本文關(guān)鍵詞：計及風(fēng)速特性的電力系統(tǒng)動態(tài)可靠性評估及其在儲能配置中的應(yīng)用

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【摘要】：隨著環(huán)境污染、氣候變化問題的日益加重,大幅提升清潔可再生能源的發(fā)電比例、實現(xiàn)新能源和傳統(tǒng)能源互補,已成為全球能源行業(yè)發(fā)展的共同趨勢。目前以風(fēng)電為代表的新能源大規(guī)模發(fā)展,但由于風(fēng)速的隨機性使得電網(wǎng)頻率易受到?jīng)_擊,而傳統(tǒng)機組調(diào)頻能力有限,在頻率恢復(fù)過程中將不可避免的產(chǎn)生電能損失或風(fēng)能浪費,對電力系統(tǒng)可靠性水平產(chǎn)生影響。傳統(tǒng)可靠性評估忽略了電力系統(tǒng)動態(tài)調(diào)節(jié)過程,評估結(jié)果過于樂觀,從而使得電網(wǎng)在運行中面臨著更加嚴峻的挑戰(zhàn)。計及風(fēng)速特性(波動性、突變性和間歇性)及其對電力系統(tǒng)頻率動態(tài)過程的影響,更加真實和合理地評估發(fā)電系統(tǒng)可靠性,并提出針對性的解決方案,為電力系統(tǒng)規(guī)劃和建設(shè)提供科學(xué)依據(jù),是保證電力系統(tǒng)安全可靠運行的關(guān)鍵措施之一。在此背景下,論文針對特殊風(fēng)況風(fēng)速辨識與建模、特殊風(fēng)況的電力系統(tǒng)可靠性分析以及儲能提高特殊風(fēng)況的風(fēng)電消納能力等方面進行了探索和研究,其主要工作和創(chuàng)新成果體現(xiàn)在如下幾個方面:1)建立了風(fēng)速特性辨識模型,提出了基于動量-葉素理論的風(fēng)力發(fā)電機組功率輸出模型。利用分形理論和功率譜密度函數(shù),深入研究風(fēng)速的混沌衍生規(guī)律和在頻域的能量分布特點,結(jié)合風(fēng)速波動的氣象學(xué)特征及風(fēng)速高頻成分湍流動能百分比分析等,從風(fēng)速波動性、突變性和間歇性三方面構(gòu)建了風(fēng)速特性辨識模型。深入分析了風(fēng)速與槳葉轉(zhuǎn)速不匹配的奇異運行狀態(tài)下槳葉的受力情況,建立了基于動量-葉素理論的風(fēng)力發(fā)電機組功率輸出模型。經(jīng)實際風(fēng)電場測試數(shù)據(jù)分析和比較,本文所建立的風(fēng)功率模型更加符合實際。2)提出了基于調(diào)頻控制過程的系統(tǒng)動態(tài)可靠性評估模型和指標(biāo)體系。基于系統(tǒng)調(diào)頻控制理論,提出了計及系統(tǒng)可調(diào)容量和機組爬坡率限制的負荷-頻率控制方法;深入分析系統(tǒng)調(diào)頻控制過程中電能損失和風(fēng)功率損失,提出了動態(tài)可靠性評估模型和指標(biāo)體系,定義了間接電能不足期望和負荷切除電能不足期望,描述系統(tǒng)可靠性,定義了電能非必要消耗期望和風(fēng)能未利用期望,描述系統(tǒng)風(fēng)能利用效率;分析了風(fēng)電滲透率、旋轉(zhuǎn)備用容量、爬坡率、發(fā)電機單位調(diào)節(jié)功率和負荷單位調(diào)節(jié)功率對動態(tài)可靠性的影響。IEEE-RTS79節(jié)點系統(tǒng)算例研究表明,所提出的模型是切實可行和有效的,完善了發(fā)電系統(tǒng)可靠性評估理論體系,為系統(tǒng)規(guī)劃和調(diào)度運行提供更加全面和準(zhǔn)確的評估信息。3)提出了計及系統(tǒng)動態(tài)可靠性和經(jīng)濟性的電力系統(tǒng)儲能優(yōu)化配置模型�；谙到y(tǒng)頻率控制特點及儲能配合關(guān)系,建立了儲能與火電機組的協(xié)調(diào)頻率控制模型;深入分析基于儲能協(xié)調(diào)頻率控制的動態(tài)可靠性,建立儲能系統(tǒng)收益和成本評估模型;以最大經(jīng)濟收益為目標(biāo),建立儲能系統(tǒng)的接入容量及充/放電功率優(yōu)化配置模型。分析了系統(tǒng)機組爬坡率和旋轉(zhuǎn)備用容量對儲能系統(tǒng)容量及功率配置的影響。經(jīng)實際系統(tǒng)算例驗證了所提模型的有效性。4)提出計及風(fēng)速特性的風(fēng)電場容量可信度評估方法。考慮槳葉轉(zhuǎn)速與風(fēng)速的匹配關(guān)系,采用基于動量-葉素理論的風(fēng)力發(fā)電機組功率輸出模型,結(jié)合基于調(diào)頻控制過程的可靠性評估體系,提出計及風(fēng)速特性的風(fēng)電場容量可信度評估方法;討論了槳葉轉(zhuǎn)速、風(fēng)機空氣動力學(xué)特性、風(fēng)速特性對風(fēng)電場容量可信度的影響。算例表明所提方法能更加全面地分析不同風(fēng)況條件下的風(fēng)電場可信容量,并以風(fēng)電場實際數(shù)據(jù)為例,驗證了所提方法的評估效果。
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TM732

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本文編號：1270175