本文關鍵詞：計及風速特性的電力系統(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。目前以風電為代表的新能源大規(guī)模發(fā)展,但由于風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,在頻率恢復過程中將不可避免的產(chǎn)生電能損失或風能浪費,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)劃和建設提供科學依據(jù),是保證電力系統(tǒng)安全可靠運行的關鍵措施之一。在此背景下,論文針對特殊風況風速辨識與建模、特殊風況的電力系統(tǒng)可靠性分析以及儲能提高特殊風況的風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)建立了風速特性辨識模型,提出了基于動量-葉素理論的風力發(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),深入研究風速的混沌衍生規(guī)律和在頻域的能量分布特點,結(jié)合風速波動的氣象學特征及風速高頻成分湍流動能百分比分析等,從風速波動性、突變性和間歇性三方面構建了風速特性辨識模型。深入分析了風速與槳葉轉(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-葉素理論的風力發(fā)電機組功率輸出模型。經(jīng)實際風電場測試數(shù)據(jù)分析和比較,本文所建立的風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體系�；谙到y(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功率損失,提出了動態(tài)可靠性評估模型和指標體系,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能未利用期望,描述系統(tǒng)風能利用效率;分析了風電滲透率、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,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)提出計及風速特性的風電場容量可信度評估方法�？紤]槳葉轉(zhuǎn)速與風速的匹配關系,采用基于動量-葉素理論的風力發(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,提出計及風速特性的風電場容量可信度評估方法;討論了槳葉轉(zhuǎn)速、風機空氣動力學特性、風速特性對風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況條件下的風電場可信容量,并以風電場實際數(shù)據(jù)為例,驗證了所提方法的評估效果。
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TM732

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本文編號：1270175