计及风电场容量可信度的电力系统可靠性研究

摘要

风力发电具有随机性和波动性等特点,当风电穿透功率超过一定值之后,会严重影响电能质量和电网稳定性、可靠性,甚至引起大面积停电事故,这迫切需要对风电场接入电力系统的可靠性进行正确评估。本文应用两参数威布尔分布(Two-Parameter Weibull Distribution)模拟风速,首先建立了风电场可靠性模型,其中应用Jensen模型和Lissaman模型模拟风电场内不同地形的尾流效应,并结合风电机组停运模型给出风电场每小时输出有功功率的计算方法。该模型还考虑了风向、气温的影响。其次,建立了基于序贯蒙特卡罗仿真的含大规模风电场的发输电系统充裕度评估模型。通过对充裕度算法的研究,建立了主要元件基于两状态Markov过程的故障模型,并且应用深度优先算法进行系统网络拓扑结构分析,寻找因输电线路故障引起电网解列而产生的子系统。应用直流潮流算法计算潮流分布,判断输电线路传输容量是否越限并进行相应处理。采用Matlab 7编制相应程序,以IEEE-RBTS和IEEE-RTS 79测试系统为例计算可靠性指标,并设计不同的并网方案,充分评估大规模风电场接入对发输电系统可靠性的影响。
　　 在含大规模风电场的发输电系统充裕度评估模型的基础上,进行了风电场容量价值计算,从容量角度评估风电场价值。应用有效负荷承载能力(Effective LoadCarrying Capability)作为本文评估电力系统新增电源容量价值的标准。介绍了电源有效负荷承载能力的概念,提出一种基于非序贯蒙特卡罗仿真法的新增风电场有效负荷承载能力的算法。以IEEE-IBTS测试系统为例进行了风电场有效负荷承载能力计算,并分析了有效负荷承载能力的影响因素。
　　 风电场容量可信度的计算是确定风电场替代火电厂后可节约的成本以及确定风电上网电价,进而提高风电场经济价值的重要基础。在有效负荷承载能力概念的基础上提出了风电场容量可信度定义,并提出了一种基于非序贯蒙特卡罗仿真,采用弦截法计算风电场容量可信度的算法。该方法不但考虑了输电线路故障,同时考虑了采用理想常规发电机组和采用多状态发电机组衡量容量可信度的方法。详细分析了传统潮流算法下输电线路故障对线路传输容量越限以及风电场容量可信度的影响。编写了相应程序,应用改进的潮流算法,结合算例详细分析了风电机组参数、不同并网方案对风电场容量可信度的影响。

目录

文摘

英文文摘

第一章 引言

1.1 选题背景和意义

1.2 风力发电发展现状

1.2.1 风能资源及其特性概述

1.2.2 世界风力发电概述

1.2.3 中国风力发电概述

1.3 风力发电并网主要问题

1.3.1 风电场与常规能源电厂主要区别

1.3.2 风力发电并网对电网影响

1.4 国内外研究动态

1.5 本文主要工作

第二章 风电场可靠性模型

2.1 概述

2.2 风力发电基本知识

2.2.1 风电机组工作原理

2.2.2 并网型风力发电机组分类

2.3 风速模拟

2.3.1 威布尔分布和瑞利分布模拟风速

2.3.2 时间序列法模拟风速

2.3.3 神经网络法模拟风速

2.4 风电机组的输出功率特性

2.5 风电场尾流效应模型

2.5.1 Jensen模型

2.5.2 Lissaman模型

2.6 风电机组停运模型

2.7 风电场输出功率计算流程

2.8 算例分析

2.9 本章小结

第三章 含风电场的发输电系统可靠性评估

3.1 概述

3.2 可靠性分析基本知识

3.2.1 基本概念和研究方法

3.2.2 元件的可靠性参数和状态分析

3.2.3 蒙特卡罗模拟法原理和分类

3.2.4 发输电系统可靠性指标

3.3 含风电场的发输电系统序贯蒙特卡罗仿真模型

3.3.1 发输电系统主要元件模型

3.3.2 负荷模型

3.3.3 网络拓扑分析

3.4 含风电场的发输电系统序贯蒙特卡罗仿真流程图

3.5 算例分析

3.6 本章小结

第四章 基于非序贯蒙特卡罗的风电场有效负荷承载能力计算

4.1 概述

4.2 有效负荷承载能力概念

4.3 ELCC计算方法研究

4.3.1 一种非线性的风电场ELCC计算方法

4.3.2 一种基于粒子群算法的风电场容量可信度计算方法

4.4 基于非序贯蒙特卡罗仿真的风电场有效负荷承载能力计算

4.4.1 负荷等级

4.4.2 系统可靠性指标与负荷等级关系曲线

4.4.3 中间节点法计算过程

4.5 算例分析

4.6 本章小结

第五章 风电场容量可信度计算

5.1 概述

5.2 基于ELCC的风电场容量可信度定义

5.3 风电场容量可信度的计算

5.3.1 ΔL的计算

5.3.2 改进的潮流算法

5.3.3 所需理想可靠的常规发电机组额定容量求解

5.3.4 所需非理想可靠的常规发电机组额定容量求解

5.4 算例分析

5.4.1 IEEE-RBTS系统算例

5.4.2 IEEE-RTS 79系统算例

5.4.3 风电机组参数对风电场容量可信度计算结果的影响

5.4.4 风电场并网方案对风电场容量可信度计算结果的影响

5.5 本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

个人简历、在学期间参加的科研工作及发表的学术论文