矩阵；同时，根据风电场季节性与日内数据规律，拟合得到风电场的日内各小时平均风速标幺曲线、各月平均风速标幺曲线；然后，采用随机微分方程结合风速的随机特性以及空间相关性，建立随机微分方程模拟模型，模拟生成符合历史数据随机特征的风速时间序列；再根据风电机组的功率特性曲线以及随机停运数据，生成各风电场风机的出力时间序列。

【技术特征摘要】
1.一种风电出力仿真模拟模型，其特征在于，首先根据多风电场历史实测风速数据或者风电场历史出力数据转化，拟合风速Weibull分布的尺度参数c与形状参数k、风电场风速序列自相关系数、多风电场之间风速相关系数矩阵；同时，根据风电场季节性与日内数据规律，拟合得到风电场的日内各小时平均风速标幺曲线、各月平均风速标幺曲线；然后，采用随机微分方程结合风速的随机特性以及空间相关性，建立随机微分方程模拟模型，模拟生成符合历史数据随机特征的风速时间序列；再根据风电机组的功率特性曲线以及随机停运数据，生成各风电场风机的出力时间序列。2.根据权利要求1所述的一种风电出力仿真模拟模型，其特征在于，所述随机微分方程模拟模型为：其中θ≥0，Wt为标准布朗运动，v(Xt)是定义在(l,u)上的非负函数,3.根据权利要求2所述的一种风电出力仿真模拟模型，其特征在于，根据所述随机微分方程模拟风速的时间序列，设风速符合尺度参数与形状参数分别为c和k的Weibull分布：则，u为平均风速：其中，F(x)是f(x)对应的分布函数，Γ(a)为伽马函数，θ取为风电场的自相关衰减系数Γ(x,a),x≥0为不完全伽马函数：最终单风电场出力可由下式迭代计算生成：4.根据权利要求3所述的一种风电出力仿真模拟模型，其特征在于，根据多维布朗运动Wt的各维分量生成各风电场风...

【专利技术属性】
技术研发人员：田鑫，李雪亮，吴健，李琨，曾军，赵龙，王艳，郑志杰，张杰，牟宏，汪湲，高效海，张丽娜，张玉跃，付一木，魏鑫，袁振华，朱毅，高晓楠，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司经济技术研究院，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37