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风火电打捆发输电系统优化规划研究

董吉哲  
【摘要】:日益严峻的能源与环境问题使得世界各国都在大力发展可再生能源。风能,作为一种分布广泛的可再生能源,其开发和利用已受到越来越多的关注。近年来,随着国家能源政策的调整、风机技术的成熟及装机成本的不断降低,风电在我国已进入大规模开发阶段。然而,由于风电出力的随机性、间歇性和不可控性,大规模风电并网会对电力系统安全稳定运行产生重要影响。考虑到我国能源资源的地理互补条件(即风能资源丰富的地区多位于或临近煤炭资源储量丰富的地区)以及能源资源与负荷中心呈远距离逆向分布的特点,建设风火电打捆系统是一种既能解决大规模风电并网,又能保证负荷中心功率需求的可行规划方式。本文针对风火电打捆发输电系统规划问题,在风火电系统联合协调调度模拟,风火电打捆系统输送功率建模,打捆发电、发输电系统优化规划及求解算法等方面进行了相关研究和探索。分析风火电打捆系统补偿原理,并据此建立以单位发电成本为目标函数,以系统补偿能力、火电机组安装容量等为约束条件的风火电打捆发电系统优化规划模型。结合模型特点,设计基于模拟退火算法的模型求解算法,并进行算例分析。结果表明:由于火电机组固有运行约束的限制,打捆系统中火电机组的规划容量需大于风电机组的规划容量。建立含时序运行约束的风火电长期协调调度模型以模拟打捆系统长期运行行为并较精确地计算系统运行成本。根据系统不同运行要求或补偿目标,提出多种功率输送模式。通过分析打捆系统成本与火电机组装机数的变化规律,结合长期协调调度模拟模型,建立基于机组组合的风火电打捆发电系统优化规划模型。给出调度模拟模型和优化规划模型的求解算法,并根据算法及待求解问题特点设计不可行状态的初始判断、树枝保留技术等算法加速技术。算例分析表明:对某一风电场,不同的火电机组配置方案、不同输送功率模式会产生不同的运行成本、投资成本和维护成本;大容量机组有较好的耗量特性,为系统中的主要规划类型。建立包含内、外双层优化的基于交流传输的风火电打捆发输电系统优化规划模型。在内层优化部分,分析风火电打捆系统基准输送功率对规划方案单位发电成本的影响,并据此设计框选搜索法确定最优基准输送功率及相应火电机组规划方案。在外层优化部分,应用遗传算法求解打捆系统中最优风电及交流输电系统规划方案。对两系统进行算例分析,结果表明:风电机组规划方案、配套火电机组规划方案、基准输送功率选择及功率输送模式会引起打捆发输电系统单位发电成本的变化。当采用大容量火电机组、高电压等级输电系统和分段波动功率输送模式时,打捆发输电系统的单位发电成本最小。根据基于直流传输的风火电打捆系统持续出力特性,确定打捆系统规划的约束条件,给出系统运行成本和送、受端电量计算方法,并据此建立基于直流传输的风火电打捆发输电系统优化规划模型。利用该模型分别对风火电打捆规划、单一能源规划等不同规划方式进行算例分析。结果表明:相比于纯火电规划,风火电打捆规划由于含无燃料成本的风电且对受端电网影响较小,是较为合适的规划方式;打捆系统中火电机组的单机容量会影响系统的单位发电成本。


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