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风水互补微电网的优化运行研究

作　者: 尚志娟
导　师: 周晖
学　校: 北京交通大学
专　业: 电气工程
关键词: 风水互补系统微电网可调节水电站优化运行改进粒子群算法数值仿真
分类号: F426.61
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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引　用: 2次
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内容摘要

风能是一种清洁的可再生能源,可以为人类的发展提供能源基础。但风能的随机性、间歇性和不可控性造成风电输出功率有很大的波动性,导致风电并网给电力系统安全稳定运行带来较大压力。建立风电互补系统是解决以上问题的重要手段之一,不仅可以向电网提供高品质、可靠的电能,使电网能够安全稳定运行,而且可以增加风电的运行效益。本文研究了其中风水互补微电网的优化运行。首先,设计了风水互补微电网的结构。该微电网包括小风电、小水电这些分分布式电源和储能装置以及当地负荷。在了解了风力发电技术、水力发电技术、储能技术、微电网等相关理论知识的基础上,对风电一水电的互补特性进行分析。考虑到可调节水电站具有快速调节出力的能力而不具备消纳多余风电的能力,而储能装置可以对多余的风电进行存储并在合适时候放电,可减少互补系统对大电网的依赖度,因此设计了含储能装置的风水互补微电网的结构。同时,为了提高运行可靠性,将该微电网与大电网相连。其次,建立了风水互补微电网的数学模型。在清楚了电力系统优化运行理论的基础上,说明了含储能装置的风水互补微电网优化运行的必要性,并建立了使微电网获得最优收益的模型。该模型从风水互补微电网的角度出发,利用常规的变水头水电站出力的可调节性,不仅实现风电资源的充分利用,还能减少风电出力的不确定性对大电网运行带来的影响。充分考虑了该微电网的各种运行约束条件,包括风电机组的运行特性、可调节水电站的库容约束条件及水电机组的运行条件、储能容量的约束条件、负荷变化规律以及微电网的功率平衡条件等。最后,对给定条件下的风水互补微电网优化运行情况进行了数值仿真。根据所建立的风水互补微电网优化运行的数学模型,采用CPSO算法对具体算例进行了仿真计算,并深入分析了在给定运行条件下的功率分配及收益情况。此外,对风电、水电不互补运行情况也进行了计算,与之前的风水互补运行进行比较,验证了风水互补微电网在接入大电网时能更安全可靠运行,且能获得更高的收益。为了说明蓄电池在风水互补微电网运行过程中的作用,仿真了蓄电池放电时考虑分时电价情况下的微电网运行情况。通过以上研究,证明含储能装置的风水互补微电网可以缓解风电接入对大电网的影响,灵活地为用户提供较理想、可靠的电能,最大化地实现风力与水力资源的价值。

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-7
ABSTRACT  7-11
1 引言  11-21
  1.1 研究背景  11-15
    1.1.1 我国风电的发展状况  11-13
    1.1.2 风电并网存在的问题  13-15
  1.2 研究现状  15-18
    1.2.1 风电互补系统研究现状  15-17
    1.2.2 微电网的研究现状  17-18
  1.3 研究意义  18-19
  1.4 研究思路及主要内容  19-21
2 风、水发电技术及风水互补微电网的构成  21-43
  2.1 风资源及风力发电技术  21-29
    2.1.1 风能的基本特征  21-26
    2.1.2 风力发电的原理及构成  26-28
    2.1.3 风电出力特性与计算  28-29
  2.2 水资源及水力发电技术  29-35
    2.2.1 水资源及小水电特性  30-31
    2.2.2 水力发电的原理及种类  31-32
    2.2.3 水电出力特性与计算  32-35
  2.3 风电-水电的互补特性  35-36
  2.4 储能技术  36-39
  2.5 风水互补微电网的构成及运行策略  39-43
    2.5.1 微电网基本概念  39-41
    2.5.2 风水互补微电网的构成  41-42
    2.5.3 风水互补微电网的运行策略  42-43
3 风水互补微电网优化运行的数学模型构建  43-51
  3.1 传统电力系统优化运行理论  43-46
    3.1.1 电力系统优化运行问题分类  43-44
    3.1.2 电力系统有功功率优化调度模型  44-46
  3.2 风水互补微电网优化运行的模型描述  46-51
    3.2.1 风电场风电出力的确定  46-48
    3.2.2 最优效益模型的建立  48-51
4 基于PSO理论的风水互补微电网优化运行的算法  51-61
  4.1 最优化方法及其分类  51-52
  4.2 粒子群优化算法基本原理及步骤  52-54
  4.3 改进的粒子群优化算法  54-57
    4.3.1 惯性权重因子ω的改进  54-55
    4.3.2 混沌优化思想的加入  55-56
    4.3.3 基于混沌搜索的粒子群优化算法  56-57
  4.4 基于CPSO的风水互补微电网优化运行算法流程  57-61
5 风水互补微电网优化运行的算例分析  61-73
  5.1 CPSO算法的参数设置  61
  5.2 风水互补微电网优化运行仿真计算  61-65
    5.2.1 基本参数设置  61-63
    5.2.2 仿真结果分析  63-65
  5.3 风电与水电独立运行时的仿真计算  65-69
  5.4 风水互补微电网运行与独立运行的结果比较分析  69-70
  5.5 蓄电池放电时考虑分时电价情况下的仿真计算  70-73
6 总结与展望  73-75
  6.1 全文总结  73-74
  6.2 展望  74-75
参考文献  75-79
索引  79-81
作者简历  81-85
学位论文数据集  85

风水互补微电网的优化运行研究

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