大容量风电接入受端电网适应性研究

摘要

随着经济的发展，现代社会对能源的需求量不断增加，为了保障能源安全，实现能源来源多元化，并应对气候变化，需要积极发展可再生能源。风能是取之不尽，用之不竭的清洁、无污染、可再生能源，在当前新能源的开发和利用中占据了优先且主导的地位。当前，我国的风力发电正处于快速发展阶段，多个已建成或正在建设的千万千瓦级风电基地大都处于电网末端，网架结构不够坚强、电源结构较为单一，风电大规模接入对这些地区电网稳定运行带来很大压力，同时风的波动性使风电场的输出功率具有波动性，随着风电场规模的扩大，风电装机在电网中所占比例越来越高，其对电网的影响范围也从局部逐渐扩大。风电的大容量远距离输送也对整个系统的网络潮流、暂态稳定性及频率稳定性都会产生影响。因此进一步加强电网建设和规划，实现新的运行调度方法的突破对于我国风电的发展和利用具有重要意义。
　　目前，针对风电并网后对系统的影响问题，许多学者进行了大量深入的分析和研究，包括对系统潮流问题、电能质量问题、暂态稳定性、电压稳定性和频率稳定性等问题。而针对风电接入后运行调度、经济性、可靠性等方面的研究则比较少。为深入研究风电接入对电网的影响，丰富完善大容量风电接入后受端电网适应性研究，本文主要从以下几方面对大容量风电接入并网的技术问题进行分析研究:
　　1、采用神经网络结构及预测方法对风速进行了预测，且能够达到较满意的预测精度;进行风电场输出功率预测，在现有负荷预测研究成果的基础上，确定相应风电场输出功率变化的随机规律。将此引入至已有的发电计划制定过程中，包括从从配置发电备用方面研究风电接入对电网发电计划制定的影响。以山东烟台地区为例，进行了风速及风电场输出功率的短期预测，并分析了风电接入后的山东电网发电计划制定问题。仿真表明，对于同一可靠性水平，随着接入风电容量的提高，系统的运行成本会逐渐减少;风电场的运行对烟台地区的发电系统充裕度不会有明显的影响，随着烟台地区风电装机容量的增加，系统备用容量需要相应增加。2、风电接入的可避免费用主要体现在节省燃料和减少环境污染方面，在满足系统可靠性要求的前提下，需要分别分析计算没有风电场时和接入风电场后两个方面系统的运行费用和污染物排放量。针对两种情况下的费用分析比较可以获得当风电接入后能够节约的火电机组生产费用和污染物排放费用。本文应用随机生产模拟方法计算了风电接入后烟台电网的可避免费用，通过征收或提高矿物燃料电厂的排污税可以提高可避免费用，增加风电场在电力市场中的竞争能力。基于可靠性分析模型和算法对各种运行方式进行可靠性分析，在风力发电中通过增加系统的可靠性成本，即通过额外增加一定容量的旋转备用以响应风电场输出功率的随机波动，维持系统的功率平衡与稳定。3、为保证整个系统的供电可靠性，应综合考虑经济性和可靠性等指标合理决策风机数目，本文采用非序贯蒙特卡罗仿真法模拟分析了风电接入对山东电网可靠性的影响。仿真表明对于原系统中较为脆弱的母线，风电接入能显著降低该母线的失负荷概率和期望失负荷量，减小失电风险，提高供电可靠性;对于原系统中较为强壮的母线，风电接入对其可靠性影响不大，接入前后该类母线的失负荷概率和期望失负荷量均未发生显著变化;对于原系统中部分110kV及以下低压母线，风电接入可能导致其失电风险增大。然而，该电压等级电网运行方式为闭环设计、开环运行，因此风电接入后对其可靠性影响不明显。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景与意义

1．2 风电并网问题研究现状

1．3 本文的主要研究工作

第2章 风电接入后的运行调度分析

2．1 风速及风电场输出功率短期预测算法

2．1．1 BP算法的原理及特点

2．1．2 风速预测算法

2．1．3 风电场输出功率预测

2．2 风速及风电场输出功率短期预测结果分析

2．3 计及风电的发电计划制定模型及算法

2．3．1 形成累计停运容量概率表

2．3．2 计及风电的发电计划制定

2．4 风电接入后的发电计划结果分析

2．4．1 系统机组运行成本受风电接入的影响情况分析

2．4．2 风电接入对系统备用容量的影响

2．5 小结

第3章 风电接入后的经济规律分析

3．1 计及风电的电力系统随机生产模拟

3．1．1 随机生产模拟基本原理

3．1．2 随机生产模拟计算方法

3．1．3 随机生产模拟计算流程

3．1．4 风电接入后的系统可避免费用计算

3．2 风电接入后的山东电网经济规律分析

3．3 小结

第4章 风电接入后的系统可靠性分析

4．1 系统可靠性评估算法

4．1．1 非序贯蒙特卡罗仿真

4．1．2 最优切负荷模型

4．1．3 初始点不可行的原-对偶路径跟踪内点法

4．2 风电接入后的山东电网可靠性分析

4．3 小结

第5章 结论与展望

参考文献

致谢