考虑节能减排的含风电场的机组组合优化毕业论文

CHANGSHA UNIVERSITY OF SCIENCE Weibull distribution function; Unit commitment optimization; improved particle swarm optimization考虑节能减排的含风电场机组组合优化目录1 绪论 .11.1 研究背景及意义 .11.1.1 风能发电的意义 .11.1.2 机组组合优化的研究意义 .21.2 国内外风力发电发展现状 .21.2.1 国外发展现状 .21.2.2 国内发展现状 .31.3 课题研究现状 .51.3.1 风电的模型建立 .51.3.2 风电并网对旋转备用容量的影响 .61.3.3 风电场的机组组合优化方法 .61.4 本论文的主要工作 .72 风电随机性的建模和机组组合问题 .82.1 风力发电的特性 .82.1.1 风力发电的随机性 .82.1.2 风力发电对电网的影响 .92.2 风电出力的预测模型 .102.2.1 风速的预测 .102.2.2 风力发电的功率预测 .112.2.3 风力发电功率的模型 .122.3 传统的机组组合优化 .132.3.1 火电机组的耗量特性 .132.3.2 火电机组的启停成本 .152.3.3 机组启停优化的影响因素 .162.4 本章小结 .173 机组组合优化问题算法求解 .18考虑节能减排的含风电场机组组合优化3.1 机组组合优化问题的算法概述 .183.2 基本粒子群算法 .193.2.1 粒子群算法的原理 .193.2.2 粒子群算法求解步骤和流程图 .203.2.3 粒子群算法的参数分析 .223.3 粒子群算法的改进 .223.3.1 粒子群算法参数的改进 .233.4 本章小结 .234 含风电场机组组合优化的求解 .244.1 含风电场的机组组合优化模型 .244.1.1 目标函数 .244.1.2 约束条件 .244.2 算例分析 .264.2.1 系统参数 .264.2.2 优化结果分析 .284.3 本章小结 .30总结和展望 .31参考文献 .33致谢 .35附录 .36考虑节能减排的含风电场机组组合优化第 1 页 共 39 页1 绪论1.1 研究背景及意义1.1.1 风能发电的意义目前，传统的火电发电机组消耗大量的煤炭一次能源，导致如今的全球煤炭一次能源的存储量越来越少。同时由于一次能源煤炭的燃烧，会产生许多污染气体，导致过度的全球环境的污染。据统计，在过去 10 年里，我国 CO2 排放总量从 59.8 亿吨上升到 97.6 亿吨，排放量占全球的 28%，消耗的一次能源从23.6 亿吨标准煤上升到 42.6 亿吨标准煤，其总量已经比美国和欧盟碳排放之和还要多。可以看出，我国当今环境污染和能源消耗的问题，更突出节能减排的重要性，认真贯彻节能减排的政策是当务之急。风能是一种绿色无污染的新能源，同时也是我国如今最有发展潜力的新能源之一。大力开发和利用风能发电，能有效的减少煤炭一次能源的消耗量，同时也减少了污染气体，如 SO2、CO 2 的排放量，缓解全球环境污染的问题。根据发改委能源研究所所发表的研究报告2050 年高比例可再生能源发展情景暨路径研究 ，要达到在 21 世纪 30 年代末之前非化石能源的占比达到20%的目标，以风电 2200 小时为基准和全社会用电量年增长 6%推算，2030 年风电装机要达到 11 亿千瓦。加上到我国的经济发展形势已进入新常态，电量增长将趋于稳定，例如考虑 2015 年的电量增长预期，将增长电量的速率比例将由6%降低到 1%，则至少要在 2030 年之前，风力发电机组的装机容量要达到 5 亿千瓦左右 。由此可以表明，我国对风电的使用量是非常大的。因此，大力开发风力发电对于我国的能源缺乏和环境污染的问题解决具有巨大的作用。但鉴于风力发电所具有随机性和波动性，使得在一定的周期内（一般为 24h）的机组开停机调度问题变得愈加的困难，所需要考虑的约束条件相比于传统的火电机组的机组组合来说，也更复杂, 给电网运行带来极大挑战 1-2。由此可以知道，风力发电由于其环保无污染的优势，势必会在未来中占据着不可缺少的地位。所以，由于风力发电其本身所具有的随机性，必须要考虑风电场的并网对传统的火电机组的机组组合优化的影响。同时，不仅要在机组组合优化中考虑经济性，也还要考虑其环保性，尽量使得火电机组的排放的污考虑节能减排的含风电场机组组合优化第 2 页 共 39 页染物达到最少，响应当前国家节能减排的政策。1.1.2 机组组合优化的研究意义为了保证电力系统的功率平衡，节约煤炭的消耗量，在安全约束条件下提高整个电力系统的发电效率，需要预先精确规划未来一段时间内的机组开停机顺序和各台发电机组所要承担的负荷是很有必要。而机组组合优化，是一个将每个调度时段（一般将每天的划分为 24 个时段，每个时段为 1h）的总负荷分配给所参与发电计划的机组，使得在每个调度时段所消耗的煤炭一次能源最少，达到经济性的要求的问题。所以，机组组合通常是由两个方面来考虑，一是根据预测的负荷值，来确定参与发电出力的机组的数量；二是在确定了发电机组的数量后，如何合理的安排的每台机组需要承担的负荷值，使得在一个调度时段内，所消耗的煤炭量最少 3。1.2 国内外风力发电发展现状1.2.1 国外发展现状根据全球风能理事会（GWEC）统计，相比较于 2012 年 45GW 新增装机容量，2013 年全球风电年新增总装机容量减少了 22%。值得注意的是，这是全球从过去的 18 年以来，风电新增装机容量第一次下降,也是首次风电新增装机容量比光伏发电少。全球累计装机容量达到 318.12GW，同比增长 12.5%。虽然这一增长相比过去 10 年的 21%的平均增长率小了许多，但是在目前全世界经济仍旧萧条的环境里，在制造行业中风电累计装机的年增长率仍然排在前列。其中，到 2013 年底，全球风电累计装机容量排名如下图 1.1 所示