基于价值评估的含大规模风电的电力规划

【摘要】：在我国开发利用风能等可再生能源,不仅有利于优化能源结构、保护环境,而且还会提高我国能源供应的多样性和安全性,是我国实现电力可持续发展的必然选择。按照国家“建设大基地、融入大电网”的风电发展战略,目前我国风电已进入大规模基地式集中开发阶段。然而,由于风电本身所固有的特殊性,给电力系统的规划和运行带来了很大的挑战,为此,本文对于大规模风电并网后的电力系统规划(即电力规划)问题进行了研究。 首先,提出了大规模风电接入后的输电网综合扩展规划方法。该法考虑了风电出力的波动性对输电网有功潮流与无功潮流的影响,实现有功规划与无功规划的整体优化。为应对问题求解计算上的复杂性,提出了启发式的优化算法。先将原问题分解为两个子问题:网络设备投资决策与方案的控制成本评估,然后经由原问题的规划目标进行总体协调。在此基础上,算法充分挖掘目标函数与问题本身的特性,优化过程物理意义清晰,易于理解,明显地提高了计算速度,能在工程可接受的计算时间内获得较优的规划方案。 其次,立足于全社会成本视角,构建了含大规模风电的电力规划方案价值评估框架与评估方法。考虑到风电出力的波动性,在计及静态和动态安全约束的经济调度模型基础上,结合机组组合优化模型与校正性控制模型,实现了系统运行过程的详细模拟。最终获得全年每小时的燃料、环境和网损成本,再结合电源的容量成本、电网成本及系统的可靠性成本,从而实现了规划方案的全社会成本评估。最后,通过示例验证了在评估含大规模风电的电力规划方案时,详细模拟系统运行的重要意义和所提方法的有效性。 最后,针对常规(不含风电)输电网规划,在目标函数中引入静态安全风险费用,将其与网络设备(线路与无功补偿装置)投资的年值费用、年运行费用综合衡量,计及预想事故的发生概率和交流潮流约束,建立了计及静态安全风险的输电网短期综合扩展规划的数学模型,进行优化规划,所得方案可以实现投资与风险之间的最佳平衡。在静态安全风险评估中,采用基于有功静态安全域和电压灵敏度循环迭代的方法解决了基于交流潮流模型进行负荷削减优化的难题。模型通过两阶段的寻优算法进行求解,该法不仅降低了原问题的求解难度,而且最终可获得若干数目的满意解。 【关键词】：大规模风电 价值评估 全社会成本 电源扩展规划 电网扩展规划 启发式算法
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM715
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-10
• 第一章 绪论10-28
• 1.1 引言10-11
• 1.2 电力系统规划概述11-14
• 1.2.1 电力系统规划的概念11
• 1.2.2 电力系统规划的任务及分类11-13
• 1.2.3 我国目前电力系统规划存在的问题13-14
• 1.3 风电给电力系统规划提出的挑战14-16
• 1.3.1 我国风电发展的现状与特点14-15
• 1.3.2 风电给电源规划提出的挑战15-16
• 1.3.3 风电给输电网规划提出的挑战16
• 1.4 含风电的电力系统规划研究现状16-26
• 1.4.1 含风电的电源规划研究现状17-19
• 1.4.1.1 常规电源规划17-18
• 1.4.1.2 含风电的电源规划18-19
• 1.4.2 含风电的输电网规划研究现状19-26
• 1.4.2.1 常规输电网规划19-25
• 1.4.2.2 常规输电网规划存在的问题25
• 1.4.2.3 含风电的输电网规划25-26
• 1.5 本文的主要工作26-28
• 第二章 电力系统安全域及其应用28-39
• 2.1 引言28-29
• 2.2 安全域29-38
• 2.2.1 安全域的数学定义及相关概念29-32
• 2.2.1.1 静态安全域29-30
• 2.2.1.2 动态安全域30-31
• 2.2.1.3 小扰动稳定安全域31-32
• 2.2.2 有功静态安全域32-35
• 2.2.3 实用动态安全域35-38
• 2.3 安全域在本文中的应用38
• 2.4 小结38-39
• 第三章 分散搜索算法及其应用39-54
• 3.1 引言39
• 3.2 分散搜索算法39-45
• 3.2.1 算法的核心概念39-40
• 3.2.2 算法的基本思想40-41
• 3.2.3 算法的一般框架41-43
• 3.2.4 算法的实现步骤43
• 3.2.5 算法的伪代码43-45
• 3.3 分散搜索算法的有效性验证45-53
• 3.3.1 输电网规划的数学模型45-46
• 3.3.2 分散搜索算法设计46-51
• 3.3.3 算例分析51-53
• 3.4 小结53-54
• 第四章 含大规模风电的电源规划54-72
• 4.1 引言54-55
• 4.2 机组组合55-57
• 4.3 电源规划的风险评估57-60
• 4.4 数学模型60-65
• 4.4.1 一般数学模型60-63
• 4.4.2 风火打捆中配套火电电源规划数学模型63-65
• 4.5 求解算法65-68
• 4.6 算例分析68-71
• 4.6.1 示例168-69
• 4.6.2 示例269-71
• 4.7 小结71-72
• 第五章 含大规模风电的输电网规划72-88
• 5.1 引言72-73
• 5.2 风电的典型输送方式73-75
• 5.3 关于发电再调度75-77
• 5.3.1 常规输电网规划情况75-76
• 5.3.2 含风电的输电网规划情况76-77
• 5.4 风电与负荷的特性分析77-79
• 5.4.1 风电的出力特性77-78
• 5.4.2 负荷的时序特性78-79
• 5.5 数学模型79-80
• 5.6 求解算法80-85
• 5.6.1 目标函数特性分析80-81
• 5.6.2 极端场景集81-82
• 5.6.3 优化策略82-83
• 5.6.4 基于极端场景集的输电网综合扩展规划的数学模型83-85
• 5.7 算例分析85-87
• 5.8 小结87-88
• 第六章 计及静态安全风险的输电网规划88-104
• 6.1 引言88-89
• 6.2 风险评估方法89-93
• 6.2.1 引入风险的必要性89
• 6.2.2 常见的风险评估方法89-93
• 6.2.2.1 状态枚举法90-91
• 6.2.2.2 蒙特卡罗模拟法91-93
• 6.3 数学模型93-95
• 6.4 求解算法95-96
• 6.5 静态安全风险评估的实现96-99
• 6.5.1 负荷削减的最优化模型96-97
• 6.5.2 两阶段负荷削减法97-99
• 6.6 算例分析99-103
• 6.7 小结103-104
• 第七章 含大规模风电的电力系统规划方案价值评估104-121
• 7.1 引言104-105
• 7.2 基于价值评估的含大规模风电电力规划的总体框架105-106
• 7.2.1 总体框架的提出105-106
• 7.2.2 价值评估106
• 7.3 含大规模风电的电力规划价值评估框架106-117
• 7.3.1 评估框架的构成106-107
• 7.3.2 全社会成本评估方法107-113
• 7.3.2.1 电源的容量成本评估107-108
• 7.3.2.2 电网成本评估108
• 7.3.2.3 燃料成本评估108-110
• 7.3.2.4 环境成本评估110-111
• 7.3.2.5 网损成本评估111
• 7.3.2.6 可靠性成本评估111-113
• 7.3.3 运行模拟中的优化问题113-117
• 7.4 算例分析117-120
• 7.5 小结120-121
• 第八章 风火打捆远程输电与分布式光伏发电的全社会成本分析121-136
• 8.1 引言121-122
• 8.2 两种模式的全社会成本评估122-123
• 8.2.1 评估的基础条件122
• 8.2.2 模式Ⅰ（风火打捆远程输电）的全社会成本评估122-123
• 8.2.3 模式Ⅱ（分布式光伏发电）的全社会成本评估123
• 8.3 模式Ⅰ与模式Ⅱ的全社会成本构成分析123-127
• 8.3.1 模式Ⅰ的全社会成本构成分析123-126
• 8.3.2 模式Ⅱ的全社会成本构成分析126-127
• 8.4 模式I与模式Ⅱ的全社会成本长期趋势分析127-135
• 8.5 小结135-136
• 第九章 结论与展望136-138
• 参考文献138-152
• 附录152-160
• 发表论文和科研情况说明160-161
• 致谢161-162

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