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分腔肋片强化相变蓄热器性能研究

分腔肋片强化相变蓄热器性能研究

作者：朱哲昊东北电力大学

学位级别：硕士

相变储热(LHTES)系统由于蓄热密度大,温度波动范围小,其是解决太阳能热储存间歇性和不稳定性的关键技术。在电厂调峰,智慧节能建筑等方面具有广阔的发展前景。目前,广泛使用的水平套管式LHTES单元的底部相变材料(PCM)熔化缓慢导致其整... 详细信息

相变储热(LHTES)系统由于蓄热密度大,温度波动范围小,其是解决太阳能热储存间歇性和不稳定性的关键技术。在电厂调峰,智慧节能建筑等方面具有广阔的发展前景。目前,广泛使用的水平套管式LHTES单元的底部相变材料(PCM)熔化缓慢导致其整体蓄热效率较低,限制了其进一步的推广。本文针对这个问题,对水平式套管相变蓄热器的结构进行优化设计,并开展了以下研究工作:本文首先在第3章提出了一种底部分腔肋片设计,以改善传统水平套管式LHTES单元(Case 1)底部熔化缓慢的问题。即利用不同角度的对称分腔肋片(120°,90°,60°)将环形空间分隔成上下两个体积不等的扇形区域的方式,以进一步改善底部熔化进程。其中,扇形区域填充的相变材料(PCM)为PCM 1。结果表明这三种分腔肋片LHTES单元(Case 2-t,Case 2-n,Case 2-s)相较于Case 1都可以在不同的程度上改善各项热力学性能。其中Case 2-s的各项性能达到最佳,其次是Case 2-n,再次是Case 2-t。然而,分腔肋片LHTES单元的上/下扇形区域的完全熔化进程仍不同步。因此,有必要进一步优化蓄热单元结构。然后根据以上存在问题,本文第4章在分腔肋片LHTES单元的基础上,利用分腔肋片构造了非均匀不同组合比例(2:1,3:1,5:1)的上下级联PCM相变蓄热单元。以进一步同步上/下扇区的完全熔化进程。其中,上部扇形区域填充的相变材料为PCM 1,下部扇区填充的相变材料为PCM 2。研究结果表明,这三种分腔肋片上下级联式LHTES单元(Case2-T,Case 2-N,Case 2-S)相较于Case 1都可以在不同程度上改善完全熔化均匀性,温度场均匀性,以及各项热力学性能评价指标。对于分腔肋片上下级联式LHTES单元来说,Case 2-N结构可以在扇形区域内几乎同时熔化两种PCM,达到了最佳的熔化性能。然而,Case 2-S在减小熵产数,提高(火用)效率方面更有优势。此外,在不同的传热流体(HTF)工况下,Case 2-N都保持着最佳的熔化性能,而Case 2-S的(火用)性能更有优势。另外,增加HTF的进口温度与质量流量可以强化传热速率,但(火用)效率会有所减少。最后,为了详细解释分腔肋片上下级联式LHTES单元的优越性的原因,本文在第5章挑选了一种典型蓄热单元Case 2-N,并将其与Case 2-n,Case 1的热力学性能进行对比。结果表明,相较于Case 1与Case 2-n,Case 2-N不仅达到了最佳的完全熔化均匀性,温度场均匀性,其各项热力学性能评价指标也有较为明显的改善。这主要归因于高导热性的分腔肋片与低熔点的PCM 2的联合强化作用进一步改善了Case 2-N下部扇区的传热性能与熔化进程,更好的平衡了上/下扇形区域的传热速率。本文结果可为水平套管式LHTES单元的结构优化提供一定的参考价值。

关键词：数值模拟分腔肋片上下级联PCM 相变蓄热热力学性能

ZTC新型碳材料离子液体超级电容器的电容特性研究

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ZTC新型碳材料离子液体超级电容器的电容特性研究

作者：陈睿峰东北电力大学

学位级别：硕士

太阳能、风能等清洁可再生能源的高效开发利用能够有效控制化石能源带来的各种危害,但间歇不连续性是制约其规模化发展的主要因素。高效的储能技术是解决新能源发电随机性、波动性问题的有效方式,使得大规模风电及光伏光热发电可靠安全... 详细信息

太阳能、风能等清洁可再生能源的高效开发利用能够有效控制化石能源带来的各种危害,但间歇不连续性是制约其规模化发展的主要因素。高效的储能技术是解决新能源发电随机性、波动性问题的有效方式,使得大规模风电及光伏光热发电可靠安全并入常规电网,为可再生能源的发展提供有力支撑。其中,双电层超级电容器是一种基于固液界面静电吸附作用而存储电能的新型高效储能装置,具有充放电时间短、循环寿命长、功率密度高、温度适应性好等诸多优势。然而,能量密度低是限制双电层超级电容器应用及发展的主要因素。孔隙丰富的新型ZTC碳材料电极与电压窗口宽的离子液体电解质的有机结合能够大幅度提高超级电容器能量密度。但离子液体在ZTC电极内的吸附、输运、动态储能微观机理尚不清楚,严重制约了其结构设计。本论文采用分子动力学模拟方法,从微观层面深入探究离子液体在新型多孔碳材料中的吸附和扩散机理。通过分析离子的扩散率、数密度等关键参数,表征离子在多孔碳材料内部的输运行为。同时引入离子密闭度(DOC)、每碳电荷补偿(CCPC)等参数,量化分析离子在多孔材料中的吸附情况,从而更全面、深入地理解超级电容器的储能机制。首先,研究了不同离子大小、孔径尺寸和孔隙性状对离子输运特性的影响。选用[EMI][BF4]作为溶剂,结合多种型号的ZTC多孔碳材料让离子自由扩散并进行模拟分析。模拟结果表明,离子液体的扩散系数和DOC的大小主要受阴离子尺寸和多孔碳的孔隙大小共同影响。在某些情况下,阴离子尺寸越大其扩散能力和吸附效果反而更好,模拟结果表明离子尺寸和孔隙的配合度是影响离子输运特性的主要原因。然后,构建了以TUN型材料为电极的超级电容器模型,以探究不同材料对电容性能的影响。研究表明不同电极带电量会显著影响离子的吸附数量,同时在材料结构相似的情况下拥有更广阔内部空间的材料吸附的离子数量更多,不过在电极带电量较大的情况下,因电荷间的相互作用反而导致离子吸附数量减少。研究还发现中微孔径的TUN材料的电容要显著大于小微孔径的其他ZTC材料,同时不同TUN材料的电势分布曲线虽然有所差别但电容的差距并不显著。最后,在离子液体中加入水分子和乙腈分子进行分子动力学模拟,研究乙腈对含水离子液体在超级电容器中的影响。模拟结果表明,乙腈分子的存在能够有效调节离子中阴阳离子间的相互作用,进而提升离子的活跃度,并显著降低离子液体的粘度。相较于未添加乙腈分子的情况,引入乙腈使材料对离子的吸附数量显著增加。此外研究还发现,仅需少量乙腈分子即可显著改变离子液体理化性质,而过量乙腈对溶液性能的影响则相对有限。

关键词：多孔碳材料离子液体分子动力学超级电容器

一体化烟气处理系统脱硫脱硝实验及动力学研究

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一体化烟气处理系统脱硫脱硝实验及动力学研究

作者：刘炳阳东北电力大学

学位级别：硕士

我国中小型燃煤锅炉单机容量小、装机数量大、分布分散,具有难以集中解决烟气治理的问题。此外,专门针对中小型燃煤锅炉的烟气脱硫脱硝技术和设备尚未实现商业量产。因此,研究适合中小型燃煤锅炉的烟气脱硫脱硝技术和设备至关重要。本... 详细信息

我国中小型燃煤锅炉单机容量小、装机数量大、分布分散,具有难以集中解决烟气治理的问题。此外,专门针对中小型燃煤锅炉的烟气脱硫脱硝技术和设备尚未实现商业量产。因此,研究适合中小型燃煤锅炉的烟气脱硫脱硝技术和设备至关重要。本研究设计搭建的实验台具有结构简单、成本低、性能稳定占地面积小以及改造成本低的特点,而且避免了将大型火电机组烟气净化设备成套搬至中小型锅炉中所造成的成本较高的问题,能够同时对烟气进行脱硫脱硝处理。为中小型燃煤锅炉烟气脱硫脱硝一体化处理提供一定的理论和实践基础。首先,本文搭建了一种烟气处理量为0～40m3/h的烟气同时脱硫脱硝实验装置,该装置采用臭氧预氧化技术,并结合以Na2CO3为吸收剂的洗涤塔和光氧活性炭一体技术的工艺路线。通过改变实验参数,研究了温度、Na/S摩尔比和臭氧加入量对同时脱硫脱硝效率的影响。结果发现:当烟气温度在100～150℃时,洗涤塔内的脱硫脱硝效率随着温度的升高出现不同的变化,脱硫效率会随着温度升高出现下降的趋势,而脱硝效率则会有些许升高;Na/S摩尔比的增加对脱硫效率的提升效果明显,反之对脱硝效率的提升效果并不明显,当Na/S摩尔比增加至一定程度后,对脱硫效率的提升效果也不再明显;臭氧投入量的增加对脱硝效率的提升效果尤为显著,主要是因为臭氧的增加,增加了NO的氧化率,臭氧的增加对脱硫效率的提升并不明显。当烟气温度150℃、吸收液Na/S摩尔比为1.0,O3/NO摩尔比为1.0时,该实验装置在处理SO2浓度为1000mg/m3、NO浓度为700mg/m3的烟气时,脱硫效率可达到98.7%,脱硝效率可达到96.5%,且二者的出口浓度分别为13mg/m3和24mg/m3,均达到污染物排放标准。其次,在实验的基础上,利用COMSOL Multiphysics数值模拟软件对气体混合罐中O3氧化NO的过程进行模拟研究。通过数值模拟研究了烟气温度、O3/NO摩尔比、SO2浓度、反应停留时间等因素对NO氧化率的影响。结果发现:当温度高于150℃后,O3分解趋势明显增大,因此NO氧化率也开始下降;通过对O3/NO摩尔比NO氧化率影响的研究发现,O3氧化NO的过程是分步进行的,首先NO被氧化成NO2,然后被深度氧化成NO3和N2O5,而且O3/NO摩尔比的变化基本不会对SO2的氧化产生影响;SO2的加入和浓度变化不会对NO的氧化产生影响;O3与NO发生完全反应所需时间较短,当反应的停留时间超过0.4s时,NO的氧化率基本稳定并达到98%左右;烟气含氧量对NO氧化率的影响并不明显。

关键词：中小型燃煤锅炉脱硫脱硝一体化臭氧氧化 COMSOL模拟

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一种分裂源双输出T型三电平逆变器的研究

一种分裂源双输出T型三电平逆变器的研究

作者：王浩东北电力大学

学位级别：硕士

随着新能源发电并网占比的升高,光伏发电容量也连年升高,多电平逆变器的性能优于两电平逆变器,所以,多电平逆变器被广泛应用在光伏发电并网场景中。光伏发电并网一般为了更好地利用光伏板发出的电能,常常在并网的同时为负载供电,因此使... 详细信息

随着新能源发电并网占比的升高,光伏发电容量也连年升高,多电平逆变器的性能优于两电平逆变器,所以,多电平逆变器被广泛应用在光伏发电并网场景中。光伏发电并网一般为了更好地利用光伏板发出的电能,常常在并网的同时为负载供电,因此使用双输出逆变拓扑来减少使用的开关管数量也是电力电子拓扑发展的一个趋势。传统的电压源逆变器是降压拓扑,在许多应用场景中,为了满足输出侧电压的高幅度要求,通常在逆变器拓扑之前添加升压拓扑,而两级式拓扑增加了能量传输路径,为了降低能量损耗,目前将两级式拓扑中的升压环节与逆变环节耦合在一起构成单级式拓扑是一种办法。本文提出了一种分裂源双输出T型三电平逆变拓扑,利用分裂源逆变拓扑对双输出T型三电平变换器进行改进。在原分裂源拓扑的基础上,每个分裂源拓扑都加入了一个二极管,为分裂源拓扑在上输出状态为NNN或下输出状态为PPP时,对电容单独充电提供路径,从而使得上、下电容电压可以单独控制。逆变环节的两个直流电容使用了分裂源结构进行单独的升压控制,简化了电容电压控制方法;开关管的复用节约了开关管的使用数量;分裂源拓扑将直流电源升压为电容电压,从而降低了直流电源高电压幅值的要求。针对所提拓扑使用的调制策略,提出了一种基于输入、输出参数确定调制参数范围的整定方法。逆变过程存在一组关于调制度、逆变环节直流侧电压和逆变环节交流输出电压基波幅值之间的等式约束关系,直流升压过程存在一组关于占空比、电源电压和逆变环节直流侧电压之间的等式约束关系,调制过程存在一组关于调制参数之间以及调制参数与-1、0和1之间的不等约束关系,结合这几组约束关系,从而可以确定调制参数的取值范围,还针对同频同相、同频异相和异频三种工作模式下的调制参数整定方法进行了简化。研究了在使用的SPWM策略和在正弦调制波中注入不同谐波的调制策略下电感电流纹波。首先,结合电感充电、放电过程,分析了SPWM策略下电感电流的谐波分量,然后,分析了三次谐波注入PWM、空间矢量脉宽载波调制中的Max-Min PWM的谐波幅值和不连续PWM的谐波直流偏移量,以最大限度地减少相应调制策略对电感和电容的需求,同时降低调制策略的复杂性。最后在实验室搭建了所提分裂源双输出T型三电平逆变器的实验样机,分别在同频同相和异频两种工作模式下进行了实验。验证了所提拓扑的可行性、调制参数选择方法的可行性以及在相同硬件条件下不同调制策略对低频纹波含量的不同影响。

关键词：三电平双输出分裂源逆变器纹波含量

考虑时空关联特性的规模化风电场风速及风功率预测

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考虑时空关联特性的规模化风电场风速及风功率预测

作者：蒋迪遥东北电力大学

学位级别：硕士

十四五规划提出“双碳”目标后,电力行业将重点围绕风、光等新能源构建新型电力系统。其中风力发电作为较成熟的可再生能源发电技术之一,已经成为我国乃至世界能源发电的重要组成部分。风速的间歇性与波动性对风能的利用产生较大影响,... 详细信息

十四五规划提出“双碳”目标后,电力行业将重点围绕风、光等新能源构建新型电力系统。其中风力发电作为较成熟的可再生能源发电技术之一,已经成为我国乃至世界能源发电的重要组成部分。风速的间歇性与波动性对风能的利用产生较大影响,本文结合国家重点研发计划(2022YFB2404001)、国家重点研发计划(2021YFB2400802)及多项国家电网科技项目(XM202401095、***-2023008),综合考虑风电机群汇聚效应影响下的时空关联特性,提出基于聚类机群时空关联拓扑的时空图记忆风速预测模型,并通过构建机群风速-功率等值模型采用间接法实现风功率预测。论文阐述了风力发电预测技术的背景意义与研究的重要性,首先量化分析了规模化机群汇聚效应影响下风速的波动平抑特性,据此改进k-means聚类解耦风电场为若干子机群,提升子机群的类内风速互补性,增强类内风机耦合关联,进而提高后续风速预测模型的特征捕获性能。进一步考虑各子机群内部风机的时、空关联特性,量化各子机群内部风机的地理空间关联与风速时序关联,提出时空关联系数评估机群时空相关性,同时考虑尾流效应影响,构建最优时空关联拓扑生成算法,生成最优关联拓扑显化机群时空关联特性,提升后续预测模型的时空表征性能。结合最优关联拓扑及风速关联属性建立机群风速时空图数据集合,并构建适用于处理时空图数据的时空图记忆网络,利用图注意力模块提取空间特征,并结合时序记忆网络处理时序信息,输出机群平均风速超短期预测结果,最后将模型应用于实际风电场的风速预测,通过对比分析,验证了所提方法的准确性和有效性。针对风电机群风速-功率等值模型构建问题,将单机实测风速-功率特性曲线构建思路应用于风电机群,提出考虑机群风速-功率时空分布特性的风功率间接预测模型。将尾流效应下单机风速及功率的波动特征推广至机群,分析了汇聚效应下机群风速-功率的时空分布特性,基于该特性选择机群平均风速与机群平均功率构建实测风速-功率特性曲线作为机群风速-功率等值模型,采用四分位-DBSCAN方法清洗异常数据,利用高斯核回归方法拟合实测特性曲线,最终将机群风速-功率实测特性曲线应用于风功率预测,输入机群风速预测值得到机群功率预测值,通过不同方法的风功率预测对比,验证了所提方法的有效性。

关键词：汇聚效应最优关联拓扑时空图记忆网络风速-功率时空分布机群风速-功率等值模型

基于分布鲁棒机会约束的微电网有功-无功投标交易策略

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电力系统自动化 2024年

作者：陈厚合付麟博张儒峰姜涛李雪现代电力系统仿真控制与绿色电能新技术教育部重点实验室(东北电力大学)

含高渗透率分布式电源的微电网（HP-DGMG）中分布式电源的不确定性会对投标收益产生影响，甚至增加微电网和配电系统的运行风险。考虑微电网中分布式光伏不确定性，本文提出一种基于分布鲁棒机会约束的配电市场下HP-DGMG有功-无功投标... 详细信息

含高渗透率分布式电源的微电网（HP-DGMG）中分布式电源的不确定性会对投标收益产生影响，甚至增加微电网和配电系统的运行风险。考虑微电网中分布式光伏不确定性，本文提出一种基于分布鲁棒机会约束的配电市场下HP-DGMG有功-无功投标交易方法。首先，考虑HPDGMG售电与购电两种市场交易特性，构建配电市场环境下HP-DGMG的投标与交易框架，进一步建立配电市场下HP-DGMG有功和无功交易的双层投标模型；其次，引入DRCC处理微电网中分布式光伏发电的不确定性，构建基于矩信息的HP-DGMG有功-无功投标分布鲁棒优化模型，利用条件风险价值理论和对偶理论，将HP-DGMG投标分布鲁棒模型转化为二阶锥规划形式；然后，利用原-对偶counterpart方法，提出考虑光伏不确定性的配电市场环境下HP-DGMG投标的单层均衡约束数学规划（MPCE）模型，并转化为混合整数二阶锥规划问题进行求解；最后，通过位于7节点配电网和33节点配电网的HP-DGMG进行分析验证，结果验证了所提HP-DGMG投标交易策略的有效性。

关键词：微电网投标策略分布鲁棒机会约束原-对偶counterpart方法均衡约束数学规划模型配电市场

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近空间升华法制备锗硒太阳能电池的优化研究

近空间升华法制备锗硒太阳能电池的优化研究

作者：贺伟兰东北电力大学

学位级别：硕士

硒化亚锗（GeSe）具有原材料丰富无毒、制备工艺简单和性质稳定等优点,是制备薄膜太阳能电池的理想材料。在GeSe太阳能电池中,GeSe薄膜充当电池的吸光层,其晶化程度显著影响着器件的光电性能。本文系统研究了不同衬底温度对GeSe薄膜特性... 详细信息

硒化亚锗（GeSe）具有原材料丰富无毒、制备工艺简单和性质稳定等优点,是制备薄膜太阳能电池的理想材料。在GeSe太阳能电池中,GeSe薄膜充当电池的吸光层,其晶化程度显著影响着器件的光电性能。本文系统研究了不同衬底温度对GeSe薄膜特性和GeSe太阳能电池性能的影响,并采用添加缓冲层的方法诱导了更高质量GeSe薄膜的生长,以此进一步提升GeSe太阳能电池的光电性能。除此之外,又对Zn O电子传输层（ETL）的应用进行了初步探索。研究内容主要分为如下三个部分:（1）衬底温度对GeSe薄膜及其太阳能电池性能的研究。首先,采用近空间升华（CSS）法制备GeSe薄膜,证明了退火工艺是制备晶化薄膜的关键所在,并将晶化与未晶化的GeSe薄膜应用于GeSe太阳能电池中。其次,分别采用不同的衬底温度制备不同晶化程度的GeSe薄膜。当衬底温度为280°C时,GeSe薄膜晶化程度最高,导电能力最强,获得了PCE为2.130%,VOC为0.299 V,JSC为16.815 m A·cm2,FF为42.137%的GeSe太阳能电池,并选择此实验条件进行后续GeSe薄膜太阳能电池研究。（2）缓冲层对GeSe薄膜及其太阳能电池性能的研究。首先,采用CSS法制备缓冲层,分别探究以硫化锑、硒化锑（Sb2Se3）为缓冲层时,电池性能的差别,并与无缓冲层的电池进行比较。以Sb2Se3为缓冲层时,促进了光电载流子的运输和收集,减少了载流子复合。以此为基础,采用不同的衬底温度制备不同晶化程度的Sb2Se3缓冲层。当衬底温度为275°C时,Sb2Se3缓冲层晶化程度最高,高晶化的Sb2Se3缓冲层的应用可以改变衬底表面特性,从而影响GeSe吸收层的后续结晶。结果表明,将高晶化的Sb2Se3缓冲层应用于GeSe太阳能电池中,获得了PCE为2.673%,VOC为0.242 V,JSC为25.512 m A·cm2,FF为43.367%的GeSe太阳能电池。（3）当Zn O为ETL时,对GeSe薄膜太阳能电池性能的初步探索。首先采用旋涂法制备Zn O ETL,并应用于GeSe薄膜太阳能电池中,此时的电池几乎没有任何的PCE。发现退火技术使Zn O扩散上移至GeSe薄膜之上,退火虽然解决了GeSe薄膜的晶化问题,但Zn O上移扩散显著地降低了GeSe薄膜的质量。除此之外,采用喷雾热解法也可制备Zn O ETL,此时制备的GeSe薄膜太阳能电池获得了0.612%的PCE。对于进一步提升GeSe太阳能电池性能,可对Zn O ETL进行氯化物的处理、其他元素的掺杂和工艺制备的调节等方法,结合这些方法进行综合优化,以获得更高效的GeSe薄膜太阳能电池器件。本论文主要调控了GeSe薄膜的晶化程度,提高了GeSe薄膜的质量以及相应器件的效率,为制备高效的GeSe薄膜太阳能电池提供参考。

关键词：硒化亚锗太阳能电池衬底温度晶化退火

考虑用户侧分时碳计量与需求响应的综合能源系统低碳优化调度

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考虑用户侧分时碳计量与需求响应的综合能源系统低碳优化调度

作者：张佳林东北电力大学

学位级别：硕士

本文深入研究了“电-气-热-冷-储”综合能源系统的优化策略,通过高效的能源管理和先进技术的应用,实现能源利用最优化与碳排放量最小化。本研究通过构建一个涵盖多种能源设备的复杂模型,详细分析了各种能源之间和存储技术之间的互联互... 详细信息

本文深入研究了“电-气-热-冷-储”综合能源系统的优化策略,通过高效的能源管理和先进技术的应用,实现能源利用最优化与碳排放量最小化。本研究通过构建一个涵盖多种能源设备的复杂模型,详细分析了各种能源之间和存储技术之间的互联互通性以及如何利用调度策略和市场机制来优化系统的整体性能。在模型构建阶段,本文综合考虑了光伏机组、风电机组、热电联产机组、燃气锅炉、电转气装置、电制冷机、吸收式制冷机、蓄电池和储热罐等多种能源设备。通过对这些设备的综合调度和管理,形成了一个能够高效利用可再生能源和传统能源的综合能源系统。文章强调了通过设备间的协同作用,可以在满足用户能源需求的同时,显著提高系统的能效和经济性。本文提出了分时碳计量机制,通过引入不同时间段的购买电力和热能碳排放因子,鼓励用户形成低碳排放量的用能习惯,从而减少整个系统碳排放。通过算例分析,该机制可以有效减少系统的碳排放量和运行成本。此外,文章还探讨了电转气在促进系统低碳运行方面的潜力,特别是通过甲烷化反应余热的回收,进一步增强了系统的能源效率。分析表明,引入分时碳计量机制和电转气技术,不仅可以减少系统的碳排放量,还可以降低9%的运行成本。为了深入研究绿证交易和综合需求响应对系统优化调度的积极影响,本文建立了一个含电-热-冷负荷的综合需求响应模型,以系统的总运营成本最小为目标。通过电力、冷能和热能负荷的可调节特性,以及能源转换装置的应用,实现了负荷之间的有效耦合和互补。算例分析验证了绿证交易和综合需求响应策略不仅能降低系统运营成本,还能促进风光的消纳量,从而提升系统的经济效益和低碳性能。本文的研究为综合能源系统的低碳优化提供了有效策略和解决方案,通过综合能源管理和技术创新,可以有效降低系统的运营成本,提高能源供应的可靠性,同时减少环境影响。这些成果对于促进可持续能源发展和实现低碳经济转型具有重要的理论和实践意义。

关键词：综合能源系统分时碳计量甲烷化反应热绿证交易综合需求响应

计及多源数据因果关系的风电功率短期概率预测

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计及多源数据因果关系的风电功率短期概率预测

作者：张书天东北电力大学

学位级别：硕士

随着双碳目标的提出,我国电力行业对可再生能源的需求不断上涨。风能作为一种绿色清洁能源,其大规模开发不但有利于我国新能源产业的可持续发展,而且也是遏制能源危机和防止环境污染的有效途径。由于风能自身的随机性、波动性和间歇性,... 详细信息

随着双碳目标的提出,我国电力行业对可再生能源的需求不断上涨。风能作为一种绿色清洁能源,其大规模开发不但有利于我国新能源产业的可持续发展,而且也是遏制能源危机和防止环境污染的有效途径。由于风能自身的随机性、波动性和间歇性,大规模风电并网会对现代电力系统的安全稳定产生重要影响。准确的风电功率预测可以帮助电网调度部门的决策提供良好基础,在提高电网经济性的同时减少由风电随机性带来的不良影响。风电场功率数据作为风力发电特性分析的原始数据源,若直接对包含异常值的风电数据进行建模,会降低预测模型的准确性,进而导致预测精度的下降。本文提出了一种基于改进Kullback Leibler重要性程序估计(Improved Kullback Leibler Importance Estimation Program,IKLIEP)-四分位模型的风电场异常数据识别算法。将风电场异常数据分为堆积型和分散型两类,针对不同类型的异常数据分别采用IKLIEP法和四分位法进行识别和剔除。通过识别人工模拟的风电场风速功率数据,IKLIEP-四分位算法的识别率和误识别率分别为86.42%和2.35%。相比于其他算法,均有所提升和降低。随着多源数据的增加,通常采用特征选择方法针对不同特征和功率之间的相关性进行筛选,再结合人工智能模型来进一步降低训练时间和减少预测误差。但不同特征选择方法筛选出的特征子集不同,并且智能模型本身的黑箱性使得人们对结果存在质疑。为了构造能够提高预测精度和预测稳定性的可解释预测模型,通过利用因果关系自身不变性、鲁棒性和具有可解释性的特点,提出了一种基于因果正则化极限学习机的可解释预测框架,在最小化训练误差的同时最大化网络的因果关系,从因果关系的角度对输入输出构成因果解释,与采用特征选择和不采用特征选择方法的模型相比,进一步提高了预测精度和预测稳定性以及可解释性。区间预测作为概率预测的一类分支,为量化风电功率不确定性提供了有效手段。为了进一步提高风电功率区间预测精度,通过将与功率具有强因果关系的数值天气预报(Numerical Weather Prediction,NWP)数据作为输入,提出了一种基于混合共形分位数回归长短期记忆神经网络的风电功率短期区间预测方法。通过同时考虑复合、平滑和非交叉3个特点,对原始分位数回归模型进行改进。并结合长短期记忆神经网络本身较强的动态序列预测能力,进行初步区间预测。接着使用共形分位数回归的校准机制对初始预测区间进行校准,确保减少计算时间的同时可以提高区间预测精度。

关键词：异常数据因果正则化极限学习机风电功率短期概率预测共形分位数回归