风电并网对电力系统可靠性影响研究

【摘要】：随着风力发电技术的不断发展和对环境保护的日益重视,风电单机容量和并网型风电场的规模都在不断增加,在电力需求中所占比例也越来越大,这个趋势致使风力发电对电网的影响越来越明显。为了满足供电需求,保证电网稳定运行和供电系统的可靠性,研究分析风资源独有的特性,评估风力发电对系统可靠性方面的影响在现实中具有重要的经济价值。另外本文研究了威布尔模型、时间序列模型等风速序列的多种数学建模方法以及蒙特卡罗模拟法在电力系统可靠性评估中的应用,不仅分析了这些算法的应用特点,还进一步深入研究了其改进型算法,为风电场可靠性评估奠定了理论基础。本文首先分析了风速序列的多种特征,主要表现在短期波动性、时序连续型、频域特性、概率分布特性以及日特性等方面。在MATLAB中建立并仿真实现风速序列的威布尔模型和时间序列模型,经对比分析时间序列模型虽能体现风速在时间上的连续性,但忽视了时刻值对风速的影响,对此本文开展了初步的探讨研究,基于概率测度变换理论提出了一种组合ARMA模型,尽可能多地保留风速序列的特点。然后基于MATLAB软件,介绍并仿真实现序贯和非序贯蒙特卡罗算法对IEEE-RTS79这一常规发输电系统的可靠性评估,针对传统抽样收敛速度较慢的缺点,本文阐述了两种改进抽样方法：重要抽样法和等分散抽样法,并进行了仿真分析。接着结合风速序列模型建立风电场的可靠性数学模型,该模型考虑了风能随机性和风电机组故障等不确定因素,然后将之接入到RTS79电力系统中,基于蒙特卡罗算法评估风电场替换常规机组、风电接入点、风电渗透率、风速大小因素对含风电系统的可靠性水平的影响,为风电场的规划与运行奠定理论基础。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。本文基于有效负荷承载能力定义风电场的容量可信度,在非序贯蒙特卡罗算法评估程序的基础上,采用弦截法进行迭代运算,结合算例详细分析了不同并网方案对风电场容量可信度的影响。本文对风速序列的数学模型及风力发电对发输电系统可靠性的影响进行了研究,取得了一定的成果,但是仍有一些不足之处和需要进一步研究的内容,主要有以下几点：时间序列模型以及本文提出的组合模型在拟合风速序列方面仍有待提高,未来可考虑采用自回归条件异方差模型(ARCH)或者与神经网络方法相结合；风电场接入容量过大时,有可能发生输电线路的阻塞现象,影响到系统的可靠性,这一问题有待研究；有必要基于某一标准,在评估比较现有风电可信容量定义方法的基础上,统一并规范风电场的容量可信度定义。 【关键词】：风力发电 可靠性评估 时间序列模型 蒙特卡罗算法 容量可信度
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM614;TM732
【目录】：

• 摘要8-10
• Abstract10-12
• 第一章 绪论12-20
• 1.1 选题背景和意义12-15
• 1.1.1 风力发电发展概况12-14
• 1.1.2 风力发电并网的主要问题14-15
• 1.2 含风电系统可靠性研究现状15-18
• 1.2.1 风速模型的研究现状16-17
• 1.2.2 电力系统可靠性评估方法的发展17-18
• 1.2.3 风电场容量可信度的研究现状18
• 1.3 本文的主要研究内容18-20
• 第二章 风资源特性分析及建模20-41
• 2.1 引言20-21
• 2.2 风速模型评价标准21-24
• 2.3 风速概率分布模型24-25
• 2.4 风速时间序列模型25-30
• 2.4.1 时间序列模型原理25-28
• 2.4.2 组合型风速模型28-30
• 2.5 算例分析30-40
• 2.5.1 一般风速模型31-37
• 2.5.2 组合风速模型37-40
• 2.6 本章小结40-41
• 第三章 基于蒙特卡罗算法的电力系统可靠性分析41-56
• 3.1 引言41
• 3.2 电力系统可靠性评估指标41-43
• 3.3 蒙特卡罗算法的基本原理43-45
• 3.3.1 元件的可靠性参数43-44
• 3.3.2 蒙特卡罗算法的理论基础44
• 3.3.3 蒙特卡罗算法的运算精度44-45
• 3.4 蒙特卡罗抽样方法45-50
• 3.4.1 非序贯蒙特卡罗算法46-47
• 3.4.2 序贯蒙特卡罗算法47-48
• 3.4.3 等分散抽样算法48-49
• 3.4.4 重要抽样算法49-50
• 3.5 算例分析50-55
• 3.5.1 传统蒙特卡罗算法的实现51-53
• 3.5.2 改进抽样算法的实现53-55
• 3.6 本章小结55-56
• 第四章 含风力发电的电力系统可靠性评估56-67
• 4.1 引言56
• 4.2 风力发电机组原理56-58
• 4.3 风电机组可靠性模型58-60
• 4.3.1 风速模型58-59
• 4.3.2 风电机组出力模型59-60
• 4.3.3 风电机组停运模型60
• 4.4 算例分析60-66
• 4.4.1 风电渗透率对系统可靠性的影响61-63
• 4.4.2 风电接入点对系统可靠性的影响63-64
• 4.4.3 风电机组替代常规机组的影响分析64-66
• 4.4.4 风速对系统可靠性的影响66
• 4.5 本章小结66-67
• 第五章 风力发电容量可信度计算67-75
• 5.1 引言67
• 5.2 风电场容量可信度定义67-68
• 5.3 风电场有效载荷能力的计算方法68-70
• 5.4 算例分析70-74
• 5.4.1 系统可靠性水平对ELCC的影响71-72
• 5.4.2 风速对容量可信度的影响72-73
• 5.4.3 风电场容量对容量可信度的影响73-74
• 5.5 本章小结74-75
• 第六章 结论与展望75-78
• 参考文献78-84
• 致谢84-85
• 学位论文评阅及答辩情况表85

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