計及相關(guān)性的含風(fēng)電場和光伏電站電力系統(tǒng)可靠性評估.pdf

1、隨著世界經(jīng)濟的快速發(fā)展，以及近年來環(huán)境污染的加劇，氣候資源開發(fā)利用，特別是對風(fēng)能、太陽能等可再生能源的開發(fā)利用，成為可持續(xù)發(fā)展的能源戰(zhàn)略決策之一。風(fēng)能與太陽能開發(fā)利用的巨大潛力推動著風(fēng)電場和光伏電站的大規(guī)模建設(shè)，由于風(fēng)能與太陽能的隨機性和間斷性特點，使得風(fēng)電場和光伏電站對電力系統(tǒng)可靠性產(chǎn)生與常規(guī)能源不同的影響。因此，研究風(fēng)電場和光伏電站對電力系統(tǒng)可靠性的影響，對實際電力系統(tǒng)規(guī)劃具有重要的理論指導(dǎo)意義和實際應(yīng)用價值。
　　隨著風(fēng)電場

2、和光伏電站數(shù)量的增加以及容量的增大，迫切需要建立更加準確的風(fēng)電場和光伏電站的可靠性模型。本文首先對風(fēng)電場風(fēng)速的概率分布模型進行了研究，提出了一種風(fēng)速的非參數(shù)核密度估計模型，并且提出了兩個多變量相關(guān)性模型，并將它們分別應(yīng)用于含風(fēng)電場的發(fā)電和發(fā)輸電系統(tǒng)可靠性評估，以及含風(fēng)電場和光伏電站的發(fā)輸電系統(tǒng)可靠性評估中。
　　風(fēng)電場風(fēng)速概率分布描述了風(fēng)能資源的統(tǒng)計特性，是風(fēng)電場規(guī)劃和可靠性評估的基礎(chǔ)。本文提出了一種基于非參數(shù)核密度估計的風(fēng)速概率

3、分布模型。該模型不需要風(fēng)速概率分布的任何假設(shè)，因而不需要評估概率分布的特性參數(shù)?；诰哂胁煌撕瘮?shù)的兩個非參數(shù)核密度估計函數(shù)之間的均方積分誤差最小的原理，提出了一種計算該模型中最優(yōu)帶寬的方法?；谑畟€風(fēng)電場的實際風(fēng)速數(shù)據(jù)，考查了已有學(xué)者提出的十個傳統(tǒng)參數(shù)分布函數(shù)和該模型的適用性。進行了兩個統(tǒng)計量的擬合優(yōu)度，風(fēng)速數(shù)據(jù)離散分布和理論概率密度分布之間的均方根差，分布模型與實際風(fēng)速直方圖直觀上的匹配水平等方面的對比分析。這些統(tǒng)計量檢驗和后驗檢驗

4、表明，風(fēng)速的非參數(shù)核密度估計模型比傳統(tǒng)參數(shù)分布模型有更好的適用性。
　　隨著風(fēng)電場的建設(shè)，一個地區(qū)常常出現(xiàn)多個風(fēng)電場接入電力系統(tǒng)。距離較近的風(fēng)電場風(fēng)速之間存在相關(guān)性。因此，在對含多個風(fēng)電場的電力系統(tǒng)進行可靠性評估時，模擬多個風(fēng)電場的風(fēng)速樣本應(yīng)該考慮風(fēng)電場風(fēng)速之間的相關(guān)性，風(fēng)電場風(fēng)速之間的相關(guān)性經(jīng)常采用線性相關(guān)矩陣來表達。本文提出了風(fēng)速變量服從任意概率分布的風(fēng)電場風(fēng)速改進相關(guān)性矩陣模型。該模型首先將非正態(tài)風(fēng)速分布的相關(guān)矩陣轉(zhuǎn)換成一個

5、正態(tài)分布的相關(guān)矩陣，然后通過隨機抽樣產(chǎn)生滿足這個正態(tài)分布相關(guān)矩陣的正態(tài)變量，最后通過反變換法將正態(tài)變量轉(zhuǎn)換成服從原非正態(tài)分布相關(guān)矩陣的風(fēng)速變量。該模型消除了目前被廣泛使用的傳統(tǒng)相關(guān)矩陣法中要求正態(tài)分布的假設(shè)。同時把該模型應(yīng)用于含風(fēng)電場發(fā)電系統(tǒng)可靠性的蒙特卡洛模擬過程中。算例表明：與傳統(tǒng)相關(guān)矩陣法相比，所提出的模型和方法能更好地表達風(fēng)電場風(fēng)速之間的相關(guān)性，提高了含風(fēng)電場的發(fā)電系統(tǒng)可靠性評估精度。
　　在含多個風(fēng)電場的電力系統(tǒng)中，大多

6、數(shù)情況下線形相關(guān)性很好地表達了風(fēng)電場風(fēng)速間的實際相關(guān)性。但是某些情況下，風(fēng)速之間可能包含非線性的相關(guān)結(jié)構(gòu)，發(fā)展能處理非線性相關(guān)性的多風(fēng)電場風(fēng)速相關(guān)模型是必要的。本文建立了一種基于Copula函數(shù)的多元風(fēng)速相關(guān)性模型。該模型的特點是把風(fēng)速變量邊緣分布和風(fēng)速變量間的相關(guān)結(jié)構(gòu)分開表達。該模型通過分步參數(shù)估計法分別估計出邊緣分布的參數(shù)和各個常用Copula函數(shù)中的參數(shù)，然后通過經(jīng)驗Copula函數(shù)與理論Copula函數(shù)之間的最小歐式距離來選擇最

7、優(yōu)Copula函數(shù)，最后用這個最優(yōu)Copula函數(shù)通過一種條件抽樣法來產(chǎn)生相關(guān)風(fēng)速樣本。并把該模型應(yīng)用于含風(fēng)電場發(fā)輸電系統(tǒng)可靠性評估的蒙特卡洛模擬過程中。算例表明：與傳統(tǒng)相關(guān)矩陣法相比，用Copula函數(shù)法產(chǎn)生風(fēng)速數(shù)據(jù)時，可以更好地保持歷史風(fēng)速數(shù)據(jù)的概率分布特性，基本統(tǒng)計量以及相關(guān)結(jié)構(gòu)。兩種方法分別應(yīng)用于含多個風(fēng)電場的發(fā)輸電系統(tǒng)可靠性評估中，結(jié)果表明：傳統(tǒng)相關(guān)矩陣法會造成對系統(tǒng)可靠性指標的過低估計。
　　目前隨著我國大型光伏電站的

8、建設(shè)，和大型風(fēng)電場一樣，一些光伏電站也已經(jīng)陸續(xù)接入電力系統(tǒng)中。所以需要對同時含有風(fēng)電場和光伏電站的電力系統(tǒng)進行研究。在同時含有風(fēng)電場和光伏電站的發(fā)輸電系統(tǒng)中，其可靠性決定于多個因素，包括風(fēng)電場風(fēng)速和光伏電站光照的概率分布函數(shù)，可再生能源的滲透水平，以及風(fēng)電場風(fēng)速、光伏電站光照和節(jié)點（或地區(qū)）負荷之間的相關(guān)性等。本文把改進相關(guān)矩陣法擴展并建立了模擬風(fēng)電場風(fēng)速、光伏電站光照和節(jié)點（或地區(qū)）負荷之間相關(guān)性的模型。算例表明：在含風(fēng)電場和光伏電站