含风电的电力系统可用输电能力研究

【摘要】：电力系统区域间的可用输电能力(Available Transfer Capability, ATC)能够对发电和用电水平产生直接影响，在电力系统运行、规划等方面一直是倍受关注的重要指标，在保证系统安全可靠运行、避免输电阻塞、有效引导电力市场交易决策等方面具有重要意义。为了充分利用输电网络资源、提高系统安全性和可靠性，必须认识风电的随机特性和不确定性，深入分析风电对输电能力的影响，研究不同接入方式下电力系统区域间ATC计算和评估方法。 风电场或风电机组所在位置的风速之间具有一定程度的相关性，现有风速模拟方法存在相关性描述不准确且效率低、稳定性差的问题。鉴于此，采取将非参数统计中的秩相关系数、Copula理论和传统蒙特卡洛仿真相结合的办法来处理不同位置风速间的相关性问题，同时在抽样过程中又引入了基于分层抽样的拉丁超立方技巧，进而建立了效率高、稳定性好且能考虑风速相关性的风速模拟方法，为本文后续内容奠定了研究基础。 风电的接入增加了电力系统的不确定性，同时也带来了稳定性问题，所以，为了提高ATC评估结果的可信度，必须同时考虑系统的不确定性和稳定性问题。鉴于此，基于提出的风速模拟方法，将快速电压稳定指标纳入到ATC计算模型中，建立了电压稳定约束下考虑风电场间风速相关性的电力系统ATC概率评估方法。算例分析中通过计算潮流雅可比矩阵最小模特征值来检验系统是否能够保持电压稳定，研究了风速相关性对ATC的影响，分析了不同的风速相关系数与ATC样本值及其平均值、方差等的关系。研究成果可为系统运行人员制定功率传输计划提供理论支持。 利用提出的风速模拟方法和ATC概率评估方法，以考虑发电区域内常规发电机组容量是否充足为研究基点，从风电功率可能导致线路阻塞进而限制输电能力的角度研究了处于不同区域、节点的风电场输出功率对系统区域间输电能力的影响。从风电具有间歇性和随机性特点的角度，通过引入风险度概念研究了风电不确定性、渗透率与系统区域间输电能力的关系。在此基础上，以最大化电力企业的效益为目的，通过关于输电能力的风险、效益模型，给出了一种风电集中式接入的电力系统最优输电能力评估方法，研究成果可为含集中式接入风电的电力系统规划和运行提供理论支持。 在含有分散式接入风电的有源配电网中可能存在数量庞大的风电机组，受到数据短缺和计算复杂等原因影响，将无法得到风电机组所在位置的风速间的相关系数矩阵。针对此问题，通过建立极限相关结构法和相关变量集合法处理ATC评估中输入随机变量间相互依赖关系问题。在含大量分散式风电的电力系统区域间ATC评估中，利用该方法能够给出输入变量所有依赖结构下的ATC概率信息，降低了风电不确定性对评估结果可信度的影响，对随机变量间依赖关系不确定条件下的电能交易、系统运行调度具有重要的指导意义。 【关键词】：可用输电能力 集中式接入风电 分散式接入风电 不确定性 蒙特卡洛仿真 电压稳定
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-14
• 第1章 绪论14-28
• 1.1 课题的来源及研究目的和意义14-15
• 1.2 可用输电能力的定义15-17
• 1.3 可用输电能力的计算方法17-23
• 1.3.1 确定性的求解方法18-20
• 1.3.2 基于概率模型的求解方法20-23
• 1.4 可用输电能力的研究热点23-25
• 1.4.1 考虑不确定性因素的 ATC 计算23
• 1.4.2 考虑动态稳定性的 ATC 计算23-24
• 1.4.3 交直流混合系统的 ATC 计算24-25
• 1.4.4 基于柔性交流输电技术的 ATC 研究25
• 1.5 本文主要研究内容25-28
• 第2章 基于 Copula 理论的风速模拟方法28-49
• 2.1 引言28-29
• 2.2 非相关随机变量模拟方法29-32
• 2.2.1 蒙特卡洛仿真法29
• 2.2.2 设备状态确定方法29-30
• 2.2.3 风电及负荷功率模拟方法30-32
• 2.3 相关随机变量模拟方法32-38
• 2.3.1 相关性的度量指标32-35
• 2.3.2 Copula 理论35-36
• 2.3.3 考虑风速相关性的风速模拟方法36-38
• 2.4 算例分析38-48
• 2.4.1 方法有效性分析43-46
• 2.4.2 相关性对随机变量的影响分析46-48
• 2.5 本章小结48-49
• 第3章 考虑风电场间风速相关性的 ATC 研究49-68
• 3.1 引言49-50
• 3.2 基于 OPF 的 ATC 模型50-51
• 3.3 静态电压稳定评估51-54
• 3.3.1 基于系统变量的稳定评估指标52-54
• 3.3.2 基于雅可比矩阵特征结构的稳定评估指标54
• 3.4 基于现代内点法的最优潮流求解54-60
• 3.4.1 基于扰动 KKT 条件的现代内点法55-58
• 3.4.2 热稳定极限约束与电压稳定指标的处理58-60
• 3.5 ATC 评估流程60
• 3.6 算例分析60-67
• 3.6.1 现代内点法的有效性分析61-62
• 3.6.2 电压稳定指标有效性分析62-63
• 3.6.3 风速相关性对 ATC 影响分析63-67
• 3.7 本章小结67-68
• 第4章 集中式风电对输电能力的影响及最优 ATC 评估68-86
• 4.1 引言68-69
• 4.2 风电场位置对输电能力的影响69-73
• 4.3 不确定性对输电能力的影响73-79
• 4.4 渗透率对输电能力的影响79-82
• 4.5 最优 ATC 评估82-85
• 4.5.1 效益模型82-83
• 4.5.2 风险模型83
• 4.5.3 净效益模型及求解83-84
• 4.5.4 算例分析84-85
• 4.6 本章小结85-86
• 第5章 分散式风电并网电力系统 ATC 评估86-103
• 5.1 引言86-87
• 5.2 含分散式接入风电的系统特点87-88
• 5.3 极限相关结构法88-90
• 5.3.1 下极限相关结构88
• 5.3.2 上极限相关结构88-90
• 5.4 极限相关结构法算例分析90-98
• 5.4.1 潮流分析91-95
• 5.4.2 ATC 评估95-98
• 5.5 相关变量集合法98-99
• 5.6 相关变量集合法算例分析99-102
• 5.7 本章小结102-103
• 结论103-105
• 参考文献105-115
• 附录115-124
• 攻读博士学位期间发表的论文及其它成果124-126
• 致谢126-127
• 个人简历127

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