專利名稱：基于經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解的風電場時頻域建模方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風電場并網(wǎng)影響分析技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及包含波動信息的風電場可靠模型的建立。
背景技術(shù)：
經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解(EmpiricalMode Decomposition,即 EMD)是 HHT (希爾伯特-HuangTransform)的組成部分，是由 Norden E. Huang 和 Steven R. Long 等人于 1998 年發(fā)表的“TheEmpi rical Mode Decomposition and the希爾伯特Spectrum for Nonlinearand Non-stationaryTime Series Analysis”中提出的一種用于處理非平穩(wěn)信號的方法。EMD的作用是將非平穩(wěn)信號分解為若干滿足希爾伯特變換的本征模態(tài)函數(shù)IMF (intrinsicMode Function)，對這些MF進行希爾伯特變換，能夠得到信號瞬時頻率的分布情況。EMD具有完全自適應(yīng)性，能夠根據(jù)具體信號來自適應(yīng)產(chǎn)生“基”，即由“篩選”過程產(chǎn)生的MF，不需要預設(shè)基函數(shù)，這也正是EMD的優(yōu)勢所在。風電場并網(wǎng)影響分析是未來風電場實現(xiàn)大規(guī)模高滲透并網(wǎng)的必要工作。鑒于此并網(wǎng)影響分析主要依托于仿真研究，故建立可靠的風電場模型是必要前提，這要求風電場模型必須能夠包含風電場帶有非平穩(wěn)隨機性的功率波動特性。而目前風電場建模思路主要是基于等效風速的風電場等效模型，其基本思路是用單臺或少數(shù)幾臺風機來等效一個風電場，而風機的輸入風速則用等效風速來替代。這其中包含兩個關(guān)鍵問題，一是等效風速的計算方法，另一個是風機參數(shù)的修正。由于風電場自身結(jié)構(gòu)的復雜性，包含結(jié)構(gòu)信息在內(nèi)的準確物理模型難以建立，這種等效建模思路提供了一種捷徑。然而，由于風電場內(nèi)部慣性與平滑效應(yīng)的存在，輸入風速與輸出功率之間難以找到準確的對應(yīng)關(guān)系，導致等效模型不能夠再現(xiàn)出輸出功率的波動特性。這對于風電場并網(wǎng)影響分析是極其不利的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是建立包含輸出功率波動特性信息的風電場模型，用于風電場并網(wǎng)下對電網(wǎng)的影響分析。本發(fā)明采用希爾伯特變換方法，對經(jīng)經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解(EMD)后具有不同頻率區(qū)間的本征模態(tài)函數(shù)MF信號進行時頻譜分析，擬合出殘差較小的光滑曲線，并經(jīng)由反希爾伯特變換得到時域表達式，即風電場解析模型。本發(fā)明基于經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解(EMD)的風電場時頻域建模方法具體步驟如下1.采集風電場中每臺機組的輸出功率數(shù)據(jù)PwincLi⑴，將采集得到的風電場中每臺機組的輸出功率Pwind_i (t)進行加和，求得風電場總輸出功率的，風電場總輸出功率W為風電場中每臺機組風機輸出功率Pwind_i⑴之和，即匕吣W =，其中t為時間。對風電場總輸出功率,_#_進行歸一化處理，選取風電場總額定輸出功率Pe(t)作為基值。
對歸一化后的數(shù)據(jù)進行傅里葉變換，生成頻譜，觀察頻譜特性，估計歸一化后的數(shù)據(jù)的頻率分布，并通過低通數(shù)字濾波器進行濾波，濾去誤差較大的干擾點，得到的數(shù)據(jù)記為p(t)，將P(t)作為風電場輸出功率數(shù)據(jù)進行以下處理。2.對風電場輸出功率P(t)進行經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解(EMD)處理，將P(t)分解為η個本征模態(tài)函數(shù)C1 (t), C2 (t)…Cn (t)以及殘余分量rn (t),即
權(quán)利要求
1.一種基于經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解的風電場時頻域建模方法，其特征在于，所述的建模方法具體步驟如下 1)將采集得到的風電場中每臺機組的輸出功率Pwind_i(t)進行加和，得到風電場總輸出功率，對風電場總輸出功率 pwindi(t)進行歸一化處理，并進行低通濾波，上述表達式中，t為時間； 2)對處理后的數(shù)據(jù)進行經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解，生成多個本征模態(tài)函數(shù)分量以及殘余分量； 3)分別對步驟2)得到的本征模態(tài)函數(shù)分量進行希爾伯特變換，得到其相應(yīng)的時頻譜； 4)分別對步驟3)得到的本征模態(tài)函數(shù)的時頻譜進行擬合，得到相應(yīng)的擬合函數(shù)；對于殘余分量則直接在時域中進行擬合； 5)分別對步驟4)得到的本征模態(tài)函數(shù)的時頻域擬合函數(shù)進行反希爾伯特變換，得到時域中的解析表達式； 6)將步驟5)得到的所述的時域中的表達式進行加和，并與殘余分量的表達式進行加和，即得到風電場模型的解析表達式。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解的風電場時頻域建模方法，其特征是，所述步驟I)中，選取風電場總額定輸出功率Pe (t)作為歸一化的基值，對風電場總輸出功率
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解的風電場時頻域建模方法，其特征是，所述步驟2)具體如下 以P (t)表示經(jīng)歸一化濾波后的數(shù)據(jù)，對歸一化濾波后的數(shù)據(jù)進行經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解處理后得到
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解的風電場時頻域建模方法，其特征是，所述步驟3)中，得到的本征模態(tài)函數(shù)(31(0，(2(0丨(^(0認為是風電場輸出功率歸一化濾波后的數(shù)據(jù)的波動特征函數(shù)，分別對本征模態(tài)函數(shù)(31(0，(32(0-(^(0進行希爾伯特變換，生成時頻譜，具體步驟為
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解的風電場時頻域建模方法，其特征是，所述步驟4)對步驟3)得到的本征模態(tài)函數(shù)的時頻譜fl (t)，f2(t)，. . .，fn(t)進行擬合，得到本征模態(tài)函數(shù)cl (t), c2(t),. . . , cn(t)的擬合函數(shù)；對于殘余分量rn(t)則直接在時域中進行擬合得到擬合函數(shù)，上述表達式中，t為時間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解的風電場時頻域建模方法，其特征是，所述步驟5)具體為 根據(jù)式(7)求出0n(t)的表達式如下Θ n(t) = 2 Ji / fn(t) dt (8) 將式(8)與式(2)、式(6)聯(lián)立，解出表達式cn(t);按此方法依次解出cl(t)，c2(t), . . .，cn(t)，即為時域中的解析表達式，上述表達式中，t為時間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解的風電場時頻域建模方法，其特征是，所述步驟6 )中，將本征模態(tài)分量擬合結(jié)果以及殘余分量擬合結(jié)果加和得到風電場模型的解析表達式X(t)=cl (1:)+。2(1:)+丨+01(1:)+1 (1:),上述表達式中,t為時間。
全文摘要
一種基于經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解的風電場時頻域建模方法，所述的方法為對獲取的風電場功率實測數(shù)據(jù)進行歸一化濾波處理后，進行EMD處理為若干本征模態(tài)函數(shù)IMF，并分別進行希爾伯特變換生成其相應(yīng)的時頻譜，再分別對這些時頻譜進行擬合，并將擬合結(jié)果分別通過反希爾伯特變換，得到時域表達式，將這些時域表達式進行加和，即得到包含各種波動特征的風電場解析模型。本發(fā)明建模方法通過時頻域建模手段，建立出的解析模型包含有風電場的典型波動特征信息，將此模型用于模擬具有非平穩(wěn)隨機性的風電場波動對電網(wǎng)電壓、頻率的影響分析。
文檔編號G06F17/50GK103034757SQ20121050767
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月2日
發(fā)明者唐西勝, 胡梟, 苗福豐 申請人:中國科學院電工研究所