风电接入系统模型及其可信容量评估

【摘要】：随着科技的进步和经济的发展,人类对电力供应的需求日益扩大,同时也带来了常规能源的短缺和温室效应的恶化,因此,在全世界范围内掀起了对新能源发电技术进行开发和利用的热潮,而风能成为较早得到开发的能源类型。由于风能的间歇性和随机性,风电对电力系统的发电贡献不能简单地以其装机容量来表征,因此对风力发电效益的讨论以可信容量为衡量标准,在此过程中,可靠性分析是可信容量计算的重要组成部分。作为这一研究中贯穿始末的环节,风电接入问题的数学、机械及电气模型都需要先后建立,在运算速度和精确度上适度平衡,以便完成后续的研究。 本文首先对风力发电的一些基本模型进行了介绍,如风速模型、风力机的空气动力学模型、机组内部的机电模型、风电场内的尾流效应模型以及可以应用于可靠性分析的机组停运模型等进行了简要的介绍,作为后文的理论基础。其次,以风电场的聚合集总模型为着力点,从潮流追踪领域引入损耗分配的理论,通过推导和计算,提出一种通过损耗分配原理实现了聚合模型内部损耗精确到每一个机组的分配方式,由此可以得到更有说服力的等值阻抗模型,与此同时也首次提出串联模型的计算方法。应用对聚合误差较为敏感的simulink软件对模型进行仿真,对单一机组聚合模型以及串、并联化聚合模型各自的特性进行了观察和对比,旨在为风电场大规模接入的仿真和建模领域提供更多的可选方案,以便为后人研究寻找最优模型。之后,介绍了风电可靠性及可信容量的一般计算方法,简要介绍了序贯和非序贯蒙特卡洛模拟法,将聚合理论应用于可靠性分析之中,提出了聚合机组概率性出力的选择模式。最后,通过编写MATLAB程序,对IEEE RTS24节点标准模型进行了计及风电接入并插入聚合过程的可靠性计算,并通过等值转换求出可信容量,以不同条件下的可信容量进行比较。 本文首次将损耗分配理论应用于风电场建模领域,首次提出了可供实验阶段使用的串联模型理论,将以尾流效应为划分标准的聚合理论应用于可靠性分析领域,为科研人员今后的研究提供了理论参考。 【关键词】：风电接入 聚合理论 可靠性分析 可信容量
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-20
• 1.1 课题背景及研究意义11-12
• 1.2 国内外风力发电的主要动态12-16
• 1.2.1 国内风力发电发展现状及趋势12-14
• 1.2.2 国外风力发电发展现状14-16
• 1.3 风电入网建模的研究现状16
• 1.4 风电场可信容量的研究现状16-19
• 1.4.1 风电场选址及发电能力评估17-18
• 1.4.2 风电机组的选择和布局问题18-19
• 1.4.2.0 尾流效应18
• 1.4.2.1 风电机组的优化选择18
• 1.4.2.2 风电机组的优化布置18-19
• 1.5 本文主要工作19-20
• 第2章 风电接入的基本理论及模型20-34
• 2.1 含风电机组的系统概述20-22
• 2.2 风速及风功率的数学模型22-24
• 2.2.1 风速模型22
• 2.2.2 风功率特性22-24
• 2.3 风力发电机组模型24-29
• 2.3.1 风力发电机组电气模型25-26
• 2.3.2 风力机的空气动力学模型26-28
• 2.3.3 风电机组停运模型28-29
• 2.4 风电场尾流效应模型29-32
• 2.5 本章小结32-34
• 第3章 基于机组聚合理论的风电场建模34-52
• 3.1 机组聚合等值的必要性34
• 3.2 机组聚合等值的基本思路34-36
• 3.2.1 机组聚合概念34-35
• 3.2.2 风电机组内阻抗和变压器等参数的等值35-36
• 3.3 风电场内部线路阻抗的等值36-38
• 3.3.1 现有的等值阻抗计算方法36-37
• 3.3.2 网损的分配方法37-38
• 3.4 损耗分配方法在风电场分析中的应用38-44
• 3.4.1 损耗分配方法的适用性38-40
• 3.4.2 聚合模型等值阻抗的计算方法40-44
• 3.4.2.1 单一线路的损耗分量分析40-41
• 3.4.2.2 损耗分量的全网络分析41-44
• 3.4.3 串联化聚合模型的阻抗确定44
• 3.5 算例与仿真验证44-50
• 3.5.1 仿真条件及相关参数44-49
• 3.5.2 仿真结果分析49-50
• 3.6 本章小结50-52
• 第4章 基于聚合理论的风电场可信容量评估52-70
• 4.1 风电的可信容量概念52
• 4.2 含风电场的电力系统可靠性分析52-55
• 4.2.1 可靠性的基本概念52-53
• 4.2.2 可靠性计算指标53-54
• 4.2.3 可靠性分析的基本方法概述54-55
• 4.3 应用解析法评估系统可靠性55-57
• 4.3.1 解析法计算原理55-56
• 4.3.2 系统可靠性基本计算公式56-57
• 4.3.3 利用解析法进行发输电系统可靠性评估流程57
• 4.4 使用序贯和非序贯蒙特卡洛模拟算法的可靠性分析57-60
• 4.4.1 非序贯蒙特卡洛模拟法57-58
• 4.4.2 序贯蒙特卡洛模拟法58-60
• 4.5 聚合理论于可靠性分析的应用60-62
• 4.6 算例分析62-68
• 4.6.1 IEEE RTS 24节点系统参数62-66
• 4.6.2 不同条件下风电机组接入对可信容量的影响66-68
• 4.7 本章小结68-70
• 第5章 结论与展望70-72
• 5.1 结论70-71
• 5.2 展望71-72
• 参考文献72-77
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果77-78
• 攻读硕士学位期间参加的科研工作78-79
• 致谢79

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