含风力发电的配电网动态无功优化研究

论文摘要

风力发电是一种新型可再生能源发电技术,因其分布广与无污染等特点,成为了最具商业开发前景的分布式发电技术之一。但随着大量风电场接入配电网,因其输出功率的不稳定,会对电力系统的无功造成影响。而电力系统无功优化是提高电网运行经济性、安全性和电能质量的重要手段。所以对含有风电场的配电网,研究更有效的无功优化技术成为了迫切需要解决的问题。本文首先分析了风力发电的原理,对变频恒速风力发电机组中最具发展潜力的双馈感应风电机组进行了全面的分析。建立了双馈感应风电机的稳态模型,并研究其功率特性。因其具有调节无功功率的能力,我们可以利用其无功功率调节能力,把它作为连续无功电源参与到配电网的动态无功优化中去。然后,本文对负荷和风电场的输出功率做出预测,因为在含有风电场的配电网中影响无功优化结果的不确定因素主要有负荷和风电场输出功率。最小二乘支持向量机（以下简称LS-SVM）具有结构简单、全局最优和推广能力强等优点,被应用于模式识别和回归处理问题等领域。本文采用聚类分析与SVM相结合的方法来预测负荷和风电场的输出功率,对样本进行模糊C均值聚类,选取与预测样本特征相似的样本作为训练样本,分别构建负荷预测和风电场输出功率预测的模型。最后,本文建立了以有功功率损耗最小为目标函数的动态无功优化模型,提出用自适应粒子群优化算法对其进行求解。基于每个时段用自适应粒子群优化算法进行静态无功优化,获得各个时段静态优化的控制设备值。通过相邻时段之间同一控制设备变化差值形成预动作表,然后动态调整动作表,最终形成完整的动态无功优化策略。仿真结果表明,本文能够有效地得到控制设备一天之内的控制方案,同时将双馈电机风电场作为无功电源可以节省风电场并网后额外安装的大容量无功补偿装置产生的配置费用,并可避免传统无功调节手段离散化和调节速度慢等问题。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景及研究意义
• 1.2 风力发电技术研究现状
• 1.3 动态无功优化的研究现状
• 1.4 本文的研究内容
• 第二章 双馈感应风电机和风电场建模
• 2.1 风力发电的原理
• 2.1.1 风力机的功率特性
• 2.1.2 风力发电机的分类
• 2.1.3 风力发电机的运行特性
• 2.1.4 风机运行时的控制方式
• 2.2 双馈感应风电机的建模
• 2.2.1 双馈感应风电机系统
• 2.2.2 双馈感应风电机稳态模型
• 2.2.3 双馈感应风电机功率特性
• 2.3 双馈感应风电场的建模
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于聚类的 LS-SVM 的负荷和风电场输出功率预测
• 3.1 模糊C 均值聚类法
• 3.2 支持向量机
• 3.2.1 支持向量机的基本原理
• 3.2.2 支持向量机的回归算法
• 3.2.3 最小二乘支持向量机
• 3.2.4 模型参数的选取
• 3.3 基于聚类和 LS-SVM 的负荷预测
• 3.3.1 样本特征量的选择
• 3.3.2 负荷预测
• 3.4 基于聚类和 LS-SVM 的风电场输出功率预测
• 3.4.1 风速预测的方法
• 3.4.2 风速和风电场输出功率预测
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于自适应粒子群算法的静态无功优化
• 4.1 粒子群算法
• 4.1.1 粒子群优化算法的优点与不足
• 4.1.2 二进制粒子群算法
• 4.2 自适应粒子群算法
• 4.3 基于自适应PSO 的静态无功优化求解步骤
• 4.4 本章小结
• 第五章 含风电场的配电网动态无功优化
• 5.1 含双馈电机风电场的配电网动态无功优化数学模型
• 5.2 动态无功优化的求解步骤
• 5.2.1 基于自适应PSO 的动态无功优化求解过程
• 5.2.2 分时段策略
• 5.2.3 动态调整动作表
• 5.3 试验分析
• 5.3.1 试验条件
• 5.3.2 试验结果分析
• 5.4 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读硕士学位期间完成的论文
• 附录B 33 节点配电系统计算数据
• 详细摘要