论文总字数：26354字

摘 要

传统能源危机及风力发电技术本身的优势使得全球范围内风电装机容量一直高速增长，但风电出力随机性、间歇性的特点给风电并网系统调峰带来了难题，导致风电往往无法全额消纳，弃风浪费现象严重。为分析风电并网系统的调峰裕度及调峰约束下风电消纳情况，本文从风电出力特性出发，分析了风电接入电网后对系统调峰需求的影响，为后文风电并网系统调峰裕度的研究打下了基础；建立了基于序贯蒙特卡洛方法的以调峰不足天数和弃风量为指标的风电并网系统年调峰裕度模型，并考察不同风电精度预测下、不同风电装机容量下、多种不同调峰深度发电方式的组合变化下风电并网系统的调峰情况。另外，以系统年调峰不足天数最小为目标函数建立了整数规划优化模型，并针对调峰机组出力下限系数之和最大建立了优化模型并进行求解；最后从风电并网系统调峰的季节性出发，结合风电出力的季节特性，以四季典型日为例分析了风电并网系统不同时期的风电消纳情况，并进行了相应的算例分析。Matlab平台验证了以上年度模型及典型日模型的可行性。本文对含风电并网系统的调峰裕度分析，对如何降低系统调峰压力，提高电网接纳风电能力有一定参考意义。

关键词：风电出力；调峰裕度；序贯蒙特卡洛；弃风量；线性优化

Abstract

The traditional energy crisis and the advantages of wind power generation technology have enabled the global wind power installed capacity to increase rapidly. However, the randomness and intermittent nature of wind power output have brought problems to the peak shaving of wind power grid-connected systems, resulting in the inability of wind power to fully eliminate wind power. It is serious to waste waste. In order to analyze the peak shaving margin of wind power grid-connected systems and the conditions of wind power consumption under peak shaving constraints, this paper analyzes the influence of wind power on the peaking demand of the system after the wind power is connected to the grid, which is the post wind power grid connection system. The foundation of the peak-regulation margin has been laid; the annual peak-shaving margin model of wind power grid-connected systems based on sequential Monte-Carlo method based on the days of peak-inflation and the amount of abandoned wind has been established. Different wind power installed capacity, a variety of different peak-depth power generation combination of changes in the wind power grid system peaking situation. In addition, an integer programming optimization model was established based on the objective function of the minimum number of days of peak shaving in the system year, and an optimization model was established and solved for the sum of the lower limit factor of peak output of the peaking unit; finally, the seasonality of peak load adjustment from the wind power grid-connected system was achieved. Starting from the combination of the seasonal characteristics of wind power output, taking the typical days of the four seasons as an example, the situation of wind power consumption in different periods of the wind power integration system was analyzed, and corresponding examples were analyzed. The Matlab platform validates the feasibility of the above annual models and typical day models. This paper analyzes the peak-shaving margin of a wind-powered grid-connected system, and has some reference significance for how to reduce the peak pressure of the system and improve the capacity of the grid to accept wind power.

KEY WORDS:wind power output, peak shaving margin, sequential Monte Carlo,abandoned wind volume，linear programming

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 本文主要工作 2

第二章 风电并网对电力系统调峰需求的影响 3

2.1 风电出力特性分析 3

2.1.1 风电出力的不确定性 3

2.1.2 风电出力的季节特性 4

2.2 风电并网后对负荷峰谷差的影响 5

2.3 风电预测误差 9

2.4 本章小结 10

第三章 基于序贯蒙特卡洛法的风电并网系统的年调峰裕度模型 11

3.1 年调峰裕度评估的方法与流程 11

3.2 调峰机组特性 11

3.2.1 火电机组 11

3.2.2 水电机组 12

3.2.3 核电机组 12

3.3 序贯蒙特卡洛方法的原理及应用 12

3.3.1 蒙特卡洛方法 12

3.3.2 非序贯蒙特卡洛法 12

3.3.3 序贯蒙特卡洛法 12

3.4 算例分析 13

3.4.1 不同风电并网容量及不同风电预测精度下的调峰情况 14

3.4.2 不同电源结构下的调峰情况 17

3.5 调峰机组出力下限系数优化模型 18

3.5.1 满足系统全年调峰条件下调峰机组出力下限系数优化模型 19

3.5.2 系统全年调峰不足天数最少条件下调峰机组出力下限系数优化模型 20

3.5.3 算例分析 20

3.6 本章小结 21

第四章 风电并网系统调峰约束下典型日的风电接纳情况 23

4.1 系统调峰特性的季节性 23

4.2 冬、春、秋季典型日风电消纳情况 24

4.3 夏季典型日风电消纳情况 26

4.4 本章小结 26

第五章 结论与展望 27

致谢 28

参考文献 29

附录 31

绪论

课题背景及意义

随着传统化石能源的日益枯竭与生态环境恶化的加剧，发展可再生能源清洁能源成为当务之急。风力发电作为最成熟最具发展前景的可再生能源发电技术，一直受到世界各国的青睐和大力扶持。进入21世纪以来，风电装机一直保持高速增长，截至2017年底，全球市场累计风电装机容量达到539.58GW，2017年新增装机52.57GW；我国累计装机容量188GW，2017年新增装机19.6GW。但与此同时，风电随机性、间歇性的特征给其大规模并网带来了诸多挑战，其中之一便是电力系统调度规划困难，调峰压力加剧，可能导致因系统低谷调峰能力不足造成的弃风浪费或是风电场脱网造成的系统频率失稳。

不同于常规机组，风电机组的“爬坡”与“跌落”不可预测，可能在短时间内快速增减出力，对常规机组的调峰能力提出了更高要求，加大电网等效负荷的峰谷差，导致电力系统的调峰需求增加，因此风电并网系统调峰问题凸显。各地或多或少都出现了限风限电现象^[1]，电网的调峰能力成为风电大规模并网进一步主流化发展的根本制约因素之一，大容量风电场的建设和投运带来的风电消纳问题亟待解决。为促进风电的充分消纳与保证电网安全供电，对风电并网系统的调峰裕度作出分析与评估具有重要意义。

国内外研究现状

目前国内外已有不少关于风电并网系统调峰裕度与风电消纳情况方面的研究。文献[2]-[7]基于确定性方法计算系统调峰能力，并对调峰约束下系统可接纳风电的容量进行评估：文献[2]通过对京津唐电网2010年不同月份、不同备用率下的调峰特性进行分析,分析了电网负荷水平及负荷备用率对系统调峰能力的影响，得出了系统可接纳的最大风电容量。文献[3]结合风电特性，考察系统运行机组容量、备用容量、不同类别机组容量、联络线功率等因素对调峰能力的影响，针对典型系统分析可能的调峰能力，简明直观地研断风电电网接纳风电的最大能力。文献[4]基于黑龙江电网2014年的实测数据，计算出电网可平衡风电波动的调峰容量，结合典型日负荷和风电出力曲线分析了夏冬两季典型日的风电消纳情况。文献[5]针对河北省南网的电源结构和负荷特性计算出负荷低谷时的调峰裕度，重点对最大峰谷差日和节假日的调峰裕度进行评估，从而给出河北南网的风电接纳能力。文献[6]考虑了调峰机组参数、日最小负荷率、旋转备用容量等影响调峰能力的因素，计算蒙古电网2010-2015年的调峰能力，分析了电网接纳风电装机容量的情况。文献[7]着眼于京津及冀北冬季供暖期调峰压力巨大的情况，以夏冬最大负荷日为算例得出电网调峰裕度。

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