含风电并网的发输电系统风险评估

摘要

全球能源短缺危机和环境污染问题越来越受到世界各国的关注，使得大力开发和使用绿色可再生能源成为了全球能源发展的方向。风电作为最具发展前景的绿色清洁能源发电方式，在近年来得到了快速发展。然而，风电的随机性和波动性会对电力系统的安全运行造成很大影响，尤其在风电并网规模逐年递增的背景下，风电的不确定性因素给电力系统风险评估带来了巨大的挑战。为了全面分析风电并网对发输电系统风险评估的影响，本文对含风电并网的发输电系统的运行风险和经济风险评估进行了研究，主要研究内容如下： 第一，建立了发输电系统的元件停运模型。首先通过分析线路潮流因素、老化失效和偶然失效因素对元件停运造成的影响，建立了线路、变压器以及断路器等系统元件的停运模型；然后通过分析实时运行电压和频率对常规发电机停运造成的影响，建立了基于电压和频率的常规发电机故障停运模型；最后通过分析风电机组在三种天气状态下的停运率，建立了考虑天气因素的风电机组停运模型。 第二，针对单一分布拟合风电实测数据效果差和精度低的问题，本文采用加权高斯混合分布拟合风电实测数据，并基于该分布建立风电场出力概率模型。同时，针对EM算法在加权高斯混合模型参数估计时易陷入局部最优的缺陷，提出采用ECM算法估算模型未知参数，明显提高了参数估计的精确性和模型的拟合效果。 第三，在选用概率分析方法时，采用了计算精度较高的马尔科夫链蒙特卡洛（MCMC）模拟法，并针对常用的Gibbs算法计算成本高的缺陷，提出了采用一种基于切片采样算法结合拉丁超立方采样算法的MCMC方法。由于切片采样算法比Gibbs算法更灵活，计算量更小，同时结合拉丁超立方采样算法可以降低采样值之间的相关性，从而极大地提高了MCMC方法的计算效率和精度。本文将该方法应用于含风电并网的发输电系统风险评估中，仿真分析验证了在采样次数相同的情况下本文所提方法具有更好的稳定性和准确性。 第四，建立了基于最优潮流的风险评估模型，并给出运行风险评估指标和经济风险评估指标，对含风电并网的发输电系统风险进行准确评估。本文在IEEE-RTS79测试系统中并入风电场进行仿真分析，结果表明风电并网会对系统风险评估结果造成一定程度的影响，而且适当的并网容量和合理的并网位置会降低发输电系统的风险。

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第 1 章 绪 论

1.1 课题研究背景与意义

1.2 国内外风电研究现状

1.2.1 全球风电发展概况

1.2.2 中国风电发展概况

1.3 课题研究现状

1.3.1 风电场模型的研究现状

1.3.2 发输电系统风险评估研究现状

1.3.3 含风电并网的发输电系统风险评估研究现状

1.4 本文的主要研究内容及章节安排

第 2 章 适用于含风电并网的发输电系统风险评估的元件停运模型

2.1 引言

2.2 考虑潮流和失效因素的元件停运模型

2.2.1 考虑潮流因素的线路停运模型

2.2.2 考虑老化失效因素的元件停运模型

2.2.3 考虑偶然失效因素的元件停运模型

2.3 实时运行条件下的发电机停运模型

2.4 考虑天气因素的风电机组停运模型

2.5 本章小结

第 3 章 适用于含风电并网的发输电系统风险评估的风电场建模

3.1 引言

3.2 基于风速—风功率的风电场建模

3.2.1 基于Weibull分布的风速概率密度建模

3.2.2 基于t-location scale分布的风速概率密度建模

3.3 基于加权高斯混合分布的风电场概率建模

3.3.1 基于WGMD的风电场概率模型

3.3.2 EM算法求解模型参数

3.3.3 ECM算法求解模型参数

3.4 算例分析

3.4.1 概率模型精度指标

3.4.2 风电场概率模型精度分析

3.5 本章小结

第 4 章 基于MCMC的含风电并网的发输电系统风险评估

4.1 引言

4.2 蒙特卡洛模拟法

4.3 马尔科夫链蒙特卡洛模拟法

4.3.1 MCMC方法基础理论

4.3.2 MCMC方法的采样方式

4.3.3 CSMCMCS-L算法

4.4 基于MCMC的含风电并网的发输电系统运行风险评估

4.4.1 基于最优潮流的风险评估模型

4.4.2 运行风险评估指标

4.4.3 运行风险评估流程

4.5 基于MCMC的含风电并网的发输电系统经济风险评估

4.5.1 发输电系统经济性模型

4.5.2 经济风险评估指标

4.5.3 经济风险评估流程

4.6 本章小结

第 5 章 算例分析

5.1 引言

5.2 IEEE-RTS79测试系统

5.3 仿真结果分析

5.3.1 采样算法有效性分析

5.3.2 含风电并网的发输电系统运行风险评估

5.3.3 含风电并网的发输电系统经济风险评估

5.4 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

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