計及多因素的含風能電力系統(tǒng)可靠性評估及優(yōu)化研究.pdf

1、隨著傳統(tǒng)能源資源的日益枯竭及其污染氣體的嚴重排放,人們正在積極尋找能夠滿足人類能源需求的可替代能源。風能作為一種清潔的可再生能源,是最主要的可替代能源之一。世界上許多國家已出臺支持開發(fā)風能資源的相應政策,加之風力發(fā)電技術的日趨成熟,風能的開發(fā)規(guī)模也越來越大。風速的隨機性和間歇性使得風力發(fā)電功率具有波動性和不可控性,大規(guī)模風電并網(wǎng)將對電網(wǎng)的安全性和可靠性產(chǎn)生影響。因此,研究風電系統(tǒng)可靠性評估模型、分析風電場對電力系統(tǒng)可靠性的綜合影響等,對

2、含風電場的電力系統(tǒng)設計、規(guī)劃和運行等具有重要的理論指導意義和實際應用價值。隨著風電場規(guī)模的擴大、數(shù)目的增多、集電系統(tǒng)拓撲的擴展以及風電機組密集度的增加,諸多因素,如:尾流效應、單風電場風的條件相依性、多風電場風的多重相關性、集電系統(tǒng)故障、風電場風機布局等,對風電場年發(fā)電量及可靠性的影響也更加凸顯。本文對計及前述因素的風速模型、風電場可靠性評估、風電場可靠性優(yōu)化等問題進行了深入研究。主要研究內(nèi)容包括：
　　⑴風的大小和方向是風速尾流

3、模型的關鍵影響因素,而尾流效應對風電場年發(fā)電量、可靠性等有很大影響。風速與風向并非完全獨立的隨機變量,它們之間蘊含有一定的條件相依性,因此,在建立風速和風向模型時需要計及它們之間的條件相依性,以提高風電場可靠性評估的精確性?；诖?本文基于風向經(jīng)驗概率分布函數(shù),建立風向樣本生成模型;基于尾流效應原理和風速Weibull模型以及風速與風向之間的條件相依性,建立計及尾流效應和風向分布的風速條件相依模型,進而生成具有條件相依性的風速與風向。實

4、測風速和風向數(shù)據(jù)驗證了該模型的有效性和實用性。
　　⑵多個風電場的風速、風向間常存在多重多維相關性關系。當多個風電場接入電網(wǎng)時,模擬具有多重多維相關性的風速和風向樣本是進行可靠性評估的先決條件。本文根據(jù) Copula理論分別建立風電場風速、風向的正態(tài) Copula函數(shù)和Archimedean Copula函數(shù),利用經(jīng)驗Copula函數(shù)對模型進行選擇。采用風向經(jīng)驗分布和風速 Weibull分布模型及聚類、變換和插值方法建立風速與風向

5、的條件相依模型,進而建立具有多重多維相關性的風速和風向數(shù)據(jù)生成模型。通過實際觀測風速和風向數(shù)據(jù)對所提方法和模型進行了驗證,結(jié)果表明模擬數(shù)據(jù)能夠保持與原始數(shù)據(jù)相同的相關性、條件相依性、數(shù)字特征和分布特性。
　?、秋L電場中除風電機組的故障影響風電場發(fā)電量外,其它因素,如:集電線路故障、開關設備的隔離和切換操作、集電系統(tǒng)拓撲結(jié)構等,均對風電場發(fā)電量有不同程度的影響,現(xiàn)有研究鮮有計及該類因素的綜合影響評估風電系統(tǒng)可靠性。本文結(jié)合風電場集電

6、系統(tǒng)的結(jié)構特點,提出集電系統(tǒng)分塊概念和風電場集電系統(tǒng)可靠性的指標。計及集電系統(tǒng)元件的多重故障以及開關設備的故障隔離、切換及隔離范圍等因素影響,利用分塊枚舉法和矩陣運算等建立風電場集電系統(tǒng)的多狀態(tài)概率模型,進而得到風電場集電系統(tǒng)可靠性評估模型。分別對四種典型結(jié)構的風電場集電系統(tǒng)進行可靠性評估,算例驗證了方法的可行性和有效性,結(jié)論表明該方法對風電場集電系統(tǒng)拓撲結(jié)構規(guī)劃具有重要的參考價值。
　?、扔捎谖擦餍绊懞惋L電場地形限制等因素,

7、風電場中不同風機布局對應的風電場發(fā)電量不盡相同。在風電場規(guī)劃階段,為提高風電場年發(fā)電量和系統(tǒng)充裕性需要根據(jù)區(qū)域內(nèi)風的分布特性和尾流原理優(yōu)化風電場最優(yōu)風機布局。本文根據(jù)幾何學理論確定風電機組尾流區(qū)域和計算風電機組之間的水平距離和垂直距離;計及區(qū)域風速與風向的聯(lián)合分布特性,以最大化風電場發(fā)電量為目標函數(shù),利用帶收縮因子和變異因子的改進粒子群優(yōu)化算法優(yōu)化風電場最優(yōu)風機布局。將該優(yōu)化模型應用到實際區(qū)域的風電場布局規(guī)劃中,并將優(yōu)化后的風電場接入到

8、可靠性測試系統(tǒng)分析風電場布局優(yōu)化的可靠性效益。算例表明優(yōu)化后的風電場能有效降低尾流效應的影響,增加風電場的發(fā)電量,改善系統(tǒng)的可靠性。
　?、娠L力發(fā)電與傳統(tǒng)機組發(fā)電的主要差別是風電具有波動性和不可調(diào)度性?，F(xiàn)有含風電場電力系統(tǒng)可靠性的研究能有效計及風電對電網(wǎng)的充裕性貢獻,但鮮有能計及風電功率波動對電網(wǎng)可靠性的不利影響。電力系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)運行中,系統(tǒng)既要實時滿足負荷功率需求,還要在發(fā)電或負荷功率波動時做實時調(diào)整,基于電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)運行特性,本文計