考慮風電不確定性的電力系統(tǒng)調頻能力分析

【摘要】：隨著世界經濟的迅猛發(fā)展，人類對于電能的需求也與日俱增。相較火力發(fā)電，風力發(fā)電由于具有清潔、可再生、經濟效益高等優(yōu)點受到世界各國的廣泛青睞。但風電出力的隨機波動和不可控性對電網的安全經濟運行形成了嚴峻挑戰(zhàn)。為了維持電網的電能質量，許多地區(qū)不得不大量棄風，又造成了資源的嚴重浪費。 為了克服以上問題，提高資源利用率，增強風電并網后電網頻率的穩(wěn)定性，就需要提高對風速和風電功率的預測準確度，針對風電的變化特性對風電不確定性給電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定帶來的影響進行合理評估，并采取有效手段控制風電的擾動影響。但現階段，從風電出力的不確定性出發(fā)，對電網結構和電網頻率影響的分析研究還稍顯不足。 因此，本文從區(qū)間預測和功率譜分析兩個角度，對風速波動的不確定性進行描述。采用集對分析理論對風速區(qū)間進行預測，為研究考慮風電不確定性的電網調頻特性提供基礎。為能夠與頻域范圍的風機模型更好地銜接，本文分析了風速變化速率對電網的動態(tài)特性的影響，并對風電場風速和風電功率的開展頻譜分析。 其次，建立包含風電機組的剛性集結多機并網運行數學模型，用以研究風力發(fā)電所帶來的不確定性對電力系統(tǒng)調頻特性的影響。利用隨機過程的分析方法，對考慮風電不確定性的電網一次調頻的動態(tài)能力進行研究。從仿真分析和數值量化兩個方面分析出各因素對一次調頻能力的影響程度。 最后，利用考慮風電不確定性的電網二次調頻的數學模型，研究各因素對電網二次調頻性能的影響。應用風速區(qū)間預測結果，估計出電網調頻能力的范圍。同時，研究考慮風電不確定性的電網一次調頻與二次調頻的控制頻段，分析風力發(fā)電機組并網對電網性能的影響。通過仿真研究指出，風電大規(guī)模并網將使電網調頻安全裕度降低，不利于電網的安全穩(wěn)定運行。 以上的研究成果可用以指導優(yōu)化多種發(fā)電機組的配合、提高風能利用率，為電網調度指令的安排提供合理參考，對提升電力系統(tǒng)運行的安全性、經濟性和環(huán)保性等具有重要意義。 本文工作得到國家高技術研究發(fā)展計劃(863計劃)重大項目《高滲透率間歇性能源的區(qū)域電網關鍵技術研究和示范》（2011AA05A105）的資助。 【關鍵詞】：電力系統(tǒng) 風力發(fā)電 一次調頻 二次調頻 動態(tài)特性分析
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TM614
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-6
• 目錄6-8
• 第1章 緒論8-18
• 1.1 課題背景及研究的目的和意義8-11
• 1.2 國內研究現狀11-15
• 1.2.1 風電不確定性的研究現狀11-14
• 1.2.2 電網調頻能力的研究現狀14-15
• 1.3 本文主要研究內容15-18
• 第2章 考慮風電不確定性的電力系調頻數學模型18-34
• 2.1 引言18
• 2.2 原動機數學模型18-27
• 2.2.1 汽輪機的數學模型18-20
• 2.2.2 水輪機的數學模型20-21
• 2.2.3 風力發(fā)電機數學模型21-27
• 2.3 電網負荷模型的選取27-28
• 2.4 考慮風電不確定性的電網調頻分析剛性集結多機系統(tǒng)數學模型28-33
• 2.4.1 多機系統(tǒng)剛性集結數學模型28-31
• 2.4.2 用于研究考慮風電不確定性的一次調頻動態(tài)特性數學模型31
• 2.4.3 二次調頻動態(tài)特性研究的數學模型建立31-33
• 2.5 本章小結33-34
• 第3章 風電不確定性分析34-48
• 3.1 引言34
• 3.2 風速區(qū)間預測研究34-44
• 3.2.1 風速區(qū)間預測的研究意義34-35
• 3.2.2 風速區(qū)間預測的研究方法35-41
• 3.2.3 風速區(qū)間預測的結果分析41-44
• 3.2.4 風速區(qū)間預測的應用44
• 3.3 風速和風電功率的頻譜分析44-47
• 3.4 本章小結47-48
• 第4章 考慮風電不確定性的一次調頻能力分析48-65
• 4.1 引言48
• 4.2 考慮風電不確定性的電網一次調頻動態(tài)特性分析48-50
• 4.3 考慮風電不確定性的電網一次調頻能力評估50-55
• 4.3.1 考慮風電不確定性的電網一次調頻能力靜態(tài)表達式51-52
• 4.3.2 考慮風電不確定性的電網一次調頻能力動態(tài)表達式52-55
• 4.4 考慮風電不確定的電網一次調頻能力估計的量化可行性分析55-59
• 4.5 考慮風電不確定性的電網一次調頻能力算例分析59-64
• 4.6 本章小結64-65
• 第5章 一次調頻與二次調頻的協調與配合65-78
• 5.1 引言65
• 5.2 考慮風電不確定性的二次調頻能力分析65-69
• 5.2.1 考慮風電不確定性的二次調頻性能分析的數學模型65-66
• 5.2.2 考慮風電不確定性的電網調頻能力動態(tài)表達式66-67
• 5.2.3 各參數選取對二次調頻控制質量的影響67-69
• 5.3 風速區(qū)間預測在電網調頻能力分析中的應用69-71
• 5.4 考慮風電不確定性的電網調頻范圍研究71-74
• 5.4.1 考慮風電不確定性的電網調頻范圍研究71-73
• 5.4.2 考慮風電不確定性的電網調頻安全邊界73-74
• 5.5 電網調頻能力的量化分析74-76
• 5.6 本章小結76-78
• 結論78-80
• 參考文獻80-85
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及其它成果85-87
• 致謝87

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