半月刊

ISSN 1000-1026

CN 32-1180/TP

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  • 2021年第0卷第21期文章目次
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    • >专辑:大规模海上风电系统关键技术研究与应用
    • 特约主编寄语

      2021, 45(21):1-1. DOI: 10.7500/AEPS20210930009

      摘要 (68) HTML (98) PDF 419.01 K (165) 评论 (0) 收藏

      摘要:

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    • 海上风电直流送出与并网技术综述

      2021, 45(21):2-22. DOI: 10.7500/AEPS20210909007

      摘要 (127) HTML (174) PDF 1.02 M (347) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着深远海风电开发利用的快速发展,风电直流送出与并网成为技术热点。针对风电交流汇集直流送出、低成本直流送出、多端直流送出和多电压等级直流送出技术,全面论述了海上风电直流送出技术在系统拓扑、装备、控制与保护方面的现状和存在的问题,以及研究热点和发展趋势,指出海上风电场集群共享直流集中送出是近期的主流方案,系统的宽频振荡是亟待解决的问题,使整体系统体现主导电源特征是关注的热点。为降低成本,基于二极管整流送出的技术路线具有良好的预期,但纯二极管整流送出需要风电机组的改进。海上风电多端直流并网系统的成熟依赖于低成本直流断路器和暂态控制保护技术的进步,而海上风电多电压等级直流并网系统尚缺乏直流变压器等关键装备的支撑。

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    • 欧洲海上风电工程实践回顾及未来技术展望

      2021, 45(21):23-32. DOI: 10.7500/AEPS20210427001

      摘要 (108) HTML (216) PDF 677.14 K (299) 评论 (0) 收藏

      摘要:海上风电产业在欧洲已发展了近30年,目前已成为欧洲最主要的可再生能源发电形式之一,在未来可再生能源的规划中占有非常重要的地位。海上风电场在20世纪90年代初从丹麦、英国、瑞典和荷兰最早开展示范,由最初几万千瓦的规模逐步增长到几十万千瓦,到目前已发展到上百万千瓦。在这个产业化的过程中,欧洲风电行业积累了很多设计、监管及运行的经验。文中针对欧洲风电场发展过程,首先对不同发展阶段产生的一些主要技术问题进行了回顾,然后重点讨论了电气设计中的几个主要问题,从电气设计角度对工程实践的一些经验进行了总结,最后对未来风电场发展及并网技术方向进行了展望。

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    • 大容量海上风电机组发展现状及关键技术

      2021, 45(21):33-47. DOI: 10.7500/AEPS20210416003

      摘要 (113) HTML (180) PDF 1.05 M (284) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着陆上和近海风电资源紧缺,海上风电场选址从近海走向深远海,规模已达吉瓦级,海上风电机组也向10 MW级以上发展。针对大容量海上风电机组,首先阐述了国内外海上风电机组容量、类型及变流器等关键技术的发展现状。其次,对大容量三相和多相化海上风电机组及其遇到的问题和关键技术进行分析,给出了未来多相化海上风电机组的拓扑结构设计和控制策略优化方法。最后,对大容量海上风电机组发展趋势进行了总结。

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    • 海上风电场维护任务动态调度策略

      2021, 45(21):48-56. DOI: 10.7500/AEPS20210420007

      摘要 (55) HTML (60) PDF 794.09 K (239) 评论 (0) 收藏

      摘要:在海上风浪、载荷等因素的耦合作用下,风机状态数据波动迅速,时变工况下风机状态特征的敏感性导致维护需求的动态变化,增加了风电场维护任务精准调度的难度。文中提出了海上时变工况下考虑风机状态风险态势的风电场维护任务动态调度方法。首先,利用模糊C均值聚类算法划分风机时变工况,通过采用改进联合领域自适应卷积神经网络最小化特征分布差异,实现时变工况下风机状态特征自适应提取。然后,根据部件状态序列利用马尔可夫模型描述各部件的初始状态转移矩阵,考虑到不完全维护对机组部件性能的影响,引入部件性能退化过程,建立了考虑风机自适应状态评估的风险态势预测模型。同时,提出以维护船只、人员、工作时长等条件为约束,以单位电量调度维护成本最小为目标的海上风电场维护任务动态调度方法,实现了时变工况下海上风电场维护任务的动态调度。最后,以某海上风电场为例,验证了所提方法的有效性和经济性。

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    • 考虑运行维护需求的海上风能与波浪能联合发电非同期规划

      2021, 45(21):57-65. DOI: 10.7500/AEPS20210328001

      摘要 (44) HTML (55) PDF 877.37 K (239) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着海上风电的规模化发展,海洋多能综合利用被广泛关注。在双碳战略背景下,探索在海上风电场内增设波浪能装置的可行性意义重大。提出一种考虑运行维护需求的海上风能与波浪能联合发电的非同期规划模型与优化方法。考虑海上风电场停机检修的用电需求,在现有海上风电场内增设波浪能发电装置;分析海上风机位置、运行维护及船只靠泊防撞等工程需求,优化波浪能装置布局。评估海上风能与波浪能的联合布置方案,最终得到综合考虑经济性、可靠性的优化方法。算例研究结果表明,采用联合发电的规划模型与优化方法可在保证联合发电可靠性的同时,有效提升联合发电经济效益及风机运行维护的便利性。

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    • 基于Q学习粒子群算法的海上风电场电气系统拓扑优化

      2021, 45(21):66-75. DOI: 10.7500/AEPS20210326005

      摘要 (54) HTML (79) PDF 896.95 K (223) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对多变电站海上风电场的电气系统拓扑优化,现有的方法一般根据预先确定的变电站个数将整体海上风电场划分为几个固定的子区域,然后分别进行独立的电缆连接布局优化,最终聚合得到整体方案。然而,采用固定的划分策略很难得到全局最优方案。因此,考虑多海上变电站选址、电缆选型、功率损耗等因素,以最小化成本为目标,建立多变电站海上风电场的电缆连接布局优化模型,并提出一种基于Voronoi自适应分区的Q学习粒子群算法进行求解。所提出的算法以Q学习粒子群算法为核心,设计一种基于Voronoi图的自适应分区策略实现自适应分区,并结合相应的编解码策略实现不同分区的电缆连接。最后,通过算例分析证明所提出模型以及算法的有效性。

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    • 海底电缆谐波频段电气参数计算

      2021, 45(21):76-84. DOI: 10.7500/AEPS20210412002

      摘要 (64) HTML (119) PDF 882.29 K (282) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着海上风电的大规模开发,由海上风电接入电网引起的谐波问题越来越突出,迫切需要进行建模和分析,而在谐波频段对海底电缆进行建模是其中的一项重要工作。研究了海底电缆谐波频段电气参数的计算方法,为海底电缆建模提供了依据。首先给出了电缆电气参数的定义,然后总结了海底电缆电气参数的计算流程和计算公式,并对计算公式的适用性进行了论证,最后对3种典型海底电缆的电气参数进行了计算。结果表明,无论是电缆的正序参数还是零序参数,都会随频率有较大幅度的变化,在进行谐波分析时必须考虑电缆电气参数随频率变化的特性。

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    • 海上风电场交流并网谐波谐振放大机理分析与治理

      2021, 45(21):85-91. DOI: 10.7500/AEPS20210412003

      摘要 (85) HTML (156) PDF 730.21 K (190) 评论 (0) 收藏

      摘要:由于相同电压等级下电力电缆的电容效应比架空线路大出20倍以上,使得一般在陆上风电场并网中并不严重的谐波谐振放大问题,在海上风电场并网中可能会变得十分严重,为此研究了海上风电场并网引起的谐波谐振放大问题及其治理原理。首先,对海上风电场并网时的谐波谐振放大机理进行了分析,从原理上给出了治理的技术途径;然后,以某海上风电并网实际工程为研究案例,分别建立了海上风电电网和陆上电网的谐波模型,包括电缆、变压器和风电机组的谐波模型以及超高压大电网的等效谐波模型和低压配电网的等效谐波模型,并根据所建立的谐波模型分析了发生谐波谐振放大的原因,提出了解决谐波谐振放大问题的治理方案并进行了验算;最后,对海上风电场并网引起的谐波谐振放大问题的机理和治理原理进行了总结。

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    • 海上风电场-MMC互联系统频率耦合建模及稳定性分析

      2021, 45(21):92-102. DOI: 10.7500/AEPS20210530001

      摘要 (67) HTML (83) PDF 3.07 M (202) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于模块化多电平换流器(MMC)的柔性直流输电技术是深远海风电场电能传输的重要方案,但呈现多入多出(MIMO)特征的频率耦合效应对海上风电场-MMC互联系统稳定性构成新的挑战。已有MMC建模大多忽略了频率耦合效应,且对影响频率耦合效应关键作用机制的研究较少。针对上述问题,通过建立计及频率耦合效应的风场侧MMC等效序阻抗模型,对影响频率耦合效应及稳定性的关键作用因子进行分析评估。同时,为解决现有稳定性判据求解过程烦琐的问题,基于Gershgorin圆定理提出一种改进MIMO稳定性判据,其通过引入距离函数简化判稳过程。然后,基于该判据分析了各关键作用因子及频率耦合效应对系统稳定性的影响规律,并对该判据保守性进行定量分析。最后,通过仿真算例验证了理论分析的正确性。

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    • 机组协同-分布卸荷的风电场-柔直并网系统故障穿越方法

      2021, 45(21):103-111. DOI: 10.7500/AEPS20210413004

      摘要 (65) HTML (50) PDF 795.56 K (183) 评论 (0) 收藏

      摘要:为降低风电场-柔性直流并网系统在交流主网发生低电压故障时的穿越成本,提出一种直流耗能装置与风电机组卸荷电路协同作用的电网故障穿越策略,在电网故障时送端换流器配合风电场快速降低直流功率输出。由于直流耗能装置仅在故障发生的前期、风电场输出功率下降前起到限制直流电压升高的作用,该策略能够显著降低直流耗能装置的体积。在此基础上,该策略将直流耗能装置中的耗能电阻分散置入到受端模块化多电平换流器中,进一步降低了卸荷成本。最后,在PSCAD/EMTDC仿真软件中,构建了风电场-柔性直流并网系统的仿真算例,对所提出的故障穿越方法的正确性和有效性进行了验证。

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    • 基于谐波注入信息传递的海上风电柔直并网故障穿越方法

      2021, 45(21):112-119. DOI: 10.7500/AEPS20200925001

      摘要 (54) HTML (56) PDF 920.90 K (190) 评论 (0) 收藏

      摘要:海上风电柔直送出系统在交流电网发生故障时应该具备故障穿越能力。然而,风电场和柔直系统中的多类型换流设备在没有高速通信的情况下,很难协同控制实现系统低电压穿越过程中的直流电压稳定。因此,提出基于谐波注入信息传递的海上风电柔直送出系统故障穿越协调控制方法。在故障期间,风电场侧换流器检测到直流电压超过阈值后降低风电场交流电压幅值,并向系统注入谐波,使得风电机组换流器根据不同谐波阈值协同限制注入电网的功率,实现无通信条件下系统多换流设备协同的故障穿越。通过与常规的只由风电场侧换流器单独降功率的方法进行比较,在电网的各种故障类型下,所提方法可以更快速地将柔直直流电压限定在允许范围之内,系统可实现安全、可靠的故障穿越。

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    • 大规模海上风电多电压等级混合级联直流送出系统

      2021, 45(21):120-128. DOI: 10.7500/AEPS20210425008

      摘要 (58) HTML (74) PDF 1.26 M (193) 评论 (0) 收藏

      摘要:海上风电场拥有更加丰富与稳定的风能资源,同时具备适宜大规模开发的优点,发展潜力巨大,是未来风电的主要发展趋势。文中总结分析了现有工程和理论研究中涉及的大规模海上风电直流送出拓扑,包括仅采用模块化多电平换流器的柔性直流换流站系统和二极管整流单元-模块化多电平换流器混合直流换流站系统,归纳了各方案的运行特点。为解决现有方案运行灵活性低、可行性差的问题,提出了一种多电压等级混合级联直流送出系统,从技术性和经济性两方面对方案进行了对比分析。最后,设计了多电压等级混合级联直流送出系统协调控制策略,通过PSCAD/EMTDC仿真分析对并网方案进行了可行性验证。

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    • 基于电流源换流器的混合型海上风电直流输电系统

      2021, 45(21):129-138. DOI: 10.7500/AEPS20210426004

      摘要 (50) HTML (54) PDF 974.05 K (191) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于二极管整流器(DR)的海上风电并网方案能大幅降低投资成本,但其控制和启动问题难以解决。主动换相型电流源换流器(CSC)具有较高的功率密度和较强的控制性能,但成本相对较高。文中提出一种基于DR与辅助CSC混合级联的海上风电直流输电并网系统,既能实现海上平台轻型化,又能解决DR的控制和启动问题。首先,对拓扑结构和数学模型进行分析;然后,提出海上风电并网系统的稳态控制策略和黑启动控制策略,并基于PSCAD/EMTDC进行仿真验证;最后,对所提方案进行经济性分析。结果表明,混合级联型海上风电并网系统能平稳完成风电场黑启动,具有良好的稳态特性,并能适应风电出力的波动。

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    • 面向海上平台轻型化的跟网型中频远海风电场直流送出方案

      2021, 45(21):139-148. DOI: 10.7500/AEPS20210419001

      摘要 (63) HTML (64) PDF 775.86 K (199) 评论 (0) 收藏

      摘要:海上风电具有广阔的发展前景,而可靠、高效的大规模远海风电并网系统是开发海上风电的关键技术。针对远海风电直流送出系统的海上平台轻型化问题,提出一种跟网型中频远海风电场直流送出方案。该方案采用跟网型风电机组,直流系统的整流侧和逆变侧都采用模块化多电平换流器(MMC)。首先,从拓扑结构和控制系统2个方面对该跟网型中频方案进行了描述;接着,就海上风电场交流系统运行频率对风电场及其直流送出系统的影响进行了分析,包括对变压器、交流电缆和MMC等的影响。基于±320 kV/1 000 MW海上风电直流送出系统,分析了100 Hz跟网型中频方案的技术经济性,包括关键电气设备的主回路参数、海上交流电缆造价、海上平台造价、风机造价、交流电缆损耗和整流站阀损耗、交流电缆输电能力。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了跟网型中频方案的电磁暂态仿真模型,验证了该方案的有效性。

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    • >学术研究
    • 基于深度强化学习的家庭能量管理分层优化策略

      2021, 45(21):149-158. DOI: 10.7500/AEPS20210331010

      摘要 (73) HTML (138) PDF 1.05 M (202) 评论 (0) 收藏

      摘要:为实现需求侧最大效益,提出一种能够应对复杂环境的基于深度强化学习(DRL)的分层能量调度方法。首先,构建家庭能量管理系统(HEMS)双层框架,通过改变第2层储能系统的充放电功率解决第1层因满足用户用电需求和减少电费所造成负荷集中至低电价时段导致的功率越限,而后根据各用电设备的负荷特性对其进行分类和建模。其次,采用马尔可夫决策过程(MDP)对能量管理问题进行建模,利用奖励函数代替目标函数和约束条件。然后,引入Rainbow算法优化策略以最大化长期收益,实现经济且高效的在线调度。最后,对一个包括光伏板、储能系统、各种用电设备以及电动汽车的家庭进行仿真,验证了所提方法在应对不确定性问题上的有效性和优越性。

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    • 基于鲁棒优化的微能源网综合需求响应协同调度策略

      2021, 45(21):159-169. DOI: 10.7500/AEPS20210201001

      摘要 (81) HTML (169) PDF 796.99 K (222) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对微能源网中可再生能源出力的不确定性,基于微能源网中综合需求响应的“多元互动”特征,提出了综合需求响应平抑可再生能源波动的策略,建立了微能源网综合需求响应日前和日内协同调度的两阶段鲁棒优化模型。模型中引入了风、光的不确定预算参数调节系统的经济性和鲁棒性,日前阶段考虑了最劣场景,确定系统日前调度方案,日内调控阶段基于日前阶段的优化结果,优化系统最劣场景下的调控方案。利用强对偶理论和列约束生成算法对min-max-min结构的鲁棒优化问题进行转化和求解。算例结果表明,鲁棒优化方法可提高系统抵抗不确定风险的能力,综合需求响应可提高微能源网的经济性和自给能力。

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    • 考虑交通路网应急电源车调度的有源配电网故障均衡恢复

      2021, 45(21):170-180. DOI: 10.7500/AEPS20210603005

      摘要 (41) HTML (94) PDF 876.00 K (207) 评论 (0) 收藏

      摘要:极端灾害事件下配电网发生大面积、长时间停电事故后,含有分布式能源和应急电源车(EPS)的有源配电网可以形成孤岛为失电负荷供电。针对抢修完成前具有同等权重的各关键负荷可持续恢复供电时间不公平带来的用户满意度下降问题,建立了考虑EPS调度的动态孤岛均衡供电恢复双层模型,以关键负荷恢复均衡性最佳和配电网经济效益最大为上、下两层目标函数,实现了停电周期内同等权重负荷的公平、均衡恢复。同时,为减少EPS调度成本和负荷停电损失,基于上述双层模型和Dijkstra算法建立了交通路网模型支撑下的EPS优化调度方法,得到其最佳候选接入节点和最优调度路径。然后通过Big-M等线性化方法将原数学模型转换为混合整数线性规划问题求解,并通过修改的PG&E 69节点配电网及其灾后交通路网算例验证了所提方法在提高故障阶段配电网供电可靠性、均衡性、经济性方面的效果。

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    • 基于随机森林算法的电动汽车充放电容量预测

      2021, 45(21):181-188. DOI: 10.7500/AEPS20210421008

      摘要 (54) HTML (100) PDF 735.78 K (161) 评论 (0) 收藏

      摘要:文中提出一种电动汽车充放电容量的组合预测方法。首先,基于电动汽车历史充电数据和用户参与电动汽车与电网互动(V2G)意愿的调查数据,分析车辆荷电状态(SOC)特性、出行时间特性以及用户对价格的敏感度,建立随机森林分类模型,判断车辆是否参与V2G调度,并对影响用户决策的特征因素进行重要性评估。其次,采用蒙特卡洛方法模拟电动汽车出行和充放电情况,并分别预测充放电容量。最后,以办公区为例进行仿真,对比分析多种充放电模式下的电动汽车充放电行为与负荷分布。所构建的随机森林分类模型的准确率为0.917,能够有效区分V2G计划时段内电动汽车的充放电行为,仿真结果验证了所提预测框架的有效性。

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    • 基于竞争图谱的电动物流汽车充电站需求响应策略

      2021, 45(21):189-196. DOI: 10.7500/AEPS20210420005

      摘要 (44) HTML (41) PDF 690.03 K (146) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对当前中国部分城市电动物流汽车充电站难以开展需求响应的情况,提出一种基于竞争图谱的电动物流汽车充电站需求响应策略。首先,构建电动物流汽车分类分级方法,按照电动物流汽车的充电时空特征、充电价格曲线等分析电动物流汽车用户的特性。在此基础上,基于竞争图谱构建电动物流汽车用户充电贵宾体系,形成电动物流汽车用户参与需求响应的激励机制。其次,计及电动物流汽车充电站内的储能、电价等因素,构建电动物流汽车充电站需求响应策略,从而减少电动物流汽车无序充电对充电站参与需求响应造成的影响。最后,通过实例分析比较了所提策略与蒙特卡洛需求响应策略的经济性,其结果验证了所提需求响应策略的有效性和实用性。

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    • >研制与开发
    • 复杂约束下梯级水电站短期厂网协调多目标MILP模型

      2021, 45(21):197-205. DOI: 10.7500/AEPS20200925016

      摘要 (51) HTML (65) PDF 734.87 K (184) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着电力系统负荷的增长及峰谷差的加大,电力消费结构不断优化。电网侧期望水电利用灵活启停特性充分参与电网调峰,以减小系统的峰谷差。电厂侧则在调度过程中追求梯级电量最大,以实现效益最大化。为协调厂网两侧对梯级出力过程的矛盾需求,同时满足厂网两侧复杂的约束条件,以梯级水电站的机组为调度单元,选取梯级发电量最大和电网剩余负荷峰谷差最小为目标函数。充分考虑电网侧联络线约束及电站侧尾水顶托、限制出力曲线、不规则振动区等与水头相关的复杂约束并线性化处理,构建了复杂约束条件下厂网协调多目标短期混合整数线性规划模型,对多目标函数进行归一化处理并采用权重法转化为单目标函数,利用Gurobi商业求解器进行模型求解。中国红水河梯级水电站的实际应用表明所提模型可获得兼顾厂网两侧目标期望的梯级发电计划。

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    • 抑制电流纹波的模块化多电平直流变换器移相调制策略

      2021, 45(21):206-214. DOI: 10.7500/AEPS20201230002

      摘要 (44) HTML (46) PDF 971.33 K (161) 评论 (0) 收藏

      摘要:模块化多电平直流变换器在采用传统载波移相脉宽调制时,如果各模块的输入及输出电压不一致,就会在电感上产生更大的电流纹波,增大电感的损耗,同时也不利于滤波器件的优化设计。针对这种情况,文中通过对电流纹波的频域分析,揭示了传统移相调制技术存在的问题,并确定了电流纹波幅值、各模块输入/输出电压与载波移相角之间的关系。以电流纹波中开关频率次谐波幅值最小为目标计算各模块的载波移相角,根据不同的工况调整移相角的算法,进而实现了一种电流纹波抑制的调制策略。对三模块级联的模块化多电平直流变换器进行了软件仿真和实验测试,仿真和实验结果都表明在各模块输入及输出电压不相等工况下,所提控制策略能够有效地抑制电流纹波,从而验证了所提控制策略的正确性和实用性。

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    • 基于运行数据的短期风电功率预测误差互补特性探析

      2021, 45(21):215-223. DOI: 10.7500/AEPS20210407004

      摘要 (51) HTML (93) PDF 2.34 M (183) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着风电装机容量的不断增加,风电场、风电场集群功率预测误差对调度运行的影响越来越大。当前风电预测误差特性研究主要针对单个风电场,无法满足当前电网调度运行需求。基于此,文中首先统计分析了大量风电场的分布特性,总结了不同规模风电场集群预测误差分布特性的变化规律,探索了集群预测误差概率分布的最佳拟合模型。然后,针对预测误差分布对未来的指导作用,提出了误差分布持续性的评价指标。最后,对风电预测误差研究的作用进行了较为全面的分析,并指出以风电场站集群为单位开展电网调度更具有工程适用性。

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