考虑不可行区域的潮汐流能发电场协调规划方法研究

发布时间：2020-04-30 12:11

【摘要】：能源危机及环境污染问题日趋严重,潮汐流能发电作为一种绿色环保、潜力巨大的海洋能利用形式得到世界各国的高度重视。为充分利用潮汐流能资源,常采用潮汐流能发电场(Tidal Current Farm,TCF)的形式集中发电,欧美等国已建立MW级TCF,并投入商业运行。TCF规划设计是潮汐流能开发所要解决的关键问题,其直接关系到TCF的发电效率、投资成本及长期盈利能力。本文在国家自然科学基金项目“潮汐流能发电机组和集电系统的统一协调概率规划方法研究”(51607014)的资助下,针对潮汐流能发电场机组布局和集电系统的优化规划展开研究,具体内容如下:(1)针对现有TCF规划方法难以计及机组布局和集电系统规划方案间的耦合机理、且常忽略TCF接入对电网运行费用影响的问题,本文提出一种考虑机组布局和集电系统优化的TCF协调规划方法,以权衡TCF的投资、收益及电网的经济运行。首先,考虑潮汐流速的规律性以及TCTs间的尾流效应,建立TCF的输出功率模型;其次,基于双层规划理论,考虑TCF投资、电网及TCF运行成本,建立TCF的优化规划模型,该模型计及了机组布局与集电系统规划方案间耦合关系;然后,结合遗传算法和混合整数规划理论,建立规划模型的高效求解策略;最后,针对多地潮汐流速的实测数据、IEEE 30及118节点系统,进行仿真分析,验证了所提方法的有效性。与现有方法相比,本文能够确定合理的TCF规划方案,有效协调机组布局和集电系统规划方案,减少集电系统的投资成本,提高TCF综合收益。文中算例表明,所提方法下的集电系统投资费用可减少20%以上,TCF综合收益可提高5%~10%。(2)针对现有方法难以考虑礁石等地质不可行区域对TCF机组布局和集电系统拓扑的影响,结合第二章研究内容,本文提出一种考虑不可行区域的TCF规划方法。首先,研究不可行区域对尾流衰减效应的影响,并结合机组尾流效应的解析模型,建立考虑不可行区域的混合尾流模拟方法以及TCF日输出功率模型;其次,基于双层规划理论,考虑不可行区域约束,建立TCF中机组布局和集电系统的联合规划模型,其中,在集电系统优化模型中,引入改进的辐射形分组方法,以减少优化变量个数;然后,基于实数编码的遗传算法和混合整数规划,建立上述模型的高效求解策略;最后,针对含多种不可行区域的TCF规划问题,进行仿真分析,验证了本文方法的有效性,并有结论:本文通过量化不可行区域对TCF规划的影响,充分挖掘潮汐流能发电潜力,提高TCF的资金利用率。文中算例表明,所得的TCF规划方案能够合理规避不可行区域,降低了不可行区域对TCF规划的影响。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P743.3;TM612

【参考文献】