含風(fēng)電電網(wǎng)多時(shí)間尺度風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及加速算法研究.pdf

1、進(jìn)入新世紀(jì)以來，由于能源危機(jī)的加重和生態(tài)問題的惡化，新能源領(lǐng)域受到越來越多的研究者的關(guān)注。作為技術(shù)和商業(yè)上比較成熟的發(fā)電形式之一，風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)在包括我國(guó)在內(nèi)的全球范圍內(nèi)擁有成功應(yīng)用的眾多工程和商業(yè)實(shí)例。我國(guó)的風(fēng)力資源豐富，但是受到地理及氣象條件的限制，風(fēng)能的利用多采取集中式的大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)模式。風(fēng)能具有隨機(jī)性的特點(diǎn)，這主要體現(xiàn)在風(fēng)電場(chǎng)功率輸出的波動(dòng)性上。風(fēng)電場(chǎng)的接入給電網(wǎng)的正常安全運(yùn)行帶來很大的挑戰(zhàn)。我國(guó)曾發(fā)生過多起由于風(fēng)電場(chǎng)故障引發(fā)大量

2、風(fēng)機(jī)脫網(wǎng)、繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)作，進(jìn)而威脅電網(wǎng)安全運(yùn)行的案例。經(jīng)典的電網(wǎng)靜態(tài)穩(wěn)定性評(píng)估方法能夠根據(jù)歷史數(shù)據(jù)考慮電力負(fù)荷的波動(dòng)、發(fā)電機(jī)和輸電線路的故障等運(yùn)行情況，并可以給出電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)水平。但是，這些結(jié)果是面向過去的、“靜止”的評(píng)估結(jié)果。風(fēng)電場(chǎng)的出力在短時(shí)間內(nèi)可能產(chǎn)生較大幅度的波動(dòng)，并且在不同的時(shí)間尺度下，風(fēng)電場(chǎng)的出力會(huì)呈現(xiàn)不同的特性，傳統(tǒng)的的電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法由于自身的局限性并不能及時(shí)地反映上述情況。針對(duì)這一問題，本文以風(fēng)電場(chǎng)出力預(yù)測(cè)與電網(wǎng)風(fēng)

3、險(xiǎn)評(píng)估相結(jié)合的技術(shù)方案為研究對(duì)象，圍繞含風(fēng)電電網(wǎng)多時(shí)間尺度風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及其加速算法展開系統(tǒng)性的研究工作。
　　在含風(fēng)電電網(wǎng)多時(shí)間尺度風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究方面，為研究未來不同時(shí)間尺度下風(fēng)電場(chǎng)出力對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)造成的影響，本文基于經(jīng)典電網(wǎng)靜態(tài)穩(wěn)定性分析理論和風(fēng)電場(chǎng)出力預(yù)測(cè)理論，并借鑒金融風(fēng)險(xiǎn)測(cè)度領(lǐng)域的未來資產(chǎn)損失分析模型(VaR)的理論和方法，設(shè)計(jì)了三類不同的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)：第一類指標(biāo)反映電網(wǎng)負(fù)荷削減的情況，第二類指標(biāo)表征電網(wǎng)母線電壓、支路潮流的越

4、限情況，第三類指標(biāo)則能給出未來多時(shí)間尺度下風(fēng)電接入給電網(wǎng)造成的影響。在風(fēng)電出力預(yù)測(cè)模型方面，采用經(jīng)濟(jì)學(xué)中的時(shí)間序列預(yù)測(cè)模型根據(jù)某風(fēng)電場(chǎng)的實(shí)際出力數(shù)據(jù)進(jìn)行風(fēng)電場(chǎng)有功功率的預(yù)測(cè)。同時(shí)，在 MATLAB軟件平臺(tái)上編寫了考慮風(fēng)電的電網(wǎng)多時(shí)間尺度風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估程序代碼。此項(xiàng)工作不僅能夠給出未來某一時(shí)刻電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的靜態(tài)數(shù)據(jù)，而且能夠反映基于風(fēng)電功率預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的未來電網(wǎng)整體風(fēng)險(xiǎn)水平的動(dòng)態(tài)變化過程；進(jìn)而可為風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)后，運(yùn)行控制人員針對(duì)不同時(shí)間尺度下未來

5、風(fēng)電場(chǎng)可能出現(xiàn)的波動(dòng)情況提前采取預(yù)防性措施提供參考。
　　在加速算法的研究?jī)?nèi)容方面，主要完成了兩個(gè)方面的工作：硬件加速算法和軟件加速算法。在硬件加速方面，本文首先基于多核 CPU計(jì)算平臺(tái)討論了不同計(jì)算任務(wù)的分配方式和通信模式對(duì)并行算法的影響，通過設(shè)計(jì)不同的算法場(chǎng)景討論最佳的并行策略。然后引進(jìn)圖形處理器(GPU)來加速計(jì)算，研究通過不同的計(jì)算量分配指標(biāo)來優(yōu)化綜合異構(gòu)硬件加速算法的效率。在軟件加速方面，針對(duì)電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法中耗時(shí)最長(zhǎng)的