風(fēng)電等可再生能源的大力發(fā)展,雖然能減少傳統(tǒng)化石能源的消耗,并減輕對環(huán)境的污染,有利于可持續(xù)發(fā)展,但是風(fēng)電出力的不確定性和隨機(jī)波動(dòng)性,也給電力系統(tǒng)運(yùn)行帶來了較大的影響。如何構(gòu)建準(zhǔn)確的風(fēng)電出力模型,更為精確地模擬風(fēng)電波動(dòng)過程中電力系統(tǒng)潮流和頻率的變化情況,研究適用于風(fēng)電接入電力系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度模型與算法,具有十分重要的意義。針對上述問題,本文以構(gòu)建完備的考慮系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)特性的實(shí)時(shí)調(diào)度模型及其求解方法為目標(biāo),分別從多維風(fēng)電出力建模、考慮風(fēng)電出力相關(guān)性及系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)特性的概率潮流、考慮系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)特性的有功實(shí)時(shí)調(diào)度這幾個(gè)方面來開展研究。研究了多維風(fēng)電場出力的概率模型構(gòu)建、樣本獲取和場景削減。采用一種降維Pair-copula模型來描述多維風(fēng)電場的出力預(yù)測誤差,并通過計(jì)及相關(guān)性的拉丁超立方采樣(Latin Hypercube Sampling with Dependence,LHSD)和近鄰傳播(Affinity Propagation,AP)聚類的方法獲得規(guī)模合適的樣本和削減后的場景。首先將多維隨機(jī)變量采用主成分分析或局部保持投影映射到低維空間,再對低維隨機(jī)變量采用Pair-copula理論進(jìn)行建模。然后通過LHSD來獲取所需的離散風(fēng)電樣本,進(jìn)一步由AP聚類技術(shù)對所獲得的樣本進(jìn)行聚類和削減。通過對實(shí)測風(fēng)電數(shù)據(jù)的建模和仿真,驗(yàn)證了降維Pair-copula模型描述多維風(fēng)電場出力預(yù)測誤差的準(zhǔn)確性,不僅能很好的捕捉其相互之間的非線性相關(guān)性,還降低了模型構(gòu)建的復(fù)雜程度;而LHSD結(jié)合AP聚類的樣本生成和場景削減方法也十分靈活有效。相比于K-means聚類方法,AP聚類具有分類穩(wěn)定性好、所獲得場景更具有代表性的特點(diǎn)。研究了考慮風(fēng)電出力相關(guān)性的概率動(dòng)態(tài)潮流(Probabilistic Dynamic Load Flow,PDLF),并提出了一種基于降維聯(lián)合矩法(Reduced Joint Moment Method,RJMM)的解析算法進(jìn)行求解。通過在傳統(tǒng)潮流方程中增設(shè)頻率待求變量,并增加平衡節(jié)點(diǎn)的有功潮流方程,充分考慮了發(fā)電機(jī)和負(fù)荷的功率-頻率調(diào)節(jié)特性,使得潮流計(jì)算結(jié)果更符合實(shí)際運(yùn)行情況。通過算例測試發(fā)現(xiàn),在含風(fēng)電接入的電力系統(tǒng)中,概率動(dòng)態(tài)潮流相比于概率潮流,可以得出更真實(shí)的潮流分布結(jié)果,尤其是能獲得系統(tǒng)頻率的概率分布;而所提的RJMM方法可以很好的計(jì)及風(fēng)電出力間的非線性相關(guān)性。通過局部保持投影降維,大大降低了計(jì)算的復(fù)雜程度,具有較高的計(jì)算精度和較快的計(jì)算速度。研究了一種基于PDLF的機(jī)會約束實(shí)時(shí)調(diào)度模型及其求解方法。該模型計(jì)及了風(fēng)電隨機(jī)波動(dòng)下頻率的一次調(diào)節(jié)和二次調(diào)節(jié)的影響,使得系統(tǒng)有足夠的一次和二次調(diào)節(jié)容量應(yīng)對風(fēng)電的隨機(jī)波動(dòng)。通過算例測試,驗(yàn)證了所提出的實(shí)時(shí)調(diào)度模型,相比于傳統(tǒng)實(shí)時(shí)調(diào)度模型,能更好的應(yīng)對風(fēng)電的隨機(jī)波動(dòng),維持頻率恒定。此外,還采用RJMM求取機(jī)會約束成立的概率,將機(jī)會約束規(guī)劃(Chance Constrained Programming,CCP)模型轉(zhuǎn)化為二次規(guī)劃模型,不僅能有效計(jì)及不同風(fēng)電場之間的非線性相關(guān)性,使得調(diào)度結(jié)果更為準(zhǔn)確,還能使求解過程得到簡化。通過仿真驗(yàn)證表明,與其他常用的CCP求解方法相比,RJMM在求解效率和求解精度方面均有較好的效果。研究了一種基于交流動(dòng)態(tài)潮流的有功實(shí)時(shí)調(diào)度模型及其求解方法。在獲取滿足相關(guān)性要求的風(fēng)電功率場景基礎(chǔ)上,構(gòu)建基于交流動(dòng)態(tài)潮流的有功實(shí)時(shí)調(diào)度模型,并針對非凸優(yōu)化問題提出了一種基于同倫連續(xù)的求解方法。此外,為了提高求解效率,采用最優(yōu)條件分解(Optimal Condition Decomposition,OCD)并行求解所提非凸優(yōu)化問題。通過仿真測試,驗(yàn)證了所提出的同倫連續(xù)方法在求解非凸優(yōu)化問題上有很強(qiáng)的魯棒性,與其他方法相比,該方法不僅迭代次數(shù)少,計(jì)算時(shí)間短,還能有效克服傳統(tǒng)方法對初值敏感、難以處理病態(tài)條件等缺點(diǎn),具有更好的收斂性;而所提出的基于OCD的并行求解方法能顯著提高求解速度,具有在線實(shí)時(shí)應(yīng)用的潛力。
【學(xué)位單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TM614;TM73
【部分圖文】：

1 論文的背景與研究意義1.1 風(fēng)電發(fā)展?fàn)顩r能源問題關(guān)乎國計(jì)民生，是每個(gè)國家長期重點(diǎn)關(guān)注和研究的課題。隨著化石能逐漸枯竭，以及由使用化石能源所引發(fā)的一系列環(huán)境問題，清潔的可再生能源作代品，開始在全世界范圍內(nèi)被廣泛關(guān)注。目前，較為常見的可再生能源主要包括能、風(fēng)能、水能、生物質(zhì)能、潮汐能等等。其中，風(fēng)能具有清潔、高效的特點(diǎn)，要的綠色能源，受到人們高度重視，在世界范圍內(nèi)快速發(fā)展，已經(jīng)成為最成熟、規(guī)模化開發(fā)的新能源發(fā)電方式之一[1]。風(fēng)力發(fā)電在全球各國電力系統(tǒng)中所占的比年提高，在一些風(fēng)力資源豐富的國家和地區(qū)，比如丹麥、愛爾蘭、德國等，風(fēng)電已經(jīng)成為當(dāng)?shù)卣贾鲗?dǎo)地位的發(fā)電源之一。而且根據(jù)全球風(fēng)能理事會的預(yù)測，在未幾年內(nèi)，全球風(fēng)電的新增裝機(jī)容量仍將繼續(xù)增長，預(yù)計(jì)到 2021 年，累計(jì)風(fēng)機(jī)裝量將會超過 800GW[2]。

目前我國以化石能源作為一次能源進(jìn)行發(fā)電所占的比例仍然很高，由此引發(fā)的能缺和環(huán)境問題也日益嚴(yán)峻。在此背景下，我國也出臺了相關(guān)的政策法規(guī)，鼓勵(lì)可能源的發(fā)展。在政策的引導(dǎo)下，加之風(fēng)電相關(guān)技術(shù)的逐步成熟和完善，中國的風(fēng)業(yè)也實(shí)現(xiàn)了接連突破。圖 1-1 是我國 2006-2016 年新增及累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)容量[5]。盡管風(fēng)力發(fā)電具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但不可忽視的是隨著風(fēng)電規(guī)模的急劇增長，棄風(fēng)也日益嚴(yán)重[6]。造成嚴(yán)重棄風(fēng)的原因，一是我國風(fēng)力資源分布與負(fù)荷分布不均衡 1-2 顯示了 2016 年我國各�。▍^(qū)、市）累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)容量分布[5]，圖中可清晰地我國風(fēng)力資源主要集中在西部和北部地區(qū)，尤其是內(nèi)蒙古、新疆和甘肅等地。而主要集中在東南沿海等經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)的地區(qū)。這導(dǎo)致我國風(fēng)力發(fā)電所采用的是高開發(fā)、遠(yuǎn)距離輸電的模式。當(dāng)電網(wǎng)的建設(shè)沒有跟上風(fēng)電發(fā)展的速度時(shí)，就會使得和北部地區(qū)的風(fēng)電無法通過有限的輸電通道輸送到東部和南部的負(fù)荷中心，造成風(fēng)。另一方面，就是風(fēng)電出力具有間歇性和波動(dòng)性，導(dǎo)致了它不具備常規(guī)火電機(jī)水電機(jī)組的可調(diào)度能力，給含風(fēng)電電力系統(tǒng)的調(diào)度優(yōu)化問題帶來了很大的挑戰(zhàn)

【參考文獻(xiàn)】

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1 楊明;程鳳璐;韓學(xué)山;;電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)調(diào)度的有效靜態(tài)安全域法[J];中國電機(jī)工程學(xué)報(bào);2015年06期

2 段瑤;張步涵;劉怡芳;;基于快速隨機(jī)潮流的電力系統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)評估[J];中國電機(jī)工程學(xué)報(bào);2014年22期

3 曾遠(yuǎn)方;張步涵;吳俊利;別佩;李枚;趙爽;;基于主成分分析的風(fēng)電場等值方法的研究[J];湖北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2014年01期

4 黎靜華;文勁宇;程時(shí)杰;韋化;;考慮多風(fēng)電場出力Copula相關(guān)關(guān)系的場景生成方法[J];中國電機(jī)工程學(xué)報(bào);2013年16期

5 宋濤;;風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電控制系統(tǒng)的研究與開發(fā)[J];科技創(chuàng)新與應(yīng)用;2013年12期

6 石東源;蔡德福;陳金富;段獻(xiàn)忠;李慧杰;姚美齊;;計(jì)及輸入變量相關(guān)性的半不變量法概率潮流計(jì)算[J];中國電機(jī)工程學(xué)報(bào);2012年28期

7 丁濤;崔翰韜;顧偉;萬秋蘭;;基于區(qū)間和仿射運(yùn)算的不確定潮流算法[J];電力系統(tǒng)自動(dòng)化;2012年13期

8 趙勇強(qiáng);袁婧婷;;中國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)政策概覽[J];風(fēng)能;2011年08期

9 洪蘆誠;石立寶;姚良忠;Masoud Bazargan;倪以信;;計(jì)及風(fēng)電場發(fā)電功率不確定性的電力系統(tǒng)模糊潮流[J];電工技術(shù)學(xué)報(bào);2010年08期

10 蔡廣林;張勇軍;任震;;基于非線性多中心校正內(nèi)點(diǎn)法的最優(yōu)潮流算法[J];電工技術(shù)學(xué)報(bào);2007年12期

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1 吳俊利;計(jì)及充裕性風(fēng)險(xiǎn)的含大規(guī)模風(fēng)電電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度問題研究[D];華中科技大學(xué);2015年

2 蔡德福;計(jì)及相關(guān)性的概率潮流計(jì)算方法及應(yīng)用研究[D];華中科技大學(xué);2014年

3 馬溪原;含風(fēng)電電力系統(tǒng)的場景分析方法及其在隨機(jī)優(yōu)化中的應(yīng)用[D];武漢大學(xué);2014年

4 盛浩;同倫—連續(xù)方法在大規(guī)模電網(wǎng)分析中的算法及應(yīng)用[D];天津大學(xué);2014年

5 段瑤;計(jì)及電力系統(tǒng)靜態(tài)特性的快速潮流計(jì)算及其相關(guān)應(yīng)用研究[D];華中科技大學(xué);2013年

6 吳娟;Copula理論與相關(guān)性分析[D];華中科技大學(xué);2009年

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1 郭遠(yuǎn)帆;基于粒子群優(yōu)化算法的最優(yōu)潮流及其應(yīng)用研究[D];華中科技大學(xué);2006年

本文編號：2811122