[论文解读] Suppressing the non-Gaussian statistics of Renewable Power from Wind and Solar

Mehrnaz Anvari, Gerald M. Lohmann+6 more|arXiv (Cornell University)|May 7, 2015

Energy Load and Power Forecasting被引用 4

一句话总结

本文提出一种时滞反馈控制方法，利用高频监测数据抑制风能和太阳能发电输出中的非高斯波动。该方法使系统从闪烁、间歇性行为转变为扩散性、更具可预测性的动力学行为，即使在国家级部署中也能显著减少极端功率波动。

ABSTRACT

The power from wind and solar exhibits a nonlinear flickering variability, which typically occurs at time scales of a few seconds. We show that high-frequency monitoring of such renewable powers enables us to detect a transition, controlled by the field size, where the output power qualitatively changes its behaviour from a flickering type to a diffusive stochastic behaviour. We find that the intermittency and strong non-Gaussian behavior in cumulative power of the total field, even for a country-wide installation still survives for both renewable sources. To overcome the short time intermittency, we introduce a time-delayed feedback method for power output of wind farm and solar field that can change further the underlying stochastic process and suppress their strong non- gaussian fluctuations.

研究动机与目标

• 解决大规模风能和太阳能发电设施中间歇性、非高斯功率波动的挑战。
• 基于场区规模和监测频率，识别可再生能源发电输出中闪烁与扩散性随机行为之间的转变点。
• 开发一种通过抑制强非高斯统计特性来稳定可再生能源发电输出的控制机制。
• 展示时滞反馈在缓解全国范围内可再生能源系统短期功率间歇性方面的有效性。

提出的方法

• 利用风能和太阳能发电输出的高频监测，检测亚秒至秒 timescale 上闪烁行为的出现。
• 对功率输出信号应用时滞反馈控制机制，以改变其底层随机过程。
• 该反馈方法改变功率波动的时间相关结构，使系统向扩散性行为转变。
• 该方法在大规模风能和太阳能场的累积功率数据上进行评估，包括国家级部署。
• 分析闪烁与扩散性模式之间的转变作为场区规模和监测分辨率的函数。

实验结果

研究问题

• RQ1 在何种场区规模和监测频率下，功率输出会从闪烁行为转变为扩散性行为？
• RQ2 在国家规模下，风能和太阳能发电的累积功率输出中，非高斯波动持续存在的程度如何？
• RQ3 时滞反馈能否抑制可再生能源发电输出中的强非高斯波动？
• RQ4 该反馈方法如何改变可再生能源功率时间序列的统计特性？

主要发现

• 即使在国家级规模下，累积风能和太阳能发电中的非高斯波动和间歇性依然存在，表明其对电网集成构成根本性挑战。
• 随着场区规模增大，通过高频监测可检测到从闪烁到扩散性行为的清晰转变。
• 时滞反馈方法通过改变底层随机过程，成功抑制了强非高斯波动。
• 该方法使间歇性、突发性的功率输出转变为更稳定、类似扩散的行为，从而提高了可预测性。