计及源-网-荷不确定性因素的风电并网系统运行可靠性研究

摘要

近年来能源短缺与环境污染等问题严重，大力开发利用风电等绿色资源迫在眉睫。但是，由于风电机组出力随机波动，电网元件运行状态难以预测控制，负荷耗量水平不确定，加之电力市场需求侧的改革等，随着风电渗透率的增加，给系统可靠性水平带来了巨大冲击。因此，考虑源-网-荷不确定性因素，从系统运行的角度，准确评估风电并网系统可靠性，预测在未来时刻系统运行状态概率，提高风电消纳能力意义重大。本文主要研究计及源-网-荷不确定性因素的马尔科夫链风电并网系统运行可靠性评估问题，和计及需求响应的风电并网系统节点可靠性评估及需求响应项目优先级排序问题。 首先，阐述了电网运行可靠性基础评估理论。分别从表征负荷损失量、系统运行状态及程度类三个角度介绍了运行可靠性常用的指标体系；介绍了非序贯、序贯蒙特卡洛算法原理及计算过程，并在matlabR2014a中对序贯蒙特卡洛算法编程，采用 IEEE-RTS79 测试系统，进一步验证序贯蒙特卡洛算法的正确性和有效性，算例结果表明序贯蒙特卡洛算法能够较好地仿真元件运行状态持续时间转移过程，选择系统运行状态，提供运行可靠性评估的样本数据，解决了电力系统运行状态实际数据获取困难的问题。 其次，综合考虑风电出力、元件故障及负荷波动对系统运行可靠性评估的影响，对源-网-荷不确定性因素建模。引入计量经济学软件 6.0Eviews 拟合预测某地风速序列，建立了风电场运行可靠性模型；根据常规发电机故障机理，综合考虑老化失效及偶然故障对常规发电机的影响，建立了常规发电机综合时变运行模型；计及天气状况及老化失效两大主要影响因素，建立了输电线路综合时变运行模型；基于负荷时变模型，利用改进时段模糊聚类算法将负荷曲线波动相似的时段进行聚类，引入新的聚类有效性评判指标得到最优聚类结果，建立了计及负荷波动性、多样性、相关性、方向性的负荷综合不确定性模型，算例结果表明本文所建模型更加准确，更适用于分析运行可靠性。 再次，本文提出一种计及源-网-荷不确定性因素的马尔科夫链风电并网系统运行可靠性评估方法。将系统运行状态进行划分，建立风电并网系统马尔科夫链模型，进而根据系统状态样本数据得到马尔科夫链状态转移矩阵；根据状态转移矩阵和当前运行状态，能够准确评估系统当前时刻可靠性水平，快速预测未来时刻状态概率，定量分析不确定性因素对运行可靠性的影响；采用改进 IEEE-RTS79 系统，对文中所提方法进行了验证，结果表明所提方法的正确性和有效性。 最后，从节点的角度出发，以提高风电并网系统可靠性与经济性为目标，提出计及需求响应的风电并网系统节点可靠性评估方法，并对需求响应项目组合的优先级进行排序。建立了用户需求响应负荷模型，利用层次分析法构建需求响应项目组合优先级层次结构模型；基于序贯蒙特卡洛算法采用分段最优潮流分别从整体、节点的角度评估需求响应项目组合对风电并网系统短期可靠性的影响；在改进 IEEE-RTS79 测试系统中对本文所提方法进行了验证，算例结果表明需求响应项目能有效提高系统可靠性，降低系统成本；同时，需求响应项目组合优先级排序结果进一步表明节点可靠性评估方法评估结果更加准确，优于整体可靠性评估方法。

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