含風(fēng)能電力系統(tǒng)的概率分析與優(yōu)化運行方法

【摘要】：電力系統(tǒng)中的風(fēng)電并網(wǎng)容量正在快速增長，這給電力系統(tǒng)分析與優(yōu)化運行的理論研究和工程實際都帶來了巨大的挑戰(zhàn)。風(fēng)電除了一般意義上的隨機性外，還具有有界性、相關(guān)性、難以預(yù)測性和劇烈波動性等多種與傳統(tǒng)電源不同的特點，現(xiàn)有的電力系統(tǒng)分析與優(yōu)化運行方法在應(yīng)對風(fēng)電的這些特點時呈現(xiàn)出不同的缺陷。本文對此進(jìn)行深入研究，提出含風(fēng)能電力系統(tǒng)概率潮流、概率最優(yōu)潮流與概率調(diào)度的新方法。本文的主要研究工作如下： 提出一種考慮風(fēng)速有界性的概率潮流計算方法。風(fēng)速具有有界性，采用傳統(tǒng)點估計方法進(jìn)行概率潮流計算時可能產(chǎn)生超出邊界的風(fēng)速位置樣本值，導(dǎo)致概率潮流無法準(zhǔn)確計算甚至根本無法計算。本文在點估計方法的基礎(chǔ)上提出一種考慮風(fēng)速有界性的改進(jìn)概率潮流方法，在點估計方法中引入一般變換與冪變換相互配合，保證所使用的點估計風(fēng)速樣本計算值滿足物理邊界的要求，進(jìn)而確保概率潮流計算的可行性和準(zhǔn)確性。通過使用多個地點的風(fēng)速數(shù)據(jù)對IEEE14節(jié)點系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，對所提方法進(jìn)行驗證。這個方法也可以推廣到概率潮流計算中處理其它概率參數(shù)（如負(fù)荷）的邊界。 提出一種考慮不同分布風(fēng)速相關(guān)性的概率最優(yōu)潮流點估計方法。傳統(tǒng)的概率最優(yōu)潮流方法，難以直接處理具有相關(guān)性的風(fēng)速。本文提出一種考慮不同分布風(fēng)速相關(guān)性的概率最優(yōu)潮流點估計方法。服從任意分布并且具有相關(guān)性的風(fēng)速，經(jīng)過累積概率分布函數(shù)變換以及相關(guān)矩陣變換，可以變?yōu)楠毩⒌碾S機變量，進(jìn)而可以根據(jù)點估計方法對每個獨立隨機變量選取特征點并確定權(quán)重，再經(jīng)過逆變換回到原始風(fēng)速空間后，進(jìn)行確定性最優(yōu)潮流計算以及概率統(tǒng)計量的計算。通過對IEEE14和118節(jié)點系統(tǒng)以及重慶系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，說明方法的有效性。 結(jié)合點估計與遺傳算法提出一種考慮風(fēng)電功率預(yù)測誤差的概率調(diào)度計劃制定方法。采用點估計方法進(jìn)行概率調(diào)度模型中期望值目標(biāo)的計算與概率約束條件的判斷，從而進(jìn)行遺傳算法的適應(yīng)度函數(shù)計算。在適應(yīng)度計算中，需要進(jìn)行多次潮流計算，因而提出一種基于拓?fù)浞謪^(qū)的潮流計算方法，在潮流計算時將電網(wǎng)劃分為3種不同類型的子網(wǎng)交替進(jìn)行潮流迭代，加快計算速度。通過多個系統(tǒng)的仿真計算說明方法的有效性。 提出一種降低火電機組壽命損耗的調(diào)度計劃制定方法。風(fēng)電功率發(fā)生頻繁而劇烈的波動時，為了保證功率平衡，傳統(tǒng)的火電機組需要大量頻繁地進(jìn)行功率調(diào)節(jié)，這將造成火電機組的壽命損耗。本文提出一種在風(fēng)電功率劇烈波動環(huán)境下降低傳統(tǒng)火電機組壽命損耗的調(diào)度計劃制定方法。通過對火電機組調(diào)節(jié)過程中壽命損耗造成的經(jīng)濟(jì)損失進(jìn)行估算，在目標(biāo)函數(shù)中引入調(diào)節(jié)費用，并加入調(diào)節(jié)次數(shù)限制約束，構(gòu)建降低機組調(diào)節(jié)頻繁程度的調(diào)度計劃機會約束模型，同時提出結(jié)合點估計與負(fù)荷曲線分段的遺傳算法對模型進(jìn)行求解。通過IEEE30、118節(jié)點系統(tǒng)和重慶系統(tǒng)的仿真分析，證明所提模型和方法的有效性。 綜上所述，本文針對風(fēng)電的有界性、相關(guān)性、難以預(yù)測性和劇烈波動性等特點，提出多種電力系統(tǒng)概率分析與優(yōu)化運行的有效方法，為風(fēng)電并網(wǎng)電力系統(tǒng)的安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)運行提供保障。 【關(guān)鍵詞】：風(fēng)力發(fā)電 概率潮流 概率調(diào)度 點估計方法 機組壽命
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TM614
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 1 緒論10-22
• 1.1 選題意義及研究背景10-12
• 1.1.1 風(fēng)力發(fā)電的大規(guī)模并網(wǎng)10-11
• 1.1.2 風(fēng)電的特點及其給電力系統(tǒng)分析與優(yōu)化運行帶來的挑戰(zhàn)11-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-19
• 1.2.1 概率潮流與概率最優(yōu)潮流計算方法12-15
• 1.2.2 隨機環(huán)境下的調(diào)度計劃模型15-17
• 1.2.3 電力系統(tǒng)概率調(diào)度計劃的求解方法17-18
• 1.2.4 存在的主要問題及對策18-19
• 1.3 本文的主要工作19-22
• 2 考慮風(fēng)速有界性的概率潮流點估計方法22-38
• 2.1 引言22
• 2.2 概率潮流的點估計方法22-28
• 2.2.1 概率潮流模型22-23
• 2.2.2 點估計方法的基本原理23-27
• 2.2.3 三點估計方法進(jìn)行概率潮流計算的步驟27-28
• 2.3 限制風(fēng)速邊界的點估計概率潮流方法28-31
• 2.3.1 一般變換方法28-29
• 2.3.2 冪變換方法29-30
• 2.3.3 限制風(fēng)速邊界的概率潮流點估計方法步驟30-31
• 2.4 算例分析31-37
• 2.4.1 兩種變換方法的正確性檢驗32
• 2.4.2 風(fēng)速越界的情況32-37
• 2.5 本章小結(jié)37-38
• 3 考慮不同分布風(fēng)速相關(guān)性的概率最優(yōu)潮流38-56
• 3.1 引言38
• 3.2 概率最優(yōu)潮流模型與風(fēng)速的不同分布特性38-41
• 3.3 任意分布相關(guān)風(fēng)速的正態(tài)變換與相關(guān)矩陣變換41-45
• 3.3.1 相關(guān)正態(tài)分布與相關(guān)任意分布風(fēng)速和負(fù)荷變量之間的轉(zhuǎn)換41-44
• 3.3.2 相關(guān)正態(tài)分布風(fēng)速和負(fù)荷變量與獨立正態(tài)分布的變換44-45
• 3.4 基于反函數(shù)變換與相關(guān)矩陣變換的概率最優(yōu)潮流點估計方法45-46
• 3.5 算例分析46-54
• 3.5.1 計算數(shù)據(jù)46-48
• 3.5.2 風(fēng)速均服從威布爾分布時的概率最優(yōu)潮流48-51
• 3.5.3 風(fēng)速均服從不同分布時的概率最優(yōu)潮流51-54
• 3.6 本章小結(jié)54-56
• 4 考慮風(fēng)電功率預(yù)測誤差的概率調(diào)度計劃56-78
• 4.1 引言56
• 4.2 考慮風(fēng)電功率預(yù)測誤差的機會約束調(diào)度計劃模型56-59
• 4.2.1 確定性的調(diào)度計劃模型56-57
• 4.2.2 機會約束調(diào)度計劃模型57-59
• 4.3 機會約束模型的點估計形式59-61
• 4.4 結(jié)合分區(qū)潮流計算的遺傳算法61-69
• 4.4.1 基于拓?fù)浞謪^(qū)的潮流計算方法61-66
• 4.4.2 調(diào)度計劃初始解的產(chǎn)生與可行性調(diào)整策略66-69
• 4.4.3 遺傳算法求解機會約束調(diào)度計劃模型的步驟69
• 4.5 算例分析69-76
• 4.5.1 分區(qū)潮流方法的計算速度與收斂性69-73
• 4.5.2 期望值目標(biāo)函數(shù)計算與概率約束判斷的點估計方法準(zhǔn)確性檢驗73-76
• 4.5.3 結(jié)合分區(qū)潮流與點估計方法遺傳算法的計算效率76
• 4.6 本章小結(jié)76-78
• 5 風(fēng)電功率劇烈波動環(huán)境下降低火電機組壽命損耗的概率調(diào)度計劃78-90
• 5.1 引言78
• 5.2 火電機組參與調(diào)峰的疲勞損耗78-79
• 5.3 降低機組調(diào)節(jié)頻繁程度的調(diào)度計劃機會約束模型79-81
• 5.3.1 目標(biāo)函數(shù)80
• 5.3.2 約束條件80-81
• 5.4 結(jié)合點估計與負(fù)荷曲線分段的多種群遺傳算法81-84
• 5.4.1 負(fù)荷曲線的分段等值及多種群的形成81-84
• 5.4.2 誤差補償84
• 5.4.3 結(jié)合負(fù)荷曲線分段與點估計方法的多種群遺傳算法計算步驟84
• 5.5 算例分析84-88
• 5.6 本章小結(jié)88-90
• 6 結(jié)論與展望90-92
• 6.1 本文研究工作的總結(jié)90-91
• 6.2 后續(xù)研究工作的展望91-92
• 致謝92-94
• 參考文獻(xiàn)94-102
• 附錄102-114
• A. 作者在攻讀學(xué)位期間錄用或發(fā)表的論文目錄102
• B. 作者在攻讀學(xué)位期間參與的科研項目102-103
• C. IEEE 14 節(jié)點系統(tǒng)數(shù)據(jù)103-104
• D. IEEE118 節(jié)點系統(tǒng)數(shù)據(jù)104-114

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