毕业设计（论文）-分布式发电系统不确定性分析.doc

毕业设计（论文）学院辽宁科技大学成人教育学院专业电气工程及其自动化年级姓名指导教师2010年6月15日分布式发电系统不确定性分析学生姓名学院名称辽宁科技大学成人教育学院专业电气工程及其自动化学号01指导教师摘要随着分布式电源在电力系统中所占比例的不断扩大，研究分布式发电对系统稳定运行的影响势在必行。然而分布式发电的有功出力受自然条件的影响很大，例如风力发电和太阳能发电，其出力随着风速和光强的变化而变化。本文采用区间潮流计算方法解决分布式发电系统中的不确定性问题。重点给出在风力发电系统中，由于风速的不确定性，导致系统随机出力的变化。文中系统给出了风速变化曲线、风速概率分布模型以及描述风机风速功率的曲线。通过对分布式发电系统随机出力的分析，从而得出母线系统电压的变化区间。由于风速的随机波动性，风能的预测不会非常精确并有一定的误差。区间方法是处理不确定性问题的有效方法。它具有严密的理论基础，能够确保包含了在给定参数变动范围内的系统方程的所有解，而决不会漏落。可以通过风电场的潮流计算，用于分析风机出力不确定性对系统稳态运行的影响。关键词：分布式发电，区间潮流，随机出力，风速，不确定性ABSTRACTAstheproportionofdistributedgeneration(DG)inpowersystemsisincreasing,itbecomesnecessarytostudytheinfluenceofDGonthestableoperationofsystems.However,theactivepoweroutputofDGdependsalotonnaturalconditions.Forexampleinwindpowergenerationandsolarpowergeneration,theactivepoweroutputvarieswiththewindspeedandlightintensity.Theintervalpowerflowcalculationmethodisusedinthispapertosolvetheuncertainproblemsindistributedgenerationsystem.Emphasisisputonthevariationofactivepoweroutputresultedfromtheuncertaintyofwindspeedinwindpowergenerationsystem.Windpowervariationcurve,windpowerprobabilitymodel,andwindspeed-powercurvearealsointroducedinthispaper.Therandomactivepoweroutputindistributedgenerationsystemisanalyzedbeforethevariationregionofbusvoltageisobtained.Becauseofthevolatilityofwindspeed,thepredictionofwindpowercannotbeveryaccuratewithouterror.Theintervalmethodisaneffectivemethodtohandleuncertainproblemslikethis.Ithasrigidtheoreticalbasis,whichcanassuretheattainmentofallsolutionsofthesystemequationwithinparametervariationregionwithoutomission.Thustheanalysisoftheimpactoftheuncertaintyofactivepoweroutputofwindpowergeneratoronthesystemstableoperationcanbeachievedthroughthepowerflowcalculationofwindfarms.Keywords:distributedgeneration(DG)；intervalpowerflowcalculation；randomactivepoweroutput；windspeed；uncertainty辽宁科技大学成人教育学院毕业设计（论文）1目录第一章绪论.11.1引言.11.2国内外发展状况.21.3本文研究的主要内容.31.4本文的主要工作.3第二章分布式发电.52.1分布式发电的定义.52.2分布式发电的分类.52.3分布式发电的意义.82.4分布式发电对电力系统的影响.82.4.1分布式发电对电力系统电压的影响.82.4.2分布式发电对电能质量的影响.92.4.3分布式发电对继电保护的影晌.9第三章分布式发电的不确定性模型.113.1风力发电系统的不确定性模型.113.1.1风电场建模.113.1.2风速变化曲线.123.1.3风速概率分布模型.133.1.4风机风速功率曲线.143.2太阳能光伏发电系统的不确定性模型简介.16第四章分布式发电系统不确定性分析的方法.184.1区间数学和不确定性的区间分析方法.204.2风机出力不确定性的区间描述.214.3算例分析.214.4风速变化不确定性对风电场潮流的影响.26第五章结论.27参考文献：.28致谢辽宁科技大学成人教育学院毕业设计（论文）1第一章绪论1.1引言目前，世界范围内大多数的用电是由集中式发电厂(或称中心电厂)发出，然后经过高压电网传输后接人用户的，但是分布式发电(DG)技术以其独特的优势得到了越来越广泛的应用。比如用户采用分布式发电技术来确保高供电可靠性，作为应急用电甚至在某些情况下取代昂贵的高压输电网供电，电网所有者也会使用分布式发电系统来延缓对电网扩容的投资等。因此，为了满足我国经济高速发展的需要，在已建中心电站及电网的基础上，大力发展分布式发电技术将是电力系统未来发展的必然趋势。分布式能源技术是未来世界能源技术的重要发展方向，它具有能源利用效率高，环境负面影响小，提高能源供应可靠性和经济效益好的特点。分布式发电接入配电网后，辐射式的网络将变为遍布电源和用户互联网络，潮流也不再单向地从变电站母线流向各负荷，配电网的根本性变化使得电网各种保护机理与定值发生了深刻变化1。对我国而言，随着我国能源结构的调整，风电日益得到重视，并制订了有关政策支持风电的快速发展，其发电成本已得到大幅下降，风电已成为可再生能源中发展最快的、最具有发展前景的一种发电方式。但是受风力资源随机变化的制约，风力发电不能提供连续稳定的电力，对电力系统而言，风电场始终是一种不可靠的电源。风能具有间歇性、随机性和不可调度性的缺点，随着风电机组单机容量和风电场规模的增大，迫切需要研究大型风电场并网后对电力系统的影响。含风电机组的潮流计算常用于评估风电机组并网后对电网稳态运行的影响，同时也是分析风电场对电网稳定性影响等其他理论研究工作的基础。含风电场的电力系统潮流计算的关键是如何正确处理异步风力发电机组。不确定性分析在电力系统的许多领域，例如潮流计算、可靠性计算、网络规划、稳定性分析等已开始受到关注。其中，处理不确定性问题一直是电力系统潮流计算的难点之一。目前能够考虑不确定性的潮流算法主要有3种：随机潮流法，利用概率的方式处理随机的信息；模糊潮流法，利用模糊数学处理外延不确定的信息；区间潮流法，利用区间数学和区间分析方法处理外延明确、内涵不明确的信息2。由于电力系统中采用的模型是近似的，模型的参数也是近似的，尤其在配电系统中，采集到的是大量不确定性的信息，为表达和处理配电系统中的不确定性信息，本文提出了不确定性潮流算法，其假设系统母线的功率需求在给定区间上是不确定的。因此，本次毕业设计讨论的分布式发电系统的不确定性，从风速的不确定性考虑区间潮流分析。辽宁科技大学成人教育学院毕业设计（论文）21.2国内外发展状况自上个世纪90年代以来，可再生能源发展迅速，世界上许多国家都把可再生能源作为能源政策的基础分布式发电的发展已经成为各国可持续发展的标尺。从世界可再生能源发展来看。风能、太阳能和生物能发展最快，前景最好。1.国外分布式发电的发展状况2006年，德国利用风能、水力、太阳能、沼气和地热等可再生能源发电，供热共2000亿KWh占能源供应市场份额的7.7%，可满足超过1000万家庭的日常用电。自20世纪90年代以来，德国政府就对风力发电非常重视。据统计到2005年德国的风电装机总量为18430MW，位居世界第一位。近几年来，德国的风电装机平均以每年33%的速率增长。丹麦是世界上公认的将经济发展、资源消耗和环境保护三方面有机结合的典范，是实现了可持续发展的国家。自1990年以来，丹麦的大型发电厂容量没有增加，新增电力主要依靠安装在用户侧的，特别是工业用户和小型区域化的分布式发电和可再生能源项目提供的，热电发电量占总发电量的61.6%。同时，丹麦是使用风力发电最早的国家之一。到2005年。丹麦的风电装机容量为3120MW，列世界第五位。2.国内分布式发电的发展状况近年来我国政府高度重视可再生能源的开发利用，把加快发展风能、太阳能生物能等可再生能源作为“十一五”时期能源发展的一项重要任务。“十五”期间，中国的风电装机容量达到1260MW，位居世界第八位。2005年中国发电设备容量规模取得历史性突破，其中风电投产发电设备容量超过了500MW，但也只是占全国发电容量的0.2%，可见风电发电设备容量所占比例还是很低。国家发改委对于风能发展目标是2020年装机发电容量达到30GW，并在2030年达到100GW，届时风能发电将超过核能发电成为中国第三大主要发电电源。3.分布式发电未来研究的方向分布式发电未来研究的重点集中在分布式发电对电力系统的影响。独立发电系统容量不太稳定，电能质量不佳，调节能力有限，投资成本较高，为了优化电力结构和方便统一调度，并网发电已是大势所趋。为了不影响电网的质量，必须保证使发电系统的输出电压与电网电压在频率、相位和幅值上保持高度一致，而且发电系统和电嗣间功率能够双向调节。这就牵涉到功率因数较正、大功率变换以及高稳定性系统设计等技术，这正是当前各个国家研究的热点，也是我国国内新能源发电技术中最薄弱的环节之一3。目前，国外单向功率变换技术已经基本成熟，三相大功率变换技术则还有很多值得研究的问题，如具有高效率的系统主电路结合设计、低损耗的软开关技术以及单位功率因数的实现技术等。此外，采用新的算法建立分布式发电的等值模