考虑风电不确定性的电力系统调频能力分析

【摘要】：随着世界经济的迅猛发展，人类对于电能的需求也与日俱增。相较火力发电，风力发电由于具有清洁、可再生、经济效益高等优点受到世界各国的广泛青睐。但风电出力的随机波动和不可控性对电网的安全经济运行形成了严峻挑战。为了维持电网的电能质量，许多地区不得不大量弃风，又造成了资源的严重浪费。 为了克服以上问题，提高资源利用率，增强风电并网后电网频率的稳定性，就需要提高对风速和风电功率的预测准确度，针对风电的变化特性对风电不确定性给电力系统频率稳定带来的影响进行合理评估，并采取有效手段控制风电的扰动影响。但现阶段，从风电出力的不确定性出发，对电网结构和电网频率影响的分析研究还稍显不足。 因此，本文从区间预测和功率谱分析两个角度，对风速波动的不确定性进行描述。采用集对分析理论对风速区间进行预测，为研究考虑风电不确定性的电网调频特性提供基础。为能够与频域范围的风机模型更好地衔接，本文分析了风速变化速率对电网的动态特性的影响，并对风电场风速和风电功率的开展频谱分析。 其次，建立包含风电机组的刚性集结多机并网运行数学模型，用以研究风力发电所带来的不确定性对电力系统调频特性的影响。利用随机过程的分析方法，对考虑风电不确定性的电网一次调频的动态能力进行研究。从仿真分析和数值量化两个方面分析出各因素对一次调频能力的影响程度。 最后，利用考虑风电不确定性的电网二次调频的数学模型，研究各因素对电网二次调频性能的影响。应用风速区间预测结果，估计出电网调频能力的范围。同时，研究考虑风电不确定性的电网一次调频与二次调频的控制频段，分析风力发电机组并网对电网性能的影响。通过仿真研究指出，风电大规模并网将使电网调频安全裕度降低，不利于电网的安全稳定运行。 以上的研究成果可用以指导优化多种发电机组的配合、提高风能利用率，为电网调度指令的安排提供合理参考，对提升电力系统运行的安全性、经济性和环保性等具有重要意义。 本文工作得到国家高技术研究发展计划(863计划)重大项目《高渗透率间歇性能源的区域电网关键技术研究和示范》（2011AA05A105）的资助。 【关键词】：电力系统 风力发电 一次调频 二次调频 动态特性分析
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-6
• 目录6-8
• 第1章 绪论8-18
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义8-11
• 1.2 国内研究现状11-15
• 1.2.1 风电不确定性的研究现状11-14
• 1.2.2 电网调频能力的研究现状14-15
• 1.3 本文主要研究内容15-18
• 第2章 考虑风电不确定性的电力系调频数学模型18-34
• 2.1 引言18
• 2.2 原动机数学模型18-27
• 2.2.1 汽轮机的数学模型18-20
• 2.2.2 水轮机的数学模型20-21
• 2.2.3 风力发电机数学模型21-27
• 2.3 电网负荷模型的选取27-28
• 2.4 考虑风电不确定性的电网调频分析刚性集结多机系统数学模型28-33
• 2.4.1 多机系统刚性集结数学模型28-31
• 2.4.2 用于研究考虑风电不确定性的一次调频动态特性数学模型31
• 2.4.3 二次调频动态特性研究的数学模型建立31-33
• 2.5 本章小结33-34
• 第3章 风电不确定性分析34-48
• 3.1 引言34
• 3.2 风速区间预测研究34-44
• 3.2.1 风速区间预测的研究意义34-35
• 3.2.2 风速区间预测的研究方法35-41
• 3.2.3 风速区间预测的结果分析41-44
• 3.2.4 风速区间预测的应用44
• 3.3 风速和风电功率的频谱分析44-47
• 3.4 本章小结47-48
• 第4章 考虑风电不确定性的一次调频能力分析48-65
• 4.1 引言48
• 4.2 考虑风电不确定性的电网一次调频动态特性分析48-50
• 4.3 考虑风电不确定性的电网一次调频能力评估50-55
• 4.3.1 考虑风电不确定性的电网一次调频能力静态表达式51-52
• 4.3.2 考虑风电不确定性的电网一次调频能力动态表达式52-55
• 4.4 考虑风电不确定的电网一次调频能力估计的量化可行性分析55-59
• 4.5 考虑风电不确定性的电网一次调频能力算例分析59-64
• 4.6 本章小结64-65
• 第5章 一次调频与二次调频的协调与配合65-78
• 5.1 引言65
• 5.2 考虑风电不确定性的二次调频能力分析65-69
• 5.2.1 考虑风电不确定性的二次调频性能分析的数学模型65-66
• 5.2.2 考虑风电不确定性的电网调频能力动态表达式66-67
• 5.2.3 各参数选取对二次调频控制质量的影响67-69
• 5.3 风速区间预测在电网调频能力分析中的应用69-71
• 5.4 考虑风电不确定性的电网调频范围研究71-74
• 5.4.1 考虑风电不确定性的电网调频范围研究71-73
• 5.4.2 考虑风电不确定性的电网调频安全边界73-74
• 5.5 电网调频能力的量化分析74-76
• 5.6 本章小结76-78
• 结论78-80
• 参考文献80-85
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果85-87
• 致谢87

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