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风水微网运行优化与指标评估

张天遥  
【摘要】:水电和风电等清洁能源在电力系统中占有重要比重,但风电的不稳定性和水电调度复杂性,导致电力系统综合效率不高,水电缺乏合理调度规划,各类电源互补互济不足等深层次矛盾日益凸显,亟待统筹优化。对此,本文选取实际风电工程作为新能源消纳目标,构建兆瓦级风水微网,利用水电机组灵活调度能力使混合系统快速平抑风电波动、追踪负荷供电曲线,实现电网对新能源的快速消纳,以提高电力系统综合效率。论文的主要研究内容可概括为风水微网模型构建、风水微网工作特性评估、风水微网运行优化三方面。具体如下:(1)模块化构建风水微网模型,为研究风水耦合出力特性提供模型基础。以实际工程案例中的风力发电系统为消纳目标,构建风水微网模型,主要包含风力发电系统、水力发电系统和调节控制平台,并分别对风电、水电模型进行模拟仿真。结果表明:风力发电系统模型出力特征与实际工程契合,模型具有一定工程普适性;水力发电系统模型具有快速工况转换能力,可调节外部风能等负荷扰动,构建的风电和水电模型均实现对其实际工作特性的描述。(2)分析风水微网在追踪负荷输出模式下的出力特性。首先设计水轮机自适应调度优化算法,参考案例拟合适用于风水微网的四季日负荷供电曲线,其次评估风水微网在各季节典型日风速波动影响下,系统追踪日负荷供电曲线的能力,最后利用小时尺度评估指标量化风水微网追踪负荷曲线性能。结果表明:风速波动对风水微网追踪负荷曲线性能影响较大,系统在算例地区春季典型日追踪负荷性能低于其他季节20%左右。(3)分析风水微网在平滑功率输出模式下的出力特性。首先建立六种短时风速波动模型并作用于风力发电系统,分析风电出力波动时水电调节阈值,其次构建分秒级短时尺度出力评估体系,最后将短时风速波动模型作用于风水微网,以指标量化风速波动对系统出力稳定性的影响。结果表明:短时风速波动会导致系统在一定时间内无法保持额定出力,其中中风速段突增对系统出力稳定性影响最大,高风速段突降对系统出力影响最小,为影响最大值的18%,可利用水电调节能力快速抑制波动,使系统出力恢复稳定。(4)对风水微网中风电和水电分别进行优化,对水电优化调度可靠性,设计调度优化算法使水电自适应追踪负荷曲线,以充分发挥水轮机快速调节能力,结果表明:优化方案可实现水电一天内的自适应调度需求,风水微网并未出现供电不足情况。对风电优化出力稳定性,利用前馈-模糊控制器代替PI控制器,以获得更好的控制效果,结果表明:优化后的前馈-模糊控制器能使永磁同步风机在变桨距阶段出力稳定性优化约33%。


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