考虑天气因素的含风电场电力系统的概率潮流分析

摘要

近年来，风力发电技术得到了迅猛的发展，风电接入电力系统的比例也在不断增加。由于风电本身具有随机性、波动性和间歇性等特点，风电并网给电力系统运行带来了较大的不确定性，这种影响不容小觑。另一方面，电力系统的运行状况与天气因素紧密相关，长期暴露在外的元件，如架空输电线和风力机等，对天气变化较为敏感，它们在恶劣天气条件下更容易发生故障。因此，天气因素也增大了电力系统的不确定性。电力系统的种种不确定性给电力系统分析和控制造成了诸多困难，因此，研究风电场出力波动和天气因素对电力系统的影响，定性和定量分析它们对电网潮流造成的不确定性，对于提高对电力系统运行状态的掌控能力，及时排查出电网的薄弱环节，保证电网安全有效运行具有十分重要的科学意义和应用价值。
　　本文将概率潮流作为分析电力系统不确定性的重要工具，开展了以下工作:
　　研究了风力机出力与风速之间的函数关系，指出传统风力机模型将风力机出力等效成风速的线性函数这一假设的局限性，即当风速波动较大时该假设会造成较大误差，所以在建立风力机出力模型时有必要考虑风力机出力与风速之间的非线性关系;分析了风力机强迫停运对风电场输出功率的影响，研究发现当风力机的故障率较高时，风力机强迫停运对风电场出力的影响不容忽视;推导出计及风力机出力与风速非线性关系和风力机故障的风电场出力概率模型，以更准确地描述复杂环境下风电场输出功率的概率特性。
　　研究了天气因素对架空输电线和风电场的模型的影响，引入三状态天气模型模拟天气状况对架空输电线和风力机强迫停运的影响。
　　对于计及风电出力波动以及架空输电线和风力机强迫停运的电力系统，采用基于半不变量的概率潮流法求解系统潮流的概率分布，在求解过程中，通过Gram-Charlier级数展开待求状态变量的连续部分，借助Von Mises法拟合待求变量的离散部分。综合以上成果，提出考虑天气因素的含风电场电力系统的概率潮流计算方法，并在不同天气场景下验证了该算法的准确性和快速性。

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摘要

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附表清单

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文主要内容及章节安排

第2章 概率潮流的理论基础

2．1 引言

2．2 随机变量的数字特征

2．2．1 期望和方差

2．2．2 原点矩和中心矩

2．2．3 半不变量

2．3 线性化的交流潮流模型

2．3．1 节点电压的概率模型

2．3．2 支路潮流的概率模型

2．4 基于半不变量和Gram-Charlier级数的概率潮流

2．4．1 Gram-Charlier级数

2．4．2 计算流程

2．5 线路故障的处理方法

2．5．1 对系统的影响较小的线路故障

2．5．2 对系统的影响较大的线路故障

2．5．3 线路故障对系统影响程度的判据

2．5．4 连续型和离散型分布函数的综合

2．6 基于模拟法的概率潮流

2．7 本章小结

第3章 考虑天气因素的含风电场电力系统的不确定性建模

3．1 引言

3．2 风电场不确定性建模

3．2．1 风速模型

3．2．2 风力机的输出特性

3．2．3 风电场出力的概率分布

3．3 天气因素对架空输电线和风电场的模型的影响

3．3．1 计及天气因素的架空输电线和风力机的故障率

3．3．2 计及风力机故障的风电场出力概率模型

3．4 本章小结

第4章 考虑天气因素的含风电场电力系统的概率潮流计算

4．1 引言

4．2 输入数据

4．3 输出数据

4．4 考虑天气因素的含风电场电力系统的概率潮流计算流程

4．5 算例分析

4．5．1 测试系统

4．5．2 计及风力机出力与风速非线性关系的必要性验证

4．5．3 计及风力机故障的必要性验证

4．5．4 不同天气场景下的潮流变化情况

4．5．5 计算速度与精度

4．6 本章小结

总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

攻读硕士学位期间参与的科研项目