含潮汐流能和儲(chǔ)能的發(fā)電系統(tǒng)概率建模及其可靠性評(píng)估.pdf

1、目前，電力生產(chǎn)仍對(duì)化石燃料具有較強(qiáng)的依賴性，然而，化石能源的枯竭以及由其引發(fā)的環(huán)境問(wèn)題不容忽視，尋求持續(xù)可再生能源發(fā)電成為切實(shí)可行的解決方案之一。在這一環(huán)境下，潮汐流能發(fā)電技術(shù)作為新興發(fā)電技術(shù)已越來(lái)越受到各國(guó)政府的重視，許多潮汐流能發(fā)電項(xiàng)目得以立項(xiàng)，潮汐流能發(fā)電機(jī)組也已問(wèn)世。但是，根據(jù)文獻(xiàn)檢索，對(duì)潮汐流速概率特性的研究以及含潮汐流能發(fā)電的電力系統(tǒng)可靠性評(píng)估仍是空白。本文針對(duì)這個(gè)空白，研究了潮汐流速概率特性、潮汐流能發(fā)電機(jī)組功率輸出概率模

2、型、潮汐流能電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可靠性模型、電池儲(chǔ)能系統(tǒng)可靠性模型，并在此基礎(chǔ)上，提出了含潮汐流能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電和電池儲(chǔ)能的混合發(fā)電系統(tǒng)的可靠性評(píng)估模型和方法。
　　潮汐流速概率分布模型是研究含潮汐流能發(fā)電的電力系統(tǒng)可靠性評(píng)估和概率分析的基礎(chǔ)。本文提出利用W akeby分布模擬潮汐流速的概率特性，并與其它9個(gè)理論概率分布分別對(duì)十個(gè)地點(diǎn)的四年潮汐流速歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，用Kolmogorov-Smirnov檢驗(yàn)法（K-S檢驗(yàn)法）和均方根誤差指

3、標(biāo)作為檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)所有10個(gè)概率分布進(jìn)行了先驗(yàn)和后驗(yàn)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)。比較結(jié)果表明：所建議的W akeby分布不僅是唯一一個(gè)通過(guò)K-S檢驗(yàn)的分布，也是對(duì)潮沙流速概率分布擬合最好的分布。
　　潮汐流能發(fā)電機(jī)組功率輸出概率模型對(duì)含潮汐流能發(fā)電的電力系統(tǒng)可靠性評(píng)估和概率分析至關(guān)重要。本文在分析影響潮汐流能發(fā)電機(jī)組功率輸出的兩個(gè)隨機(jī)變量（潮汐流速和海水密度）的基礎(chǔ)上，建立了與潮汐流速、海水鹽度以及海水溫度相關(guān)的潮汐流能發(fā)電機(jī)組功率輸出概率模型。案

4、例分析表明：海水溫度對(duì)潮汐流能發(fā)電機(jī)組功率輸出影響較??；傳統(tǒng)的采用平均值的確定性方法計(jì)算所得到的潮汐流能發(fā)電機(jī)組功率輸出的誤差，要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于本文提出的概率方法的誤差。
　　基于雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)和背靠背雙向功率變換器的潮汐流能電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的可靠性分析，對(duì)含潮汐流能發(fā)電的電力系統(tǒng)可靠性分析具有不可或缺的作用。本文在分析影響電力電子元件失效的因素和雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)運(yùn)行模式的基礎(chǔ)上，提出了與潮汐流速相關(guān)的轉(zhuǎn)子側(cè)變換器和電網(wǎng)側(cè)變換器的失效率估算模

5、型，以及雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)不同運(yùn)行模式下流經(jīng)轉(zhuǎn)子的電流計(jì)算模型。同時(shí)，基于潮沙流速W akeby分布模型，提出了轉(zhuǎn)子電流多狀態(tài)離散模型。案例分析表明：不同潮汐流速對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子側(cè)變換器、電網(wǎng)側(cè)變換器乃至整個(gè)系統(tǒng)的可靠性有所不同；不同運(yùn)行模式下系統(tǒng)失效率有所不同，且轉(zhuǎn)子側(cè)變換器的失效率與電網(wǎng)側(cè)變換器的失效率在模式變化上亦有所不同；潮汐流速的概率分布對(duì)系統(tǒng)的失效率影響顯著。
　　電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的可靠性分析對(duì)于含可再生能源發(fā)電的電力系統(tǒng)可靠性分析

6、意義重大。本文提出了一種適用于包含多個(gè)電池模組的大規(guī)模電池儲(chǔ)能系統(tǒng)可靠性評(píng)估方法?；陔姵匦究偘矔r(shí)吞吐量計(jì)算方法計(jì)算了電池健康狀態(tài)指標(biāo)，并結(jié)合通用生成函數(shù)計(jì)算了電池模組的可靠度；基于電力電子元件失效率估算模型，提出了 DC/AC變換器可靠性評(píng)估模型；通過(guò)對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)各個(gè)組件（包括電池模組和DC/AC變換器）的可靠性分析，建立了整體系統(tǒng)可靠性評(píng)估模型。另外，本文也給出了一種可重構(gòu)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以提高電池儲(chǔ)能系統(tǒng)可靠性。案例分析結(jié)果

7、表明：本文提出的可重構(gòu)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)較傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)具有較高的可靠性，且因具有較多的運(yùn)行狀態(tài)使其運(yùn)行具有更好的靈活性；電池充放電循環(huán)次數(shù)和電池輸出功率影響電池模組的可靠性；減少電池模組中串聯(lián)電池的數(shù)量或增加并聯(lián)電池的數(shù)量可以提高電池模組的可靠性。
　　潮汐流能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電作為兩種相輔相成的可再生能源發(fā)電技術(shù)，其組成的混合發(fā)電系統(tǒng)在海岸區(qū)域或各個(gè)海島供電方面占據(jù)重要地位。本文提出了一種可用于含潮汐流能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電和電池儲(chǔ)能