有可再生能源发电的电力系统规划与运行方式研究

发布时间：2018-10-16 14:17

【摘要】：电力工业属于高耗能产业,为了缓解我国能源供需矛盾和改善生态环境,提高电力工业能源利用效率,转变能源利用方式,减少碳排放量是必不可少的措施。有可再生能源发电的电力系统,和传统电力系统相比,一方面提高电力系统运行经济性、提高一次能源利用效率和节约非可再生能源；另一方面面临环境改变,具有很大不确定和风险的复杂运行环境。主要在于： (1)电力系统中风电渗透水平的不断提高给电力统安全与经济运行带来了新的问题甚至挑战。输电系统规划时既要充分考虑系统对风电的接纳能力,也要适当计及风电对系统安全与经济运行所带来的风险。 (2)向广东送电的西电以“水电”为主,其具有汛期送出比重大、季节性强、调节能力差的特点。为最大限度输送西部富裕水电,西部送电省区的火电机组有必要在省内优先平衡水火送出比例,有必要在保障系统安全稳定运行的基本前提下,深入分析西部火电机组在汛期维持最小运行方式的可靠性、经济性和灵活性。 (3)考虑到西电送电受线路输送容量的限制,区域间的备用共享实际上难以取得,这样为维持广东电力供应的可靠性与安全性,在汛期时广东区域内火电机组也需要维持适当的最小运行方式,以实现快速响应和增强抗事故能力。现有的输电系统规划方法和模型以及机组最小运行方式存在的主要问题在于：现有的电力系统规划方法无法综合平衡电力系统对风电的接纳能力与风电对系统安全与经济运行所带来的风险；没有充分考虑现有的西电东送水电大发背景下火电机组对于电力系统抗事故能力的影响等等。针对上述问题,本论文提出计及风电接纳能力和风险因素的含风电场的输电系统规划两层模型,兼顾了输电投资成本、切负荷惩罚、弃风惩罚以及风电场所带来的综合效益,并考虑了安全约束；从安全经济运行和节能减排的角度出发,对汛期水火电联合系统进行火电机组最小运行方式的计算,选择有效的求解器进行优化计算,确定能够维持整个系统安全稳定运行的各区域火电最小出力水平。最后取得了一定的研究成果： (1)首先总结了现有的输电系统规划理论,并对可再生能源特别是间歇性电源并网背景下的输电系统元件建模进行概括和分析,这是后文所提出的输电系统规划综合方法建模和仿真的基础。这些模型包括非时序性／时序性场景、单一／多场景等,能够应用于计及风电接纳能力和风险因素的输电系统规划的不同场景,具有广泛适用性。 (2)为解决综合平衡电力系统接纳风电能力与风电带来的风险因素的矛盾,提出计及风电接纳能力和风险因素的含风电场的输电系统规划两层模型,兼顾了输电投资成本、切负荷惩罚、弃风惩罚以及风电场所带来的综合效益,并考虑了安全约束。其中,对不确定性因素造成的切负荷惩罚与弃风惩罚的平均水平和波动进行了模拟。上层规划以单位投资下给定时间内的风电场发电量最大化为目标确定输电系统规划方案,并把该方案传递给下层问题；下层规划则以给定时间内弃风总电量与切负荷总电量之和最小为优化目标,把切负荷惩罚、弃风惩罚以及风电场发电量向上层模型反馈。上下层之间存在交互作用,最终由上层决策获得输电系统规划方案。上层规划为混合整数非线性问题,采用改进的粒子群算法求解；下层规划为线性规划问题,采用线性规划求解器ILOG CPLEX求解。最后,采用修改的18节点和46节点两个算例系统对所建立的模型与采用的方法做了说明。 (3)为了解决汛期西部富裕水电消纳问题,西部送电省区的火电机组有必要在省内优先平衡水火送出比例,同时为维持广东电力供应的可靠性与安全性,在汛期时广东区域内火电机组也需要维持适当的最小运行方式,以实现快速响应和增强抗事故能力。提出火电机组最小运行方式的优化模型,并采用ILOG CPLEX MIP优化器进行求解。最后简要总结论文中所作的研究,并提出了该领域有待进一步深入研究的问题。
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【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM61

【参考文献】