考虑复杂变量相关和线路开断的风电并网系统线路过载风险控制

【摘要】：电力系统线路过载风险控制通过引入风险指标来反映系统的安全性,能够对整个电力系统在多种运行条件下的安全性能指标有一个更科学、细致的评估与控制。综合分析系统在多种运行方式下线路过载风险发生的可能性和严重性,利用最优潮流(Optimal Power Flow,OPF)工具得到反映系统静态安全性的最优风险指标,进一步讨论为控制风险所采取的策略,这些信息对电力决策者具有很高的参考价值。随着国家对新能源研究和开发的不断深入,风力发电作为技术最成熟、最具规模和经济发展前景的可再生能源之一,逐渐受到各国的重视并得到广泛的开发和利用,由于风能本身具有的随机性、间歇性、波动性的特征使得系统运行方式更加复杂,因此有必要计及系统中的各种不确定性因素(常规发电机组出力的波动、负荷波动、风电机组的随机出力以及系统线路开断的不确定性等),并考虑随机变量间实际存在的相关性,来进行风电并网系统静态安全风险控制。本文探讨了考虑复杂变量相关和线路开断的风电并网系统线路过载风险控制。具体内容如下:首先,考虑负荷、常规发电机出力和风电出力的不确定性,提出了基于OPF的风电并网系统线路过载风险控制模型。目标函数同时考虑系统发电成本和线路过载风险指标,其中利用线路过载的可能性和严重性模型来反映线路过载对风险指标的影响,综合得到线路过载风险指标;不等式约束包括无功补偿和系统爬坡约束等;采用跟踪中心轨迹内点法(Path Following Interior Point,PFIP)求解该模型,在含风电场的IEEE-30节点系统进行仿真,结果表明通过对控制变量的优化,有效减小了系统线路过载风险值,一定程度上保障了电力系统的安全。其次,基于Cholesky分解法考虑系统中负荷之间的互相关性,综合线路过载可能性和严重度来评估线路过载风险,建立以发电成本和线路过载风险指标为目标函数的风险控制模型。通过对控制变量的优化,得到系统的线路过载风险指标和发电成本值。在含风电场的IEEE-14节点系统上进行仿真分析,结果表明负荷相关性影响到系统运行成本和过载风险值,应该考虑负荷相关性进行线路过载风险控制。第三,针对负荷、常规发电和风电之间的互相关性,提出处理复杂变量相关性的四种方案,包括Nataf变换/多项式变换(Polynomial Normal Transformation,PNT)结合正交变换(Orthogonal Transformation,OT)/初等变换(Elementary Transformation,ET),结合点估计(Point Estimate Method,PEM)方法分析几种处理变量相关性方案的优劣,进一步结合概率潮流(Probabilistic Load Flow,PLF)计算进行线路过载风险评估。对含风电场的IEEE-30节点系统进行仿真,与蒙特卡罗模拟(Monte Carlo simulation,MCS)的结果进行比较,表明Nataf变换和ET的组合方案联合PEM能够提供更精确的概率潮流解和风险评估结果。最后,在考虑随机变量不确定性和复杂相关性的基础上,考虑支路断线故障建立线路过载风险控制模型。采用补偿功率法构建支路断线模型,利用Nataf变换和ET方案处理负荷、传统发电机出力和风电机组出力之间的相关性,构建了考虑经济性和安全性的线路过载风险控制模型。对含风电场IEEE-30节点系统进行仿真,仿真结果表明线路断线对机组运行成本和线路过载风险有显著影响。 【关键词】：风电并网 风险控制 相关性 点估计法 支路断线
【学位授予单位】：上海大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 第一章 绪论12-22
• 1.1 课题研究的背景与意义12-14
• 1.2 国内外研究概况14-21
• 1.2.1 电力系统安全性分析14-15
• 1.2.2 电力系统安全评估方法15-17
• 1.2.3 风电并网对电力系统的影响17-18
• 1.2.4 电力系统风险控制方法及其应用18-21
• 1.3 论文的主要研究内容21-22
• 第二章 风电并网系统线路过载风险控制22-33
• 2.1 引言22-23
• 2.2 线路过载风险控制模型23-26
• 2.2.1 目标函数23-25
• 2.2.2 等式约束25
• 2.2.3 不等式约束25-26
• 2.3 跟踪中心轨迹内点法26-28
• 2.4 算例分析28-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第三章 考虑负荷相关性的风电并网系统线路过载风险控制33-39
• 3.1 引言33-34
• 3.2 基于Cholesky分解的负荷相关性描述方法34
• 3.3 考虑负荷相关性的线路过载风险控制建模和求解34-35
• 3.4 算例分析35-38
• 3.5 本章小结38-39
• 第四章 考虑复杂变量相关性的风电并网系统线路过载风险评估39-59
• 4.1 引言39-42
• 4.2 非正态变量的相关性描述方法42-45
• 4.2.1 Nataf变换42-43
• 4.2.2 三阶多项式正态变换43-45
• 4.3 正态变量的相关性描述方法45-48
• 4.3.1 正交变换46
• 4.3.2 初等变换46-48
• 4.4 基于点估计方法的线路过载风险评估步骤48-50
• 4.5 算例分析50-58
• 4.5.1 PLF仿真分析54-55
• 4.5.2 线路过载风险评估55-58
• 4.6 本章小结58-59
• 第五章 考虑线路开断的风电并网系统线路过载风险控制59-67
• 5.1 引言59-60
• 5.2 基于补偿功率法的线路故障建模60-61
• 5.3 考虑线路开断的线路过载风险控制模型61
• 5.4 算例分析61-66
• 5.4.1 线路潮流值分析62-64
• 5.4.2 线路过载风险值分析64-66
• 5.5 本章小结66-67
• 第六章 结论与展望67-70
• 6.1 结论67-68
• 6.2 展望68-70
• 参考文献70-79
• 作者攻读硕士学位期间公开发表的论文及软著79-80
• 致谢80

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