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1、含风力发电的电网概率潮流 计算方法的研究三峡大学硕士学位论文内 容 摘 要风力发电具有随机性、间歇性和难于控制的特点，大规模的风电并网会给电力系 统的安全运行造成一定的影响。概率潮流方法能充分考虑风电场出力的随机性，能为 含风电场的电力系统规划运行人员提供更全面有用的信息。本文建立了考虑各种随机因素的概率潮流计算模型，进而建立风电场出力的概率 模型，首先利用蒙特卡罗模拟算法结合风机的功率曲线来求解风机注入电网前后，电 网中节点电压与线路功率的概率密度函数，用以分析风电场的载入对电网的影响。然 后采用基于风速与风机有功出力的二次近似模型对含风电场的电力系统进行概率潮 流分析。这种方法是以数学计算
2、为基础的综合算法，考虑发电机注入功率以及负荷消 耗功率具有随机性，网络的概率潮流就可以计算出来。这种方法是基于研究风速的分 布，根据风速与风电机组发出有功功率的函数关系，考虑风速的相关性，运用线路网 络的结构分布关系矩阵，并结合卷积积分等一系列数学方法来实现的，通过与蒙特卡 罗模拟算法的比较，验证了该方法的快速性和准确性。本文运用 IEEE30 节点系统和 IEEE118 节点系统，分析了不加载风机时考虑其它各种随机因素对系统潮流的影响， 接着在两种节点系统中载入风电场，比较了风电场载入前后电网电压波动情况和支路 功率变化情况并验证了文中结论。关键词：风电场概率密度函数蒙特卡罗模拟功率曲线二次
3、近似三峡大学硕士学位论文AbstractThe wind generation is a random，intermittent and uncontrollable energy source，the large-scale connection of wind farms with power grid has adverse effect on the safety ofpower system. The probabilistic load flow method can fully taken into account the randomness of wind farm，whic
4、h can give much more useful information for the dispatch departments decision-making and planning.A probabilistic load flow model is proposed and a probabilistie model for wind farms is built in this paper，firstly, the probability density function of the line power and the node voltage in power grid
5、 with wind turbines have been solved by using the Monte Carlosimulation algorithm combined with the power curve of wind turbines, which has been used to analyze the impact of wind farm on the grid. And then, analyzing the probability power flow of the power system with wind farms is based on the app
6、roximation quadratic model of the wind speed and the active power of wind turbines. This method is a integrated algorithm based on mathematical calculations, of which, randomness of generator injected power and load power has also been considered, meanwhile the probabilistie power flow of the networ
7、k can be calculated. This method considering the relevance of wind has been starded with the distribution of wind speed, which has based on the function of wind speed and active power of wind turbine, by employing the correlation matrix of grid structure combined with convolution integral and a seri
8、es of mathematical methods to obtain the studying results. This method is rapidity and accuracy when compared with MCS. Cases Studies of IEEE 30-bus and IEEE 118-bus system are validating the conclusion in thispaper , and analyzing the impact of random elements without wind turbine，after that，loadin
9、g wind farms in both node systems ,the variations of nodal voltages and line flows before and after the connection of wind farms with power grid is compared and analyzed.Key words: wind farmprobability density functionMonte Carlo simulation power curvequadratic approximation三峡大学硕士学位论文目录引言11 绪论21.1 课
10、题研究的背景与必要性21.2 研究现状51.3 课题研究的主要内容82 随机变量102.1 引言102.2 随机变量的性质102.3 几种常见的随机变量分布132.4 本章小结153 基于蒙特卡罗模拟的概率潮流计算163.1 引言163.2 蒙特卡罗方法概述163.3 风速采集以及处理173.4 风机发出功率的分布233.5 蒙特卡罗算法在概率潮流计算中的实现263.6 算例分析273.7 本章小结364基于风机功率二次模型的概率潮流计算384.1 引言384.2 PDF 的变换过程394.3 电网负荷及发电机的 PDF394.4 算例分析394.5 本章小结445结论与展望465.1 结论4
11、65.2 展望46参 考 文 献48后记51附录：攻读硕士学位期间发表的部分学术论著52三峡大学硕士学位论文引言目前，风电机组加入电网的规模越来越大，对电网的影响不容忽视，国内外学者 在概率潮流计算方面做了很多研究，其研究可以分为三个类型：第一种是概率潮流算 法的改进；第二种是算法有效性的研究；第三种是概率潮流的应用及拓展。本文以研 究风电机组发出有功功率概率密度函数为基础，分析风电场出力的随机性对电力系统 的影响，求解电网中线路功率以及节点电压的概率密度函数，并以此作为评估风电机 组的并网所带来的影响的指标。本文以风速与风电机组发出有功的二次函数关系为切 入点，用蒙特卡罗方法分析了风电场载入
12、电网前后，电网中节点电压以及线路功率概 率密度的变化，为了避免复杂的数学模型提高仿真速度，本文还利用风机的功率曲线 的二次近似模型以及卷积等数学技术求解风机注入电网后，电网中各参数的概率密度 的变化。三峡大学硕士学位论文1 绪论1.1 课题研究的背景与必要性能源问题是当今社会讨论的焦点问题，它紧紧的牵绊着国民命脉和社会发展的前 景，从古至今，自上个世纪开始，能源渐渐的全球性的慢慢的有枯竭的趋势，虽然很 多人意识到这个问题，也有很多学者专家在进行相关的研究和学习，但是环境的急剧 恶化如梦魇一般挥之不去。我国的电力发展总存在这样那样的问题，比如发电结构安 排总不尽人意，总所周知，火力发电对环境的污
13、染程度相对来说最严重，但是恰恰我 国发电系统中火力发电在总发电中占的比例相对来说比较大，可想而知，这样的发电 结构就会导致日渐严重的可作为燃料的资源严重缺乏的问题和环境不可逆转的污染 问题跃然纸上。所以寻找开发新能源必然是众势所趋，这种新能源必须是清洁能源， 不能污染环境，在这个能源紧缺的时代，要找出一种可再生能源，风力发电技术是当 前除了水力发电技术外的最成熟、开发规模最大的可再生能源开发利用技术，受到世 界上多数国家的高度重视显然，可再生且清洁的风能当之无愧，总所周知，利用风能 发电不需要燃料相关的高额费用，因此它的发电成本相对比较低廉，所以也属于经济 发电，经济的飞速发展，气候正在全球性
14、的恶化，人们总是习惯使用比较传统的化石 等能源，在过去都忽略了风能，过度频繁的采掘化石能源会导致这些能源的消耗殆尽， 久而久之在丰富的能源也会被人类坐吃山空，并且这些化石能源的燃烧会释放很多对 人体有害的杂志和粉尘，所以必须需有一种新能源来取而代之，探索利用像风能这样 的可再生新能源的设想一提出，就获得了世界各国学者专家的的鼎力支持和并相应地 得以飞速向前发展。况且，我国是为数不多的一个风力资源特别丰富的国家，据研究统计资料介绍， 全球可开发利用的风能为 21010 kW，而我国大陆地区就有 2530105 kW，近年来， 随着国家风电特许权项目以及可再生能源法的正式实施，中国的风电场开发建设
15、 进入了快速发展时期。截至 2008 年底，全国风电总装机容量达到 12153MW，提前实 现了我国 2010 年发展 5000MW 风电的目标。根据中国可再生能源工业协会预测，到 2015 年，全国风电总装机将超过 50GW 由此可见，风能资源的合理开发和利用，无论从经济效益上还是社会效益上都将是巨 大的1。风机发展的速度非常惊人，全球可再生能源发电装机容量中风电占有压倒性优 势，今后可望成为欧洲、亚洲、北美的主要电力来源。 2011 年中国以 62GW 的累计 装机容量蝉联世界第一，按照我国“十二五”规划目标，预计到 2015 年风电装机容 量将达到1108 kW。 有关专家预测，今后 20 年风力发电将成为世界主力电源，2030 年装机容量有可能达到 23108 kW，可供应世界电力需求的 22% 2-5。欧美正大力开发三峡大学硕士学位论文海上风电产业。欧洲是世界海上风电发展的先驱和产业中心，欧洲企业不仅拥有自己 的核心技术，而且还向世界各地输出技术，今后欧洲海上风力发电将急速增长。美国 采取与英国、德国等欧洲厂家相同的战略，大力发展海上风力发电。
