含风电微电网负荷预测建模及其仿真

黎 铭，王 林，梁 冰，扈海泽，资春元，莫 异，方梦鸽，扈菲宇

(1.吉首大学信息科学与工程学院，湖南 吉首 416000；2.国网郴州供电分公司，湖南 郴州 423000;3.长沙理工大学电气与信息工程学院，湖南 长沙 410000)

风电研究包含很广，如伺服电机[1]、防雷及接地保护[2]和并网离网等.研究重点主要集中于对随机波动性及其在并网运行情况下如何降低对电网的冲击性影响[3].由于风力的不确定性，对预测误差的研究通常采用概率分布模型、随机分布变量的分布函数[4]、统计数据分析[5-6]、直接预测[7]和整合分析[8]等方法.对风电场的风速和发电功率进行准确预测，有利于电力系统调度部门及时调整调度计划，减少电力系统的运行成本和旋转备用[9].

1 微电网建模

1.1 分布式电源模型

风力发电的输出功率与风速之间的关系可用分段函数表示[3]：

(1)

1.2 蓄电池约束条件

2 算例分析

采用Matlab/Simulink搭建暂态仿真模型，模拟含风电微电网并网参与负荷预测，监测风电微电网对电力系统的影响.模型中采用的风力发电机组容量为200 kW，且发电机组带有蓄电池组，同时模型中搭建逆变器、滤波电容等相关器件.根据监测数据得到如图1所示的风力实测曲线.

图1 间歇性风力值Fig. 1 Intermittent Wind Value

图2 风特性关系Fig. 2 Wind Characteristic Relation

由图1可以看出：在随机测得的24 h风力状况中，1～14 h时间段的风力逐步上升，并在14 h左右达到风力峰值；14 h之后的风力强度开始下降，并在19 h左右达到风力输出谷值，19 h之后的风力强度逐渐恢复.

调节控制风力发电机风力信号的输入，分别设置输入参数6，7.2，8.4，9.6，10.8，12，13.2，14.4 m/s.在Matlab/Simulink构建仿真模型中，采用鼠笼感应发电机，并设置其额定输出功率为275 kW.仿真结果如图3～6所示.

图3 风电输出功率变化Fig. 3 Power Changes of Wind Power Output

图4 储能输出功率变化Fig. 4 Power Changes of Stored Energy Output

图5 负载功率变化Fig. 5 Load Power Changes

图6 系统频率变化Fig. 6 System Frequency Changes

采用风电微电网并网进行调控，其负荷预测曲线如图7所示.

图7 风电参与后的负荷曲线Fig. 7 Load Curve with Wind Power Participation

由图7可以看出，在设定并网功率的上、下限，经风力模型产生的随机风速变化后，风力发电机组发出功率与电网功率相互输送，达到最优负荷优化，通过模型求解的并网预测曲线与实测曲线很接近.

3 结语

针对风光预测出力的误差具有随机性，采用对预测误差建立概率分布模型的方法进行处理.建立了微电网及不同微网的出力模型，并对不同模型的约束条件进行求解，从而建立了针对微电网各微源的出力模型和短期内的风速分布模型.对模型进行仿真分析，得到近似于实际的负荷结果.由仿真结果可知，通过风能与电网系统的能源互联，并结合风力发电特性和电网负荷特性来调控风力发电出力，可以达到对电网负荷曲线削峰填谷、降低峰谷差和优化负荷曲线的目的.