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Adaptive VSG control of flywheel energy storage array for frequency support in microgrids

Global Energy Interconnection 2024年第5期7卷 563-576页

作者： Penghui Ren Jingwen Zheng Liang Qin Ruyin Sun Shiqi Yang Jiangjun Ruan Kaipei Liu tinghui ouyang Hubei Key Laboratory of Power Equipment&System Security for Integrated Energy Wuhan 430072P.R.China School of Electrical Engineering and Automation Wuhan UniversityWuhan 430072P.R.China Electric Power Research Institute State Grid Hubei Electric Power Co.Ltd.Wuhan 430077P.R.China Center for Computational Sciences University of Tsukuba(UT)Ibaraki 305-8577Japan

The application of virtual synchronous generator(VSG)control in flywheel energy storage systems(FESS)is an effective solution for addressing the challenges related to reduced inertia and inadequate power supply in *** the significant variations among individual units within a flywheel array and the poor frequency regulation performance under conventional control approaches,this paper proposes an adaptive VSG control strategy for a flywheel energy storage array(FESA).First,by leveraging the FESA model,a variable acceleration factor is integrated into the speed-balance control strategy to effectively achieve better state of charge(SOC)equalization across ***,energy control with a dead zone is introduced to prevent SOC of the FESA from exceeding the *** dead zone parameter is designed based on the SOC warning intervals of the flywheel array to mitigate its impact on regular *** addition,VSG technology is applied for the grid-connected control of the FESA,and the damping characteristic of the VSG is decoupled from the primary frequency regulation through power differential *** ensures optimal dynamic performance while reducing the need for frequent involvement in frequency ***,a parameter design method is developed through a small-signal stability ***,considering the SOC of the FESA,an adaptive control strategy for the inertia damping and the P/ωdroop coefficient of the VSG control is proposed to optimize the grid support services of the ***,the effectiveness of the proposed control methods is demonstrated through electromagnetic transient simulations using MATLAB/Simulink.

关键词： Flywheel array control Virtual Synchronous Generator Microgrid Frequency regulation Adaptive control

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A Survey of Wind Power Ramp Forecasting

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Energy and Power Engineering 2013年第4期5卷 368-372页

作者： tinghui ouyang Xiaoming Zha Liang Qin School of Electrical Engineering Wuhan University Wuhan China

At home and broad, more wind power is being installed in electricity markets, the influence brought by wind power become more important on power system stability, especially the fluctuation, the uncertainty in wind power production and multi-time scale of the wind. In order to forecast ramp events before the power system encountering failure, so that the operator can adopt some limited controlling strategy. This paper introduces the present status of the wind power ramp prediction at home and abroad. And it gives out four kinds of definitions of ramp events, which are used by many scholars, then provides various forecasting error algorithm. In the aspect of prediction models, it comes up with physical models and statistical models, and enumerates various examples of different models. Finally, it prospects the tendency of the model improvement about the wind power ramp events forecasting, which would be significant for ramp research.

关键词： Ramp Events Forecasting Physical Models Statistical Models

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风电功率爬坡事件预测时间窗选取建模

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中国电机工程学报 2015年第13期35卷 3204-3210页

作者：欧阳庭辉查晓明秦亮熊一夏添武汉大学电气工程学院湖北省武汉市430072

为了解决多长时间段的风电功率预测数据能够有效地完成爬坡事件预测,提出爬坡预测窗口的选取问题。假设以一个预测窗内能完整预测一个爬坡事件为目标,根据预测时间窗内冗余信息最小建立数学规划模型。然后,结合历史爬坡事件持续时间的... 详细信息

为了解决多长时间段的风电功率预测数据能够有效地完成爬坡事件预测,提出爬坡预测窗口的选取问题。假设以一个预测窗内能完整预测一个爬坡事件为目标,根据预测时间窗内冗余信息最小建立数学规划模型。然后,结合历史爬坡事件持续时间的统计分析和风电功率数据本身的可预测性研究,分析模型最优解的存在性并给出模型的参数约束范围和实现算法。其次,以美国BPA区域的风电功率数据为实例,根据具体的模型求解过程,仿真得到模型的最优解,并以该最优解作为预测时间窗的选取。最后,根据预测评估指标验证该时间窗具有较好的预测性能,从而说明该预测窗口对爬坡事件分析的有效性,和该预测窗口选取模型用于爬坡事件预测的可行性。

关键词：风电爬坡事件预测时间窗冗余时间爬坡持续时间可预测性

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中长期风电功率的多气象变量模型组合预测方法

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电网技术 2016年第3期40卷 847-852页

作者：欧阳庭辉查晓明秦亮熊一黄鹤鸣武汉大学电气工程学院湖北省武汉市430072

为了预防和控制危害性风电功率事件,提出多气象变量模型的组合预测方法,以实现中长期高精度风电功率预测。该方法利用数值天气预报提供的气象数据预测长期风电趋势,同时局部采用多变量模型改善预测精度。为了保证多变量模型的有效性,首... 详细信息

为了预防和控制危害性风电功率事件,提出多气象变量模型的组合预测方法,以实现中长期高精度风电功率预测。该方法利用数值天气预报提供的气象数据预测长期风电趋势,同时局部采用多变量模型改善预测精度。为了保证多变量模型的有效性,首先采用Granger因果检测法筛选出对风电功率预测有效的气象变量。其次,针对不同气象变量进行数据结构分析,并根据其动力学特性单独建立合适的预测模型,然后采用线性或非线性机制对不同气象变量预测结果进行组合,完成组合预测模型的建立。最后,通过对实例数据仿真,实现了中长期风电功率预测,并结合误差分析验证了组合预测模型的有效性,且预测结果为后续中长期风电功率事件分析提供了基础。

关键词：风电功率预测气象变量组合模型因果检测

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基于时序数据动态天气划分的短期风电功率预测方法

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电网技术 2019年第9期43卷 3353-3359页

作者：熊音笛刘开培秦亮欧阳庭辉何佳奕武汉大学电气工程学院

依据天气模式分别建立预测模型是短期风电功率预测精细化的有效手段。传统基于聚类划分天气类别的风电功率预测方法,常采取提取特征量的思路“退化”适应聚类方法,而特征量难以全面反映复杂天气的变化信息,会削弱划分的可靠性。为保留... 详细信息

依据天气模式分别建立预测模型是短期风电功率预测精细化的有效手段。传统基于聚类划分天气类别的风电功率预测方法,常采取提取特征量的思路“退化”适应聚类方法,而特征量难以全面反映复杂天气的变化信息,会削弱划分的可靠性。为保留各天气类型的动态变化性质,提出了一种基于时序数据动态天气划分的风电功率预测方法:采用t-分布邻域嵌入的非线性降维方法对相关气象指标进行降维处理;利用基于改进绝对距离、增速距离、波动距离组合指标的面板数据层次聚类方法对历史天气进行类别划分;针对不同风电天气类型,选取邻近日分别建立基于支持向量机回归的风电功率预测模型。通过甘肃某风电场群数据的验证,与基于特征提取天气划分的风电功率预测方法相比,文中提出方法的精确性有明显改善,验证了该风电功率预测改进方法的有效性。

关键词：风电功率预测风电天气划分面板数据层次聚类支持向量机回归邻近日

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基于相似性修正的风电功率爬坡事件预测方法

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中国电机工程学报 2017年第2期37卷 572-580页

作者：欧阳庭辉查晓明秦亮熊一黄鹤鸣武汉大学电气工程学院湖北省武汉市430072

为了满足爬坡预测所需的长期高精度风电功率预测要求,提出基于相似性修正的风电功率爬坡预测方法。该方法首先根据Granger因果检测法提取数值天气预报(numerical weather prediction,NWP)中对风电功率预测有效的气象变量,保证基于气象... 详细信息

为了满足爬坡预测所需的长期高精度风电功率预测要求,提出基于相似性修正的风电功率爬坡预测方法。该方法首先根据Granger因果检测法提取数值天气预报(numerical weather prediction,NWP)中对风电功率预测有效的气象变量,保证基于气象变量和统计模型的混合预测模型的可实现性,并以支持向量回归模型作为基本预测模型。其次,结合历史数据分析气象背景相似性与爬坡事件相似性,给出相似爬坡事件的选取机制。考虑到较高精度的风电功率预测可提高爬坡预测的性能,为此,结合相似爬坡的功率变化修正风电功率的预测结果,并由误差指标分析验证修正模型的优越性。最后,对实际算例进行仿真分析,验证基于相似性修正的风电功率预测模型的可行性。

关键词：风电功率爬坡预测多变量模型支持向量回归机相似爬坡事件

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风电功率短时骤降的极值统计分析

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电力系统保护与控制 2015年第7期43卷 8-15页

作者：夏添查晓明秦亮欧阳庭辉武汉大学电气工程学院湖北武汉430072

风电功率短时骤降是大规模风电发电中需要有效处理的问题之一,如何描述风电功率短时骤降的极值分布尚缺乏有效方法。基于大量实测数据的分析,研究了不同时间尺度的风电功率下降幅值的高分位数变化的规律,发现在较短时间尺度下风电功率... 详细信息

风电功率短时骤降是大规模风电发电中需要有效处理的问题之一,如何描述风电功率短时骤降的极值分布尚缺乏有效方法。基于大量实测数据的分析,研究了不同时间尺度的风电功率下降幅值的高分位数变化的规律,发现在较短时间尺度下风电功率骤降极值与风电功率下降幅值的总体分布的标准差的比值较大。采用广义Pareto分布描述风电功率短时骤降的概率分布的尾部,广义Pareto分布的T年重现水平适合作为风电功率骤降极值的指标。在不同并网容量和时间尺度利用广义Pareto分布对风电功率骤降极值进行建模,分析表明:并网容量的增加可以降低风电功率骤降极值与并网容量的比值,但在超过一定容量后有饱和效应,风电功率骤降极值随时间尺度的增加呈非线性缓慢增长。

关键词：风电功率短时骤降极值分位数广义Pareto分布时间尺度

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风电功率爬坡事件预测时间窗口的选取

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电网技术 2015年第2期39卷 414-419页

作者：欧阳庭辉查晓明秦亮熊一朱小帆武汉大学电气工程学院湖北省武汉市430072

为了完整、高效地预测爬坡事件,提出在一个合适的时间窗口内进行风电功率预测和爬坡事件识别的方法,并重点讨论如何选取合适的预测时间窗。首先通过历史爬坡事件的识别,统计爬坡持续时间的分布规律;利用数据相关性分析研究实例样本数据... 详细信息

为了完整、高效地预测爬坡事件,提出在一个合适的时间窗口内进行风电功率预测和爬坡事件识别的方法,并重点讨论如何选取合适的预测时间窗。首先通过历史爬坡事件的识别,统计爬坡持续时间的分布规律;利用数据相关性分析研究实例样本数据的可预测性;综合2者的结果确定爬坡预测时间窗口取值的可选范围。其次,基于预测时间窗的目标要求,提出可能的分析指标,在给定取值范围内寻找满足要求的最优时间窗口作为所求预测窗。最后以美国BPA地区的风电功率数据为实例,仿真求出该数据集的预测窗口大小为4.5 h,通过多个评估指标验证了该预测时间窗对实例爬坡预测的有效性。该工作为爬坡事件的预测奠定了重要基础。

关键词：爬坡事件预测时间窗口持续时间可预测性

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基于强对流天气判别的风功率爬坡预报方法研究

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中国电机工程学报 2016年第10期36卷 2690-2698页

作者：熊一査晓明秦亮陈正洪欧阳庭辉夏添武汉大学电气工程学院湖北省武汉市430072 湖北省公共气象服务中心湖北省武汉市430074

该文讨论一种基于强对流天气判别的风功率爬坡预报模型。首先选出指定区域中可以表征历史强对流天气的动力学和热力学特征的预报因子,再采用费希尔判别法将历史大风型强对流天气进行归纳分析,以得到预报因子的加权系数,进而确定判别强... 详细信息

该文讨论一种基于强对流天气判别的风功率爬坡预报模型。首先选出指定区域中可以表征历史强对流天气的动力学和热力学特征的预报因子,再采用费希尔判别法将历史大风型强对流天气进行归纳分析,以得到预报因子的加权系数,进而确定判别强对流天气的预报方程。根据数值天气预报的数据分析得出强对流天气的预报结果,引入模板参数法将强对流天气参数库进行爬坡气象类型识别,并修正了风速预报数据,从而得到更准确的预报结果。结合风电场实际运行状况、电力系统的调度方式,以及区域电网的热备用启动速度和承受能力确定风功率爬坡定义。由此引入启发式分割算法对强对流天气预报结果进行突变检测,可得到风功率爬坡场景的定性预报结果,最终形成基于强对流天气判别的风功率爬坡预测方法。

关键词：风功率预测强对流天气爬坡定义数值天气预报费希尔判别法参数模板法启发式分割算法

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基于小波特征提取和筛选的爬坡事件分类

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中国电机工程学报 2016年第9期36卷 2373-2380页

作者：欧阳庭辉查晓明秦亮熊一夏添黄鹤鸣武汉大学电气工程学院湖北省武汉市430072

为了便于对不同爬坡事件采取有针对性的控制调度策略,该文提出采用小波变换挖掘爬坡事件内部特征,并筛选出有效的能量特征用于指导爬坡分类。首先分析小波变换的原理和多分辨率特性,给出小波能量特征的提取方法。其次,结合类内稳定和类... 详细信息

为了便于对不同爬坡事件采取有针对性的控制调度策略,该文提出采用小波变换挖掘爬坡事件内部特征,并筛选出有效的能量特征用于指导爬坡分类。首先分析小波变换的原理和多分辨率特性,给出小波能量特征的提取方法。其次,结合类内稳定和类间差异的目标,以离散度矩阵为参考,使用判别分析法筛选出有效特征。最后文中以美国BPA区域2013年的风电数据为实例,按照风过程的类别生成3类爬坡样本,并根据文中所提方法训练得到爬坡分类器,然后对实例数据进行爬坡分类和验证。结果表明,小波能量特征对于区分不同类别爬坡事件具有可行性,同时筛选的小波特征对于进一步改善爬坡分类的性能具有重要意义。

关键词：爬坡事件分类小波变换多分辨率特性特征筛选

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