基于抽水蓄能电站风光互补发电系统的优化调度

摘要

以风能和光伏为代表的新能源的迅速发展，为难以与大陆联网的海岛供电提供了新的解决方案；海水抽蓄电站中海水充足，水位变化小，适合可逆式水轮机的运行，同时不需要单独建设下水库等优点，得到广泛关注。考虑海岛供电系统平稳经济运行，本文提出海水抽水蓄能电站作为发电和储能，配合风电场、光伏电厂、柴油机组运行的海岛微网供电方案。论文主要工作如下： 本文以海岛抽水蓄能风光互补联合供电系统为例，要求供电系统在运行中综合投入成本最小。本文分析了风光抽蓄互补供电系统，以及风力发电机组、太阳能电池方阵、抽蓄发电机组的基本构成及其发电原理，并对其输出特性、负荷及运行工况进行了简单的介绍。 本文在进行优化设计时，将联合系统的综合投入成本作为目标函数，分别考虑了设备的一次投入成本，电能不足的惩罚，能量浪费的惩罚，以及发电的补贴等，并分析了风电、光伏、水泵水轮机、柴油发电机基本约束条件；考虑到功率平衡：结合典型日的预测负荷最终建立了基于海水抽水蓄能风光互补多能联合供电系统，进行优化调度。 本文同时提出一种自适应模糊粒子群优化算来求解单目标约束优化问题。首先，简单介绍了PSO的基本原理和算法；其次，针对PSO算法在早熟、收敛速度、局部和个体最优选择的问题中，提出了基于动态调整惯性权重ω的自适应模糊推理粒子群算法；其次，为了解决基于海水抽水蓄能风光多能互补联合供电系统约束的问题，采用罚函数方法，加入较大的惩罚项将有约束问题转化为无约束优化问题。把罚函数法和自适应模糊粒子群优化算相结合，通过MATLAB进行编程实现，最后，得出经济性最优并且满足约束条件的一组解。 通过实际算例可见，采用自适应模糊粒子群优化算对风光互补供电系统中各个发电装置的出力进行优化调度，在保证系统供电可靠性的前提下，降低了成本，减少了能源浪费。

目录

声明

1绪论

1.1研究背景

1.1.1目的与意义

1.1.2基于海水抽水蓄能风光互补发电系统的特点

1.1.3基于海水抽水蓄能风光互补发电系统的前景

1.2各新能源发展现状

1.2.1海上风力发电现状

1.2.2光伏发电现状

1.2.3海岛抽水蓄能电站发展情况

1.3基于抽蓄风光互补研究现状

1.3.1风电-抽蓄互补运行现状

1.3.2光伏-抽蓄互补运行现状

1.3.3风-光-抽蓄互补运行现状

1.4本文主要研究内容

2基于海水抽蓄风光互补发电系统相关理论

2.1基于海水抽蓄风光互补供电系统的组成

2.2风力发电理论

2.2.1风力发电基本原理

2.2.2风电场特性

2.2.3风力发电主要部件

2.2.4风力发电机组输出特性

2.2.5风机最大功率点跟踪控制

2.2.6风力发电的功率特性

2.3光伏发电基本理论

2.3.1光伏发电原理

2.3.2光伏发电的特点

2.3.3太阳能发电系统的组成

2.3.4太阳能电池板的发电模型

2.3.5光伏发电的功率特性

2.4抽蓄机组发电理论

2.4.1抽水蓄能电站发电原理

2.4.2抽水蓄能电站水泵水轮机的数学模型

2.4.3抽水电站运行功能

2.5联合系统经济性模型

2.5.1初始投资成本

2.5.2供电不足惩罚费用

2.5.3能量浪费惩罚费用

2.5.4发电补贴

2.6目标函数

2.7联合系统运行约束条件

（1）功率平衡

（2）风、光机组出力约束

（3）风电、光伏接收功率约束

（4）水库能量约束

（5）库容约束

2.8本章小结

3基于自适应模糊粒子群优化算法

3.1 PSO基本原理

3.1.1粒子群算法流程

3.1.2粒子群算法在联合系统优化调度的应用

3.2基于自适应模糊推理粒子群算法

3.2.1模糊推理的特点

3.2.2模糊控制系统

3.2.3模糊推理的输入及输出变量

3.2.4模糊集和隶属度函数

3.2.5模糊规则

3.3罚函数法

3.4基于模糊推理PSO求解流程

3.5本章小结

4基于海水抽水蓄能风光互补发电系统算例分析

4.1模型参数设置

4.2该地区典型日负荷预测曲线

4.3风电场、光伏厂的发电特点

4.4典型日结果分析

4.5算法改进前后模型结果分析

4.6本章小结

5 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间主要研究成果