40000字硕士毕业论文电力系统旋转备用需求风险模式研究

论文类型：硕士毕业论文

论文字数：40000字

论点：备用,旋转,风电

论文概述：

在目前我国电力市场的发展环境下，旋转备用的分摊、定价等体系并不完善，如何统筹系统可靠性保障和经济利益之间平衡，在保证电网稳定运行的前提下优化资源配置，将是亟需解决的问题。

论文正文：

第一章是关于情绪

1.1
文件的背景和意义化石燃料作为目前主要的一次能源，其开发和燃烧使生态环境越来越差。人们越来越意识到发展清洁可再生能源对环境保护的重要性和紧迫性。在许多清洁和可再生能源中，水电、风能和太阳能是相对成熟和快速发展的发电资源。水力发电成本相对较低，但存在投资高、建设周期长、对当地河流地质环境影响大、溃坝风险大等诸多硬伤害。其安全性和可靠性要求很高，仍需从生态环境保护的角度进行研究。虽然太阳能的使用看起来清洁环保，但硅片生产制造过程中存在巨大的能耗和严重的污染。其实质是污染和能源消耗方式的转移。然而，风力发电因其环境效益好、储存内容丰富、安装规模灵活、基建周期短等优点，越来越受到世界各国的重视和利用。
作为低碳经济发展中的清洁可再生能源，虽然风力发电仍面临投资高、效率低、并网困难等诸多困难，但近年来发展势头非常迅猛，各项技术也逐渐成熟。其应用范围广、约束少、便于推广等诸多优点将给风力发电带来更光明的发展前景。此外，与水力发电和太阳能发电相比，风力发电不受严格的地理和地质条件以及太多气候因素的限制，更适合作为应对未来能源安全和气候变化压力的长期战略。辅助服务是电力系统安全运行和有序交易的必要保障，是电力行业在正常电力生产、运输和交易之外提供的附加服务，备用服务是辅助服务的重要组成部分之一。它是为应对负荷预测偏差、电网运行故障、机组非计划停机等因素而预留的附加备份，根据备份机组的运行状态可分为旋转备份和非旋转备份。
由于风力发电具有随机性、波动性和间隙性的自然特征，因此很难准确预测风力发电机的输出。随着风力发电能力和风电场并网规模的逐步增加，其对电力系统的影响也在不断增加。为了保证电网的安全可靠运行，注入大量不确定的风电将不可避免地需要更多的旋转备用容量，这也增加了系统的运行成本。传统的旋转储备通常是通过确定性方法获得的，例如取系统总装机容量的固定比例或系统中最大机组的单个机组容量。这些方法应用广泛，计算简单，但其经济性不理想，且较少考虑不确定随机因素对总旋转储备的影响，容易导致系统功率不平衡。

1.2国内外风力发电发展现状

1.2.1国外风力发电的发展和现状
从19世纪末到20世纪初，丹麦人首次开发风力发电机并建造了世界上第一座风力发电站，至今已有一个多世纪了。在过去的100年里，风力发电取得了巨大的进步。1970年代连续两次能源危机和1990年代对二氧化碳和其他温室气体减排的重视都加速了风力发电技术的不断改进。20世纪末，在政府政策的支持和世界各地项目的推动下，大规模风力发电进入商业化阶段。各种大型风力涡轮机相继出现。许多商业公司继续成长，各种有利资源被纳入市场经济的竞争中。以水平轴和三片叶片为代表的风力发电机成为商业应用的主流。年底前，世界风力发电机和发电机的容量迅速扩大。世界风力发电机总量从2003年的3929×104千瓦增加到2009年的15789.9×104千瓦，年均增长率为26%。预计2020年世界装机风力发电能力将达到6亿千瓦。图1.1显示了全球风能理事会(GWEC)发布的世界风力发电市场的装机容量。2011年，全球风力发电行业新增装机容量41000兆瓦。这一新增装机容量使全球风力发电累计装机容量达到238000兆瓦。在世界上75个商业运行的风力发电安装国家中，22个国家的装机容量超过1GW。这也意味着在当前全球经济环境下，风力发电将继续是可再生能源发电技术的首选。

第二章风力发电及其对电力系统的影响

2.1风力发电的基本原理和特点
暴露于太阳辐射后地面空气温度变化的差异和空空气中水蒸气含量的差异导致地面空气压力的差异。结果，高压空空气水平流向低压形成风。风能是指在地球表面流动的大量空气体做功产生的动能，它本质上是太阳能转换的一种形式。风能密度和风能利用率的累计小时数共同决定风能资源。风力发电作为风能的主要利用形式，是将风中的动能转化为电能的工程技术。其过程是通过自然风推动风扇叶片带动风扇旋转，然后风扇转轴带动发电机产生电能。在这个过程中，风力涡轮机首先将风的动能转换成机械能，然后发电机将机械能转换成电能。
因此，发电机和风力涡轮机是风力涡轮机的两个核心部件。风力发电机及其控制系统的性能直接决定电能质量、发电系统的运行和电网的稳定性。风能的利用效率也直接反映了风力发电的技术水平。风力的输出功率与风速直接相关。一般来说，三级风是有价值的，但从风力经济的角度来看，大于4m/s的风速适合发电。为了充分利用风能资源，人们不断改进风力发电机的结构以提高其性能。风力涡轮机经历了从恒速到变速、从固定桨距到可变桨距的变化。目前，风力发电机变速变桨距功率控制技术和发电机变速恒频发电技术发展迅速，应用成熟。双馈感应风力发电机和直驱永磁同步发电机也成为越来越多的主要装配模型。

第三章随机规划和条件风险理论.........................................24-29
3.1不确定性数学规划.........................................24-25
3.2风险价值和条件风险价值.........................................25-28[/比尔/] 3.2.1风险价值.........................................25-26[/比尔/] 3.2.2条件风险值.........................................26-28
3.3条件风险理论的应用.........................................28[/比尔/] 3.4本章概述.........................................28-29
第四章优化.........................................29-40
包括风电场电力系统4.1电力系统调度的旋转备用.........................................29-33
4.1.1电力系统调度的概念和发展.........................................29
4.1.2电力系统调度特点.........................................29-31 [/BR/] 4.1.3.........................................31-33
4.2含风电场的电力系统旋转备用模型研究.........................................33-34 [/BR/] 4.3基于条件风险值的轮换备用优化模型.........................................34-37
4.4有条件风险约束的风力发电系统调度模型.........................................37-39 [/BR/] 4.4.1型号.........................................37-38 [/BR/] 4.4.2收益函数的CVaR计算值.........................................38-39
4.5本章概述.........................................39-40
第五章数值模拟和结果分析.........................................40-46
5.1模拟系统.........................................40-41
5.2的计算结果.........................................41-42
5.3及其分析.........................................42-45
5.4本章概述.........................................45-46

结论

旋转备用作为电力系统安全可靠运行的重要保证，是保证电网功率平衡的主要措施。随着智能电网的建设和发展，越来越多以风能为代表的新能源接入电网发电。它们的随机性和不可控性会加剧电网的功率波动程度。此外，常规机组的计划外停机和负荷预测误差的存在对电力系统的旋转备用服务提出了更高的要求。为了解决风电并网对系统功率平衡的影响，引入了一种条件风险方法，该方法可以有效处理随机性问题，优化电力系统调度模型中的旋转备用约束， 得到的主要内容和相关结论如下:
(1)利用条件风险法确定系统的总旋转储备，不仅定量处理了风电出力随机性对风电系统旋转储备问题的影响，而且准确反映了系统储备能力的实际充分性，直观地描述了旋转储备能力与系统调度成本之间的关系。
(2)目标函数考虑了发电成本和旋转备用成本。考虑到正和负旋转备用约束中包含的随机性和置信度，采用旋转备用函数的CVaR值来获得旋转备用值。蒙特卡罗模拟和解析法相结合求解模型，快速简单。
(3)仿真计算表明，利用正负旋转储备CVaR值计算的储备容量略大于传统确定性方法计算的储备容量。虽然备用成本增加，但风能资源可以得到最大限度的利用，从而降低常规机组的产量，从而降低总调度成本。
(4)对应于不同的置信水平，获得不同的旋转备用CVaR值。置信水平越高，旋转备用值越大。这说明旋转备用CVaR值的模型和方法描述了系统备用容量与经济水平的关系。
虽然本文对电力系统备份研究中的条件风险值进行了一些创新性的探讨，但所考虑的问题并不全面。本文仅对建立的模型进行了单周期的研究和分析，没有从多周期的角度考虑优化模型，也没有考虑机组爬升率、阀点效应和线路潮流约束等物理量之间的耦合关系和实际运行情况。研究内容仍需进一步深化。
条件风险法不仅可以应用于风电输出功率对系统旋转备用计划的影响，还可以处理电力系统中许多类似的随机因素，如潮汐能、太阳能、负荷预测误差、机组故障停机等。同时，电力系统中还存在许多其他随机优化问题，如电压稳定性、频率振荡、经济调度和随机能量并网容量等。无论是电网安全范畴的风险度量还是电力市场领域的收益评估，条件风险法都能很好地处理和分析。