计及风电场的大电网可靠性模型算法研究

论文摘要

随着能源问题和环境问题的日益严峻,世界各国竞相大力发展可再生能源。风电是无需燃料费用的可再生绿色能源,由于其利用成本的低廉和技术的成熟,风电已成为可再生能源中发展最快的、最具有发展前景的一种发电力式。但是与其他常规的火电厂、水电厂不同,风电场的输出功率不断波动,大规模风电并网后会对电力系统的安全稳定运行带来一定的影响。为研究风电场并网对电力系统可靠性的影响,本文建立了基于蒙特卡洛仿真的计及风电场的大电网系统可靠性分析模型,充分考虑了风速的随机性及风电机组强迫停运率,对计及风电场的大电网系统进行可靠性评估。本文所作工作如下:①本文简单介绍了风力发电可靠性评估的发展概况、方法和国内外研究现状,认识到对计及风电场大电网系统进行可靠性评估的重要性。②大电网可靠性评估方法可分为解析法和模拟法,其中模拟法由于方法的灵活性和实用性已日益得到重视和应用。模拟法按随机抽样方法的不同而分为非序贯蒙特卡洛仿真、序贯蒙特卡洛仿真和状态转移抽样。本文详细介绍了三种蒙特卡洛仿真方法的基本原理,分析了它们的优缺点。同时,基于序贯蒙特卡洛仿真得到的年可靠性指标样本和非参数概率密度估计技术,论文实现了可靠性指标的概率密度估计,探索了从可靠性指标内在分布规律和结构特征出发深刻揭示电网风险特性的新思路。通过对RBTS和IEEE-RTS79可靠性测试系统的评估分析,验证了所提方法的正确性和有效性。③风速预测是风电场规划设计中的重要工作。考虑风速时序性和自相关性的特点,采用时间序列法建立了风速序列预测模型,在算例中,将预测风速的分布特性与实际风速分布特性相比较,验证了自回归移动平均模型用于风电场风速预测的可行性。④根据风速序列预测模型,结合常规机组、线路和变压器等的状态模型,建立了基于序贯蒙特卡洛仿真的风电场可靠性模型,该模型充分考虑了风能随机性和风电机组强迫停运率等不确定因素,将该模型应用于计及风电场的大电网系统,按照在满足系统安全约束条件的前提下充分利用风电的原则,对计及风电场的大电网系统进行可靠性评估。⑤将风电场的可靠性模型与电力系统模型相结合,提出基于序贯蒙特卡洛方法评估计及风电场的大电网系统可靠性,研究了风电场并网、风电场穿透功率、风电场选址以及风速变化对电网可靠性的影响,为风电场的规划与运行奠定理论基础;另外,基于核密度估计技术得到了可靠性指标的概率密度分布,对几种方案可靠性指标的概率密度分布进行了比较,实现了对计及风电场的大电网风险更深入和完整的认知。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 风力发电发展概况及研究内容
• 1.2.1 世界风力发电发展
• 1.2.2 我国风力发电发展
• 1.2.3 风力发电技术研究内容
• 1.3 大电网系统可靠性评估国内外研究现状
• 1.4 风力发电可靠性国内外研究现状综述
• 1.5 本课题研究的内容
• 2 基于蒙特卡洛仿真的大电网可靠性评估
• 2.1 引言
• 2.2 蒙特卡洛仿真的基本原理
• 2.3 基于不同抽样方法的蒙特卡洛仿真
• 2.3.1 非序贯蒙特卡洛仿真
• 2.3.2 序贯蒙特卡洛仿真
• 2.3.3 状态转移抽样技术
• 2.4 可靠性指标概率密度分布估计理论
• 2.5 算例分析
• 2.5.1 大电网系统蒙特卡洛仿真
• 2.5.2 可靠性指标概率密度估计
• 2.6 本章小结
• 3 风电场风速预测模型
• 3.1 引言
• 3.2 ARMA 模型
• 3.3 模型阶次的确定
• 3.3.1 模型确定
• 3.3.2 模型阶数的确定
• 3.4 模型参数估计
• 3.4.1 AR 模型参数估计
• 3.4.2 ARMA 模型参数估计
• 3.5 算例分析
• 3.5.1 数据预处理
• 3.5.2 模型识别与参数估计
• 3.6 本章小结
• 4 计及风电场的大电网系统可靠性模型研究
• 4.1 引言
• 4.2 风电场及风电机组
• 4.3 风力发电机组可靠性模型
• 4.3.1 风力发电机组输出功率特性
• 4.3.2 风速模型
• 4.3.3 风电机组与常规机组的停运模型
• 4.4 风电机组与常规机组联合运行的约束条件
• 4.5 计及风电场的大电网可靠性序贯蒙特卡洛仿真
• 4.6 本章小结
• 5 风电场对大电网系统可靠性影响分析
• 5.1 引言
• 5.2 风电场对大电网系统可靠性影响的评估
• 5.3 算例分析
• 5.3.1 风电场并网对系统可靠性的影响
• 5.3.2 风电场穿透功率对系统可靠性的影响
• 5.3.3 风速对系统可靠性的影响
• 5.3.4 启动风速、额定风速和切除风速对系统可靠性的影响
• 5.4 本章小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A 作者在攻读学位期间发表的论文目录
• B 作者在攻读学位期间参加的科研项目