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计及时序运行特性的风火电打捆系统规划模型

马英浩  
【摘要】:可再生能源开发和利用已成为世界各国共同关注的问题,更是我国稳定、可持续发展,实现全面小康社会的重要课题。在我国,风电作为主要可再生能源,发展迅猛。但是,我国风能主要集中在经济欠发达地区,系统规模小、调峰能力有限,严重限制风电的有效开发和利用,甚至出现弃风现象。结合我国风能及其他一次能源与负荷逆向分布的特性,建设风火电打捆系统,利用火电补偿风电波动,是实现大规模风电消纳、优化能源结构的有效手段。本文部分内容受国家自然科学基金项目(51377178)资助。从风电基地电源侧着手,充分考虑大规模风电波动时系统的时序运行特性,对多风电场与火电打捆系统优化规划问题进行研究。针对风火电打捆系统的时序运行特性,对风火电打捆系统中多风电场优化规划、打捆系统运行灵活性和配套火电机组计划检修进行研究。建立多风电场与火电打捆系统单阶段和多阶段规划模型,并通过计及运行灵活性的打捆系统优化运行,在打捆系统优化规划中充分计及时序运行特性。由于风速的时序相关性和风机的尾流效应,多风电场风机布局除影响风电发电量外,也会影响风电出力的波动特性。本文建立计及风电波动性和互补性的多风电场双目标优化规划模型,优化风电场规划容量及风电机组位置。充分考虑风电的波动特性和不同风电场风能之间的互补性,在保证风电发电量的前提下,降低风电波动及风电并网对系统运行的影响。提出风电波动风险函数,量化风电波动对打捆系统运行的影响。采用基于均匀设计的两阶段遗传算法对模型求解。并计及运行特性,基于规划方案与配套火电构成打捆系统运行成本,确定多风电场规划最优解。算例表明,本文模型牺牲很小的风电发电量,就能显著降低风电波动,提高打捆系统运行经济性。运行灵活性不足是限制风电有效并网的重要因素之一。本文建立了计及运行灵活性的多风电场与火电打捆系统优化规划模型。基于风电波动概率特性,提出打捆系统运行灵活性指标及评估方法。为了在打捆系统规划中考虑系统灵活性和时序运行特性,建立计及运行灵活性的打捆系统优化运行模型,并作为子问题嵌套到打捆系统规划模型中,确定多风电场和配套火电机组的最优规划方案。结果表明:风火电打捆系统向上灵活性资源不足是导致打捆系统灵活性不足风险的主要原因;本文计及运行灵活性的打捆系统优化规划模型能考虑火电机组灵活性的影响,使火电机组构成更加合理、有效。为了保持输送功率恒定或小范围波动,打捆系统中火电机组需补偿风电波动,运行工况复杂。对火电机组进行预防性检修是改善机组运行状态,保持系统经济、安全运行的有效手段。本文提出计及火电机组检修的多风电场与火电打捆系统优化规划模型。模型包含:上层打捆系统优化规划子问题和下层运行模拟子问题。上层优化规划产生决策方案。下层运行模拟:首先,利用提出的计及风能时序概率特性的风火电打捆系统机组检修方法,以打捆系统年运行成本最小为目标,确定火电机组最优检修计划;其次,利用计及运行灵活性的打捆系统优化运行计算系统年运行成本,指导投资决策。结果表明:打捆系统中火电机组检修安排,主要受风能的时序分布和机组可靠性变化影响;打捆系统规划中,输送功率随检修容量适当降低能提高系统经济性。大规模风电基地往往包含多个风电场,分多阶段依次建设投产。本文基于全寿命周期成本建立多风电场与火电打捆系统多阶段优化规划模型,协同优化各阶段规划风电场及其容量、风机布局及配套火电,并充分考虑打捆系统时序运行特性、运行灵活性和火电机组检修。模型分两个步骤求解。首先,只优化每一阶段建设风电场和配套火电,利用随机生产模拟方法计算系统运行成本,得到潜在规划解集。其次,对潜在规划解集中各阶段多风电场规划方案进行双目标优化规划,确定风电场容量和风机位置;考虑系统时序运行特性、运行灵活性和火电机组检修,计算打捆系统总收益。结果表明:在资金允许情况下一次性投资、协同规划多风电场能提高风电发电量,并降低风电波动;打捆系统中波动和间歇的风电占比较高,在规划模型中考虑时序运行特性,可提高规划结果的准确性。


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