風(fēng)電規(guī)律預(yù)測及對電網(wǎng)運行影響的研究

【摘要】：隨著可耗竭能源的日益枯竭,繼水力資源后,風(fēng)能、太陽能等可再生能源的開發(fā)利用再度受到重視。如今,風(fēng)力發(fā)電技術(shù)成熟度高、商業(yè)化前景廣闊,得到大規(guī)模發(fā)展。風(fēng)電作為能夠部分代替化石燃料的可再生能源,可降低污染物排放,對改善能源結(jié)構(gòu)起到了積極作用。然而,風(fēng)電的隨機波動性,使電網(wǎng)運行與控制難度增加,甚至?xí)绊戨娋W(wǎng)安全運行。因此,在大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)后如何配置備用,以保證電網(wǎng)運行的安全性和經(jīng)濟性,必然成為研究熱點和焦點。 針對電網(wǎng)運行過程中有功功率的平衡,以及運行質(zhì)量(安全和經(jīng)濟)水平,風(fēng)電并入電網(wǎng)后,出現(xiàn)兩個重要的問題：一是如何盡量準(zhǔn)確的把握風(fēng)電變化的規(guī)律；二是如何進行備用的配置以把握電網(wǎng)運行的風(fēng)險。 在當(dāng)前形勢下,以風(fēng)電并網(wǎng)為線索,在研究風(fēng)電變化規(guī)律的基礎(chǔ)上,以電網(wǎng)運行風(fēng)險引導(dǎo)下的備用配置為核心,對電網(wǎng)運行條件下如何協(xié)調(diào)安全性和經(jīng)濟性進行研究,具有重要的理論意義和實際價值。 對此,本文以煙臺電網(wǎng)為實際背景,就風(fēng)電并入對電網(wǎng)運行決策影響進行了深入的理論研究和實際工程軟件開發(fā),其主要工作體現(xiàn)如下。 (1)針對地區(qū)電網(wǎng)并入多個風(fēng)電場的狀況,論證分析所有風(fēng)電場總輸出功率變化較單一風(fēng)電場輸出功率變化具有更好的規(guī)律性,給出風(fēng)電總量與風(fēng)電分配因子兩個概念,提出短期風(fēng)電場功率的預(yù)測模型和求解方法。其焦點體現(xiàn)在：風(fēng)電總量、風(fēng)電分配因子以及他們之間的隨機關(guān)聯(lián)規(guī)律,最小二乘支持向量機和卡爾曼濾波技術(shù)對風(fēng)電總量和風(fēng)電分配因子的自適應(yīng)動態(tài)預(yù)測算法,基于關(guān)聯(lián)規(guī)律間接實現(xiàn)風(fēng)電場輸出功率的短期預(yù)測。該研究對探索電網(wǎng)層面上相關(guān)節(jié)點的風(fēng)電功率預(yù)測問題給出了新的解決思路和方法,對有效把握風(fēng)電功率規(guī)律是有益的。 (2)風(fēng)電隨機規(guī)律的特點體現(xiàn)在未來時刻功率分布范圍的分散性,僅對期望進行分析難以反映其特征,電網(wǎng)運行風(fēng)險也難以準(zhǔn)確把握。對此,本文基于分位點回歸分析理論,對風(fēng)電功率波動區(qū)間通過支持向量機自適應(yīng)地選取回歸函數(shù),建立風(fēng)電功率分位點回歸模型,并基于內(nèi)點法對該模型進行求解,進而實現(xiàn)分位點預(yù)測,以把握未來時刻風(fēng)電功率的波動區(qū)間。該方法的意義在于提供可信的風(fēng)電功率波動區(qū)間分析結(jié)果,為調(diào)度部門應(yīng)對風(fēng)電波動,更加準(zhǔn)確地評估電網(wǎng)運行風(fēng)險提供重要依據(jù)。 (3)明確風(fēng)電并入對電網(wǎng)運行風(fēng)險的影響,是維持電網(wǎng)運行風(fēng)險水平、保證電網(wǎng)安全經(jīng)濟運行的關(guān)鍵所在。在對風(fēng)電波動區(qū)間的概率分布進行全面把握基礎(chǔ)上,將風(fēng)電波動分布規(guī)律與電網(wǎng)中機組停運容量概率表相結(jié)合,建立計及風(fēng)電影響的電網(wǎng)有功平衡的投運風(fēng)險模型和分析方法。在此基礎(chǔ)上,以投運風(fēng)險水平為約束條件,將累積停運容量概率(風(fēng)險約束)嵌入到機組組合決策模型中,予以研究和分析,以煙臺等值電網(wǎng)作為算例,對風(fēng)電并入后電網(wǎng)運行成本、備用容量配置的影響情況進行了詳細分析。 (4)當(dāng)電網(wǎng)接入一定規(guī)模的風(fēng)電時,為追求風(fēng)電高效利用而使電網(wǎng)調(diào)度更加復(fù)雜。針對風(fēng)電接入電網(wǎng),調(diào)度面臨煤耗量和風(fēng)電高效利用間的矛盾問題,將風(fēng)電能夠為電網(wǎng)節(jié)約的煤耗量作為風(fēng)電價值的度量,在經(jīng)濟機制下,對風(fēng)電價值進行評估,由此構(gòu)建運行條件下計及接納風(fēng)電能力的電網(wǎng)調(diào)度數(shù)學(xué)模型,核心為在與風(fēng)電波動相關(guān)的各種關(guān)聯(lián)約束下,通過數(shù)學(xué)優(yōu)化調(diào)整調(diào)度方案,使其經(jīng)濟性和接納風(fēng)電能力得到折中決策。利用該模型能夠確定電網(wǎng)允許風(fēng)電波動的范圍,使調(diào)度運行過程中的煤耗和電網(wǎng)對風(fēng)電的接納能力得到有效協(xié)調(diào)。符合節(jié)能發(fā)電調(diào)度理念。 (5)以煙臺電網(wǎng)為對象,就風(fēng)電并入對電網(wǎng)運行的影響進行了實際分析和研究,在計及風(fēng)電的背景下,對其建立潮流分析、短路容量分析、穩(wěn)定分析、安全可靠經(jīng)濟分析等模型,并給出相應(yīng)的解決方法,經(jīng)過對煙臺電網(wǎng)給定的條件,進行了全面翔實的計算和分析,給出風(fēng)電并入對煙臺電網(wǎng)運行影響的具體所在,并提出應(yīng)對這一影響的具體措施,由此在風(fēng)電對電網(wǎng)影響的實際研究上向前邁進了一步。 【關(guān)鍵詞】：電網(wǎng)運行 風(fēng)電預(yù)測 波動區(qū)間分析 投運風(fēng)險度 備用配置 接納風(fēng)電能力
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：TM614
【目錄】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-13
• 第一章 緒論13-23
• 1.1 課題背景與意義13-14
• 1.2 課題研究現(xiàn)狀回顧14-20
• 1.2.1 風(fēng)電功率預(yù)測14-16
• 1.2.2 風(fēng)電功率波動區(qū)間分析16-17
• 1.2.3 風(fēng)電并入對電網(wǎng)運行風(fēng)險的影響17-18
• 1.2.4 計及接納風(fēng)電能力的電網(wǎng)調(diào)度決策18-20
• 1.3 目前存在的問題20-21
• 1.4 本文主要工作和創(chuàng)新成果21-23
• 第二章 地區(qū)電網(wǎng)風(fēng)電場功率短期預(yù)測23-41
• 2.1 引言23-24
• 2.2 關(guān)聯(lián)規(guī)律分析24-28
• 2.2.1 風(fēng)電總量的規(guī)律性分析24-27
• 2.2.2 風(fēng)電分配因子的相關(guān)性分析27-28
• 2.3 風(fēng)電總量功率預(yù)測28-31
• 2.3.1 基于統(tǒng)計學(xué)習(xí)理論的最小二乘支持向量機28
• 2.3.2 風(fēng)電總量預(yù)測模型28-31
• 2.4 風(fēng)電分配因子的預(yù)測31-33
• 2.5 風(fēng)電功率譜特征對預(yù)測結(jié)果的校正33-36
• 2.6 風(fēng)電功率短期預(yù)測流程36
• 2.7 算例分析36-38
• 2.8 本章小結(jié)38-41
• 第三章 風(fēng)電功率波動區(qū)間分析41-55
• 3.1 引言41-42
• 3.2 分位點回歸技術(shù)42-45
• 3.2.1 分位點的概念42-43
• 3.2.2 分位點的推導(dǎo)過程43-45
• 3.3 風(fēng)電波動區(qū)間分析模型45-50
• 3.3.1 分位點回歸函數(shù)的選擇45-46
• 3.3.2 分位點回歸問題的求解46-49
• 3.3.3 風(fēng)電功率波動區(qū)間分析的總體流程49-50
• 3.4 分析結(jié)果的可信性校驗50-51
• 3.5 算例分析51-53
• 3.6 本章小結(jié)53-55
• 第四章 風(fēng)電并入對機組組合投運風(fēng)險度的影響55-67
• 4.1 引言55
• 4.2 機組累積停運容量概率表的形成55-57
• 4.3 風(fēng)電并入對累積停運容量概率的影響57-59
• 4.3.1 風(fēng)電功率的波動區(qū)間描述57
• 4.3.2 風(fēng)電并入后的機組累積停運容量概率表57-58
• 4.3.3 風(fēng)電并入對機組累積停運容量概率的影響58-59
• 4.4 考慮投運風(fēng)險度制約的機組組合模型59-60
• 4.5 算例分析60-65
• 4.5.1 風(fēng)電并入后機組組合成本的變化63-64
• 4.5.2 風(fēng)電并入后機組備用容量的變化64-65
• 4.6 本章小結(jié)65-67
• 第五章 計及接納風(fēng)電能力的電網(wǎng)調(diào)度67-79
• 5.1 引言67-68
• 5.2 問題總體描述68-72
• 5.2.1 風(fēng)電場的典型波動方式68
• 5.2.2 目標(biāo)函數(shù)68-70
• 5.2.3 約束條件70-72
• 5.3 模型分析和求解方法72-73
• 5.3.1 模型分析72
• 5.3.2 模型的求解方法72-73
• 5.4 算例分析73-78
• 5.5 本章小結(jié)78-79
• 第六章 風(fēng)電并入對煙臺電網(wǎng)運行影響的研究與實踐79-85
• 6.1 引言79
• 6.2 計及風(fēng)電的電網(wǎng)分析軟件構(gòu)架79
• 6.3 幾個關(guān)鍵問題的說明79-84
• 6.3.1 風(fēng)電并入的潮流計算79-81
• 6.3.2 風(fēng)電并入對電網(wǎng)短路容量影響的分析81-82
• 6.3.3 風(fēng)電并入對電網(wǎng)靜態(tài)穩(wěn)定性影響的分析82
• 6.3.4 風(fēng)電并入后電網(wǎng)運行調(diào)度的備用配置82-83
• 6.3.5 風(fēng)電并入后的無功優(yōu)化83-84
• 6.3.6 風(fēng)電并入后電網(wǎng)可避免費用的分析84
• 6.4 本章小結(jié)84-85
• 第七章 結(jié)論與展望85-87
• 參考文獻87-95
• 附錄A 煙臺電網(wǎng)參數(shù)95-97
• 附錄B 負荷及風(fēng)電數(shù)據(jù)97-101
• 附錄C:煙臺地區(qū)接納風(fēng)電能力分析結(jié)果101-107
• 致謝107-109
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文和科研獎勵109-111
• 攻讀博士學(xué)位期間參加的科研工作111-113
• 學(xué)位論文評閱及答辯情況表113

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有功、無功預(yù)測及優(yōu)化理論研究    潘志遠

電網(wǎng)運行的電熱協(xié)調(diào)理論研究    王孟夏

面向10kV配電網(wǎng)運行監(jiān)測的電力線通信關(guān)鍵技術(shù)研究    謝志遠

可再生能源發(fā)電并網(wǎng)協(xié)調(diào)策略的研究    于大洋

電網(wǎng)狀態(tài)估計及其擴展的理論研究    陳芳

電力系統(tǒng)恢復(fù)輔助決策方法研究與系統(tǒng)開發(fā)    王春義

電力系統(tǒng)大停電后恢復(fù)算法研究    楊麗君

微電網(wǎng)并網(wǎng)與孤島運行模式切換的研究    王燕廷

電網(wǎng)的山火防治與運行優(yōu)化研究    胡湘

含分布式電源的微電網(wǎng)控制策略研究    王亞楠

風(fēng)水互補微電網(wǎng)的優(yōu)化運行研究    尚志娟

計及電網(wǎng)變化過程的地區(qū)電網(wǎng)運行風(fēng)險評估    李博

直驅(qū)永磁風(fēng)電機組并入直流微電網(wǎng)運行研究    任智慧

獨立新能源微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)    瞿超杰

分布式電源接入崇明電網(wǎng)的影響分析    范兵

風(fēng)電功率波動特性及其與儲能協(xié)調(diào)策略的研究    宋曙光

輸電網(wǎng)運行績效評價體系研究    王喬來