面向韧性提升的含风电并网电力优化调度方法
随着极端天气事件愈加频繁地发生，电力系统的安全性和稳定性正面临巨大的挑战。传统的可靠性研究已不能满足系统充裕度和安全性的要求，系统韧性的概念应运而生。同时，为达到碳达峰、碳中和的既定目标，电力系统朝着以大规模新能源并网的方向发展。这固然可以减少温室气体的排放，促进能源的绿色发展，但在遭遇风暴时可能会出现如大范围风机停机的情况。现有的基于可靠性的调度策略难以应对该情况导致的大量电能供给缺额，对电力系统形成了新的威胁。基于上述背景，建立面向韧性提升的含风电并网电力优化调度方法已经迫在眉睫。 为了提高风电渗透率、降低系统的总调度成本和环境排放成本，同时满足电力系统运行的经济性和安全性要求，本文通过厘清韧性的定义、评估和提升的原理，提出了面向系统韧性提升的实时调度方法；并基于前者提出的模型，结合分析拓扑严重性的方法，构建考虑风电并网的多时段优化调度方法。本文的主要内容和研究结果如下： （1）厘清了韧性的定义，韧性是用来描述系统抵御极端干扰的能力。由于韧性评估是韧性策略研究中的重要基础，评估系统在提升韧性前后的表现可以更有针对性地制定调度计划和评价提升措施的有效性。因此，本研究提出了适用于极端天气的电力系统韧性评估体系。该体系大致划分为生成故障场景、分析系统状态和统计韧性指标三个过程。具体地，阐述了组件的脆弱性曲线，通过历史数据的拟合可以得到组件的脆弱性函数；使用蒙特卡洛抽样方法可以模拟极端天气导致的组件故障场景；接着利用潮流计算模型分析系统当前状态；最后结合五个韧性指标，定量分析通过潮流计算得到的韧性水平。 （2）厘清了韧性提升的原理，从电力系统最基本的组成入手，把发电机出力重新分配、最优传输开断技术与切负荷操作相结合，同时将与级联故障的发生概率密切相关的潮流熵设置为惩罚函数，切负荷操作换算为成本效应。将切负荷成本、发电成本和两个惩罚项成本数值相加作为优化模型的目标函数，使用直流最优潮流计算方法建立了面向韧性提升的实时调度模型。并利用含分支定界法和启发式算法的Gurobi求解器求解该模型。实例分析表明，设立与潮流熵相关的惩罚项，并且结合最优传输开断技术，可以更好地减少切负荷量、电网潮流的不均匀性和线路负载率，获得更好的韧性性能。 （3）首先建立了风电机组出力模型和停运模型，介绍了三种连通性分析和三种针对不同孤岛状况的处理方式。然后阐述了最优传输开断技术的局限性，并提出一套用于模拟故障传播的分析方法和评价拓扑严重性指数的计算方法，筛选出最优的线路调度策略。基于上述涉及的体系和模型，构建含风电并网的多时段优化调度模型。最后，使用算例证明了该调度方法在时间和空间层面提高了含风电并网的电力系统韧性，并且得出要根据当地电网和气候设计风电渗透率上限的结论。 本文所提出的两种电力优化调度方法都可以更好地提高系统的韧性，当通过调用目前有限的资源就能满足韧性和电力供应安全的需求时，就能直接减少火电备用机组开启的频次，使得系统进一步地减排降碳。该方法也可以更充分地消纳风能，有助于推动风力发电所取代常规燃煤发电、降低风电并网的安全风险，从而助力“碳达峰、碳中和”目标的实现。
极端天气事件;风电并网;减排降碳;韧性评估;优化调度
广东工业大学
硕士
环境工程
谭倩;周雅;范存祥
2021
中文
TM614
2021-10-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）