基于风功率调整和无功平衡的发电系统可靠性评估

摘要

本文的研究来源于山西省科技攻关项目《风电场有功功率调整及低电压穿越技术改造方案研究》。如今，随着全球能源危机和环境问题的日趋严峻，风力发电发展迅猛。由于风能随机性和不稳定性的特点，风电并网会对系统可靠性水平造成影响。有功功率和无功功率是电力系统的两个重要方面，而在现有含风电的发电系统可靠性评估中，往往只关注有功充裕性问题，没有分析无功功率的影响，也没有考虑无功电源故障的情况，这样得到的可靠性结果往往不够全面。另一方面，在实际运行中，系统可接纳风电容量受某些因素的制约，应该控制在某一限值之内。本文分别从有功功率和无功功率两个方面对含风电的发电系统可靠性进行评估;在风功率调整基础上计算系统最大可接纳风电容量，并分析其对系统可靠性水平的贡献。
　　本文针对现有风电可靠性评估中不考虑无功功率影响的问题，提出了一种新的风电可靠性评估模型。该模型计及了风机故障的影响，在风速概率分布模型和风机出力模型基础上，考虑了风电场内无功补偿设备故障的影响，建立了风电场综合可靠性模型。从有功功率和无功功率两个方面对含风电场的发电系统进行可靠性评估。应用状态枚举法对系统状态进行筛选，并基于故障重数截止法分析发电系统（包括有功和无功电源）的四阶及以下故障状态。用三级切负荷策略分别解决由有功功率不足、无功功率不足和电压越限引起的可靠性问题。由于节点电压越限大部分是由系统局部无功不足所致，而增加就地无功补偿可以有效解决局部无功不足问题。本文用增加无功补偿策略来解决节点电压越限问题，而第三级切负荷得到的可靠性指标可以为运行和规划人员进行无功补偿选址提供依据。在电网实际运行中，风电并网容量受某些因素的制约不能无限制增加，风电场按额定容量输出的概率很小，因此本文以满足功率平衡和调峰需求为前提，研究了在风电功率调整基础上的系统接纳风电能力计算方法。以实际系统为算例，分别从有功和无功功率两个方面对该系统可靠性水平进行评估，验证本文所提风电场综合可靠性模型和可靠性评估方法的有效性。计算了风电功率调整基础上的系统接纳风电能力，并评估并入此风电容量下的系统可靠性水平，结果表明考虑风电功率调整增加了系统可接入风电容量，进而提高了风电对系统可靠性的贡献。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 本文研究的目的及意义

1．2 国内外风电发展现状

1．2．1 世界风电发展现状

1．2．2 中国风电发展现状

1．3 风电并网的影响

1．4 含风电的发电系统可靠性评估研究现状

1．5 本文研究的主要内容

第二章 发电系统可靠性评估

2．1 发电系统可靠性概念

2．2 发电机可靠性建模

2．3 可靠性评估方法

2．3．1 概率卷积法

2．3．2 解析法

2．3．3 状态枚举法

2．3．4 蒙特卡洛模拟法

2．4 发电系统可靠性评估指标

2．5 本章小结

第三章 风电可靠性评估模型

3．1 风速概率分布模型

3．1．1 Weibull分布

3．1．2 两参数计算

3．2 风电机组出力模型

3．2．1 风电机组输出功率特性

3．2．2 风电机组出力离散概率分布

3．3 风电场常规可靠性模型

3．4 风电场综合可靠性模型

3．4．1 风电场无功补偿

3．4．2 风电场无功损耗

3．4．3 计及无功功率的风电场综合可靠性模型

3．5 算例分析

3．5．1 计算风速概率分布

3．5．2 计算风电场常规可靠性模型

3．5．3 计算风电场综合可靠性模型

3．6 本章小结

第四章 考虑有功功率调整的风电消纳能力分析

4．1 风电消纳能力的主要影响因素

4．2 风电对系统调峰的影响

4．2．1 风电的反调峰特性

4．2．2 风电对系统调峰需求的影响

4．3 调峰机组

4．4 最大消纳能力分析

4．4．1 不考虑风电功率调整的最大消纳能力

4．4．2 考虑风电功率调整的风电消纳能力

4．5 算例分析

4．5．1 不考虑风电功率调整的风电消纳能力

4．5．2 考虑风电功率调整的风电消纳能力

4．6 本章小结

第五章 考虑风电最大消纳能力和无功平衡的发电可靠性评估

5．1 计及无功功率的可靠性评估指标

5．1．1 系统可靠性参数

5．1．2 系统可靠性评估指标

5．2 计及无功功率的可靠性评估方法

5．2．1 故障场景筛选

5．2．2 三级切负荷策略

5．2．3 增加无功补偿策略

5．3 算例分析

5．3．1 无功电源故障对系统可靠性的影响

5．3．2 无功补偿位置对系统可靠性的影响

5．3．3 风电接入容量对系统可靠性的影响

5．3．4 风电最大消纳能力对系统可靠性的影响

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 课题展望

附录

参考文献

致谢

攻读学位期间取得的成果