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大型风电场对发输电系统可靠性影响评估研究

作　者: 胡叶舟
导　师: 周明
学　校: 华北电力大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 风电场可靠性评估蒙特卡洛仿真发输电系统
分类号: TM732
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

新能源越来越受到世界各国的重视,其中风力发电以其独特的取之不尽用之不竭的特点,并可以减少环境污染,节省煤炭、石油等常规能源,近几年在各国迅速发展。由于风力发电具有随机性和波动性特点,发出的有功功率很难控制,并且风电机组单机容量和风电场规模也在逐渐增大,因此迫切需要研究大型风电场并网后对发输电系统可靠性的影响。本文首先介绍了蒙特卡洛的基本思想和理论基础,分析了序贯蒙特卡洛和非序贯蒙特卡洛各自的特点和应用范围,然后基于序贯蒙特卡洛法建立了发输电系统可靠性模型,深入分析了其基本原理及涉及到的潮流计算、网络拓扑、负荷削减模型和可靠性指标计算,并且以IEEE-14节点标准系统的可靠性评估作为算例,计算了发输电系统的电量不足时间和电量不足期望这两项指标。然后考虑风速和风向的随机变化、风电机组的功率特性、气候和地理因素对风电场的影响,及引入上游风机对下游风机阴影面积系数,建立了大型风电场输出功率模型,它为进一步研究含风电场的电力系统可靠性评估奠定了基础。将此模型与发输电系统可靠性模型相结合建立了基于序贯蒙特卡洛仿真方法的含风电场的发输电系统可靠性评估模型,对于发输电系统不同元件分别采用了独立停运模型和计及共因停运和相关停运随机模型,并采用最优负荷削减模型考虑了输电线路故障和输电线路有功限制。最后用Matlab7编写了相关程序对含风电场的改进IEEE-RTS79系统进行可靠性评估,分析计算了不同风速、不同风电场容量、不同风电场选址等方案等对失负荷期望、失负荷频率、电力不足期望、电量不足期望等可靠性指标的影响。通过分析计算结果,量化地评估了风电场供电的随机性和波动性对发输电系统的影响。仿真结果证明了本文提出的含风电场的发输电系统可靠性模型的正确性、实用性,对风电场并网具有积极的参考价值。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-16
  1.1 引言  10
  1.2 发输电系统可靠性评估概述  10-12
    1.2.1 发输电系统可靠性评估的特点和方法  10-11
    1.2.2 发输电系统可靠性评估国内外研究现状  11-12
  1.3 风力发电的发展现状  12-14
    1.3.1 世界风电发展现状与展望  12-13
    1.3.2 我国风电产业发展现状与展望  13-14
  1.4 含风电场的发输电系统可靠性评估研究现状  14-15
  1.5 本文主要的研究内容  15-16
第2章发输电系统可靠性评估的蒙特卡洛仿真  16-31
  2.1 蒙特卡洛仿真简介  16-17
    2.1.1 非序贯蒙特卡洛仿真  16-17
    2.1.2 序贯蒙特卡洛仿真  17
  2.2 发输电系统可靠性分析的模型  17-25
    2.2.1 基于序贯蒙特卡洛仿真的电力系统状态确定  17-19
    2.2.2 电力系统潮流计算  19-22
    2.2.3 网络拓扑分析  22
    2.2.4 负荷削减模型  22-24
    2.2.5 可靠性评估指标体系  24-25
  2.3 可靠性评估的基本算法和流程  25-27
  2.4 算例及分析  27-30
  2.5 本章小结  30-31
第3章大型风电场可靠性建模  31-44
  3.1 引言  31
  3.2 风速建模  31-33
    3.2.1 时间序列风速模型  31-32
    3.2.2 威布尔分布风速模型  32
    3.2.3 瑞利分布风速模型  32-33
  3.3 风电机组输出功率模型  33-34
  3.4 风电机组停运的随机抽样  34-35
    3.4.1 风电机组正常运行持续时间τ_1 的随机抽样  34-35
    3.4.2 风电机组修复时间τ_2 的随机抽样  35
  3.5 其他因素对风电场出力的影响  35-37
    3.5.1 风速与高度的关系  35-36
    3.5.2 气温因素对输出功率特性的影响  36-37
    3.5.3 空气密度的修正  37
  3.6 尾流效应模型  37-39
    3.6.1 Jenson 模型  37-38
    3.6.2 改进后的尾流效应模型  38-39
  3.7 算例分析  39-43
    3.7.1 风电场出力计算流程  39-40
    3.7.2 某风电场出力模拟  40-42
    3.7.3 所建模型的应用  42-43
  3.8 本章小结  43-44
第4章大型风电场对发输电系统可靠性影响的评估  44-57
  4.1 系统元件停运模型  44-46
    4.1.1 机组模型  44
    4.1.2 线路模型  44-46
  4.2 系统负荷模型分析  46-48
    4.2.1 适于非序贯蒙特卡罗仿真的负荷模型  46-47
    4.2.2 适于序贯蒙特卡罗仿真的负荷模型  47-48
  4.3 可靠性指标计算流程  48-50
  4.4 算例分析  50-55
    4.4.1 风资源对发输电系统可靠性的影响  52-53
    4.4.2 风电场选址对发输电系统可靠性的影响  53-54
    4.4.3 风电场容量对发输电系统可靠性的影响  54-55
    4.4.4 风电场替代常规能源后对发输电系统可靠性的影响  55
  4.5 本章小结  55-57
第5章结论与展望  57-59
  5.1 结论  57
  5.2 展望  57-59
参考文献  59-61
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果  61-62
致谢  62-63
详细摘要  63-74

大型风电场对发输电系统可靠性影响评估研究

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