含不确定性电源的电力系统柔性生产模拟及评估研究

摘要

越来越多的可再生能源接入电力系统,对缓解能源供需矛盾、调整电源结构和解决环境问题起到了举足轻重的作用。同时,这些可再生能源因其自身具有波动性、随机性和间歇性等不确定性特点,成为影响电力系统电源规划和经济安全运行的重要因素。针对上述问题,本文基于不确定性理论,提出并研究了含不确定性电源的电力系统“柔性生产模拟”及评估的方法和流程,主要研究成果有:
　　1)调研了国内外电力系统不确定性研究现状和大规模不确定性电源接入后给电力系统带来的影响。在此基础上,提出了含不确定性电源的电力系统“柔性生产模拟”的概念及流程。
　　2)基于时序负荷曲线,提出了序列运算频率法来研究电力系统含不确定性电源的随机生产模拟。在研究不确定性电源出力预测方法基础上,以序列运算理论为依据,保留负荷、电源和发输电元件等的不确定特性,给出了考虑经济性和可靠性的综合资源规划评估结果,还利用等效负荷频率曲线来评估不确定性电源接入对电力系统造成的影响。
　　3)以电力系统备用率波动最小和平均风险度最小为多目标,建立了考虑电力系统备用率和平均检修风险度的机组检修模型,寻找在所研究时段内备用率尽可能相等、检修平均风险度尽可能小的机组检修安排。采用非支配排序改进遗传模拟退火算法(Nondominated Sorting Genetic Algorithm,NSGA)对所提模型进行求解,不仅可以获得Pareto前端解集,还可以据此推荐最优的机组检修方案。
　　4)提出了基于改进遗传 K-means聚类算法的不确定性电源多机聚合建模方法。以风电为不确定性电源研究对象,建立考虑尾流效应的风电场风速模型,利用层次聚类法以风机输入风速为分群依据,给出了风电场多机分群所需的最优聚类个数和较优初始聚类中心。在此基础上,通过改进遗传K-means聚类算法给出了最优风机聚类中心和风电场机群划分结果,从而完成了大型风电场聚合模型的构建。
　　5)建立了基于调峰调频分析的含不确定性电源的电力系统弃能电量评估模型。所提方法从电网调峰和调频两个层面全面评估了系统的弃能电量:基于对电网调峰需求和调峰能力的分析,给出了调峰层面的弃能电量;基于多场景分析理论给出了调频层面的弃能电量。
　　文中的相关算例验证了所提含不确定性电源的电力系统“柔性生产模拟”相关模型及评估理论的有效性和正确性。

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第一章 绪论

1.1 选题背景和研究意义

1.2 电力系统不确定性研究现状

1.3 电力系统生产模拟及评估研究现状

1.4 本论文的主要工作和创新点

第二章 电力系统不确定性分析与“柔性生产模拟”

2.1 引言

2.2 电力系统不确定性分析

2.3 电力系统“柔性生产模拟”概念及体系

2.4 本章小结

第三章 含不确定性电源的随机生产模拟

3.1 引言

3.2 不确定性电源出力预测

3.3 基于序列运算频率法的随机生产模拟理论

3.4 序列运算频率法流程

3.5 算例

3.6 本章小结

第四章 含不确定性电源的电力系统检修与机组组合

4.1 引言

4.2 多目标优化理论

4.3 含不确定性电源的机组检修计划

4.4 机组检修计划的非支配排序改进遗传-模拟退火算法

4.5 含不确定性电源的机组组合问题

4.6 算例

4.7 本章小结

第五章 基于改进遗传K-means聚类算法的大规模不确定性电源聚合建模

5.1 引言

5.2 风电场风速模型建立

5.3 单机表征与多机表征思想

5.4 改进遗传K-means聚类算法

5.5 基于改进GKA的风电场多机聚合建模步骤

5.6 算例

5.7 本章小结

第六章 含不确定性电源的电力系统弃能电量评估

6.1 引言

6.2 电力系统弃能分析

6.3 基于调峰分析的弃能电量评估

6.4 基于调频分析的弃能电量评估

6.5 本章小结

第七章 实际算例应用

7.1 算例介绍

7.2 电力系统柔性生产模拟评估结果及分析

7.3 本章小结

第八章 总结与展望

8.1 总结

8.2 展望

参考文献

附录

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文