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随机规划理论在风电并网系统分析中的应用研究

作　者: 雷亚洲
导　师: 戴慧珠；印永华；王伟胜
学　校: 中国电力科学研究院
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 风力发电风电穿透功率极限有功优化潮流机会约束规划随机模拟技术遗传算法
分类号: TM614
类　型: 博士论文
年　份: 2001年
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内容摘要

风力发电是一种较为成熟的可再生能源技术，世界范围的环境污染和能源短缺要求电力供应从数量向质量转变，风电产业迎来了前所未有的发展机遇。与传统发电机组不同，风力发电是一种间歇式能源，风电场的输出功率是随机变化的。风电的这个特点对传统电力系统业已成熟的运行模式是个很大的冲击，电力公司十分担心风电并网会影响系统的安全经济运行，这种担忧已经成为阻碍风电发展的重要因素。因此，研究一个电力系统能够接受的风电穿透功率水平以及风电并网系统的经济运行方式成为十分紧迫的课题。要确定一个系统的风电穿透功率极限，最朴素的想法就是采用动态仿真方法，分析一系列给定容量的风电并网对系统电能质量、安全性和稳定性的影响，系统可以接受的最大风电容量就是穿透功率极限。也有文献采用概率方法分析风电并网以后系统的供电可靠性等指标，进而确定穿透功率极限。这些方法需要事先估计风电穿透功率的数值，计算效果的好坏取决于研究者的经验和对系统的了解程度，不能称之为系统性的方法。本文深入分析了风电穿透功率极限的物理实质——即在满足各种技术约束(如节点电压幅值、输电线路功率、系统频率偏移以及旋转备用等)的前提下，电力系统可以接受的最大风电容量，提出采用最优化方法计算风电穿透功率极限的思想。为了充分考虑风电的随机性，引入随机变量表示风电功率。而为了解决这样一个含随机变量的数学优化问题，又引入了随机规划理论，建立了基于机会约束规划的数学模型。为了保证大型并网风电场的正常运行，需要适当调整系统内其它机组的运行方式，伴随着运行方式的变化，系统的发电成本也将发生变化。由于风电场的输出功率是随机的，要保证功率平衡，其它机组的出力也要随之变化，因此整个系统的发电成本就成为随机变量。显然，风电并网系统的经济负荷分配已经超出了传统经济调度的范畴，需要研究新的优化算法。根据随机规划理论，本文建立了求解有功优化潮流的机会约束规划模型，目标是在常规机组和风电场之间经济分配负荷，实现系统发电成本期望的最小化。为了克服机会约束规划问题求解的困难，本文设计了基于随机模拟技术的遗传算法，计算风电穿透功率极限和风电并网系统的有功优化潮流。虽然与传统的优化算法而言，这种算法比较耗时，但是对于常规方法无法求解的复杂机会约束规划问题来说，这不失为一种可行的求解方法，在IEEE30系统上的试验结果表明了这种算法的有效性。新疆地区电网规模较小，而我国最大的风电场——达坂城风电场就位于区内，因此，分析新疆的风电并网问题具有典型意义。本文结合新疆电网的实际情况，初步探讨了新疆系统的风电穿透功率极限和有功潮流优化，验证了所提方法的实用性。

全文目录

第一章绪论  7-17
  1．1 选题背景  7-10
    1．1．1 能源与环境  7-8
    1．1．2 风力发电概况  8-9
    1．1．3 机遇与挑战  9-10
  1．2 研究现状  10-14
    1．2．1 文献介绍  10-12
    1．2．2 研究成果与不足  12-14
  1．3 本文的主要工作  14-17
    1．3．1 主要思路  14-15
    1．3．2 主要内容  15-17
第二章机会约束规划理论  17-32
  2．1 风电原理及特点  17-22
    2．1．1 风机功率  17-19
    2．1．2 风电的随机性  19-21
    2．1．3 风速的随机分布  21-22
  2．2 机会约束规划理论  22-26
  2．3 遗传算法  26-32
    2．3．1 基本思想  26-28
    2．3．2 遗传算法的实现  28-29
    2．3．3 随机模拟技术  29-30
    2．3．4 随机数发生器  30
    2．3．5 随机规划的求解  30-32
第三章穿透功率极限计算  32-65
  3．1 穿透功率极限的实质  33-35
  3．2 机会约束规划模型  35-40
  3．3 直流近似模型  40-44
  3．4 基于随机模拟的遗传算法  44-48
  3．5 电压约束的校验  48-54
  3．6 IEEE30算例  54-63
    3．6．1 基本计算条件  54-56
    3．6．2 计算过程与结果  56-60
    3．6．3 与传统方法的比较  60-62
    3．6．4 影响穿透功率极限的因素  62-63
  3．7 本章小结  63-65
第四章随机的有功优化潮流  65-85
  4．1 风电对系统发电成本的影响  65-72
    4．1．1 风电对系统运行方式的影响  66-67
    4．1．2 发电成本的定量计算  67-71
    4．1．3 影响发电成本的因素  71-72
  4．2 基于机会约束规划的有功最优潮流  72-79
    4．2．1 传统的最优潮流  72-74
    4．2．2 有功最优潮流模型  74-76
    4．2．3 有功最优潮流的求解  76-79
  4．3 IEEE30算例  79-82
  4．4 有功最优潮流的应用  82-84
  4．5 本章小结  84-85
第五章新疆系统分析  85-96
  5．1 电网概况  85-86
  5．2 计算条件  86-88
  5．3 穿透功率极限的计算  88-91
  5．4 发电成本分析  91-92
  5．5 本章小结  92-96
第六章结论  96-98
参考文献  98-106
附录  106-115
  Ⅰ IEEE30系统数据  106-109
  Ⅱ 关于采用概率约束必要性的讨论  109-111
  Ⅲ 新疆98冬大方式数据  111-115
攻读博士学位期间发表的论文  115-116
致谢  116

随机规划理论在风电并网系统分析中的应用研究

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