多运行方式下基于优化潮流的风电并网系统稳态分析

【摘要】：最优潮流(Optimal Power Flow, OPF)将电力系统经济调度和潮流计算有机地融合在一起，以潮流方程为基础，进行经济与安全的全面优化，是一个大型的、非凸的、多约束、多变量、非线性规划问题。利用OPF能将可靠性与电能质量量化成相应的经济指标，最终达到优化资源配置，降低发电、输电成本，提高对用户的服务质量的目标。随着国家对新能源的研究和开发力度的不断增大，作为技术最成熟、最具规模开发和商业化发展前景的可再生能源发电方式之一，风力发电受到较高的重视并得到了广泛的开发和利用，由于其本身所具有的随机性、间歇性、波动性以及不可调度性使得系统呈现多种运行方式，有必要计及系统中的不确定性因素（常规发电机组出力的波动、负荷波动以及风电机组的随机出力等），并考虑随机变量的相关性，采用概率理论来描述多运行方式，进行风电并网系统优化潮流计算。本文探讨了多运行方式下基于优化潮流的风电并网系统的稳态分析。具体内容如下： 首先，分别采用基于次微分的半光滑Levenberg-Marquardt(L-M)方法和跟踪中心轨迹内点法(Path Following Interior Point, PFIP)求解最优潮流问题，比较了两种算法的性能优劣。在详细阐述了OPF模型后，介绍了求解OPF问题的半光滑L-M方法和PFIP方法，分别确定了求解OPF问题的算法步骤，在某5节点系统、IEEE-30节点系统、IEEE-118节点系统上对两种算法进行验证，并将得到的OPF结果进行比较，分析算法的有效性。 其次，进行含风电场电力系统OPF计算，分析风电并网后影响OPF解的主要因素，并讨论了风电穿透功率水平问题。构建了考虑无功功率和滑差特性的异步风力发电机模型，基于此建立含风电场电力系统OPF模型，分别采用半光滑L-M方法和PFIP方法进行含风电场电力系统OPF计算，比较和分析两种算法得到的OPF结果，分析风速、风机台数、风电穿透功率水平三种因素对OPF结果的影响。 最后，考虑负荷互相关性和风速随机性进行概率最优潮流分析，讨论负荷互相关性对POPF解的影响。建立含风电场电力系统概率最优潮流(ProbabilisticOptimal Power Flow, POPF)模型，采用点估计方法中的四种方案(2m,2m+1,3m,4m+1)得到电力系统随机变量的估计点。利用乔列斯基因子分解生成具有指定相关系数的估计点，最后利用PFIP方法进行求解，得到输出变量的数字特征及累积分布函数和概率密度函数，将所得结果与蒙特卡罗模拟方法进行比较，分析变量互相关性对系统POPF结果的影响。 【关键词】：最优潮流 概率最优潮流 风电并网 相关性 点估计法
【学位授予单位】：上海大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 第一章 绪论12-22
• 1.1 课题研究的目的和意义12-13
• 1.2 国内外研究概况13-21
• 1.2.1 最优潮流计算13-16
• 1.2.2 最优潮流理论在电力系统分析中的应用16-17
• 1.2.3 风电并网对电力系统的影响17-18
• 1.2.4 含风电场的电力系统优化潮流计算18-20
• 1.2.5 考虑负荷互相关性的电力系统概率稳态分析20-21
• 1.3 论文的主要研究内容21-22
• 第二章 电力系统最优潮流问题的研究22-37
• 2.1 引言22-23
• 2.2 最优潮流模型23-24
• 2.2.1 最优潮流模型的目标函数23
• 2.2.2 最优潮流模型的等式约束23
• 2.2.3 最优潮流模型的不等式约束23-24
• 2.3 最优潮流模型的求解方法24-29
• 2.3.1 半光滑 Levenberg-Marquardt 方法24-27
• 2.3.2 跟踪中心轨迹内点法27-29
• 2.4 算例分析29-36
• 2.4.1 5 节点系统29-32
• 2.4.2 IEEE-30 节点系统32-34
• 2.4.3 IEEE-118 节点系统34-36
• 2.5 本章小结36-37
• 第三章 含风电场电力系统最优潮流计算37-53
• 3.1 引言37-39
• 3.2 考虑无功功率和滑差特性的风电模型39-40
• 3.2.1 异步风力发电机模型39-40
• 3.2.2 风力机模型40
• 3.3 含风电场电力系统最优潮流模型40-44
• 3.4 算例分析44-51
• 3.4.1 风速对最优潮流结果的影响44-47
• 3.4.2 风机台数对最优潮流结果的影响47-50
• 3.4.3 风电穿透功率水平的讨论50-51
• 3.5 本章小结51-53
• 第四章 考虑负荷互相关性的风电并网系统概率最优潮流问题研究53-69
• 4.1 引言53-54
• 4.2 考虑无功功率和滑差特性的风电概率模型54-56
• 4.3 含风电场电力系统概率最优潮流模型56-57
• 4.4 乔列斯基因子分解57
• 4.5 点估计法概率最优潮流57-62
• 4.5.1 2m 方案58-59
• 4.5.2 2m+1 方案59-60
• 4.5.3 3m 方案60-61
• 4.5.4 4m+1 方案61-62
• 4.6 算法步骤62-63
• 4.7 算例分析63-68
• 4.8 本章小结68-69
• 第五章 结论与展望69-72
• 5.1 结论69-70
• 5.2 展望70-72
• 参考文献72-82
• 作者攻读硕士学位期间公开发表的论文82-83
• 致谢83

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