潮汐流能發(fā)電機(jī)組及集電系統(tǒng)的規(guī)劃方法研究.pdf

1、近年來，為應(yīng)對(duì)全球日趨嚴(yán)峻的能源危機(jī)及環(huán)境污染問題，可再生能源得到了持續(xù)快速的發(fā)展。潮汐流能發(fā)電(TCG，Tidal Current Generation)技術(shù)作為一種綠色環(huán)保、開發(fā)潛力巨大的海洋能利用形式得到了世界各國(guó)的高度重視。隨著MW級(jí)潮汐流能發(fā)電機(jī)組(TCT，Tidal Current Turbine)的成功研制以及商業(yè)化潮汐流能發(fā)電場(chǎng)的成功并網(wǎng)，TCG更大規(guī)模的開發(fā)利用也迎來了春天的曙光。
　　潮汐流能發(fā)電場(chǎng)(TCF，T

2、idal Current Farm)通常由TCTs、箱式變壓器、集電系統(tǒng)(ECS，Electrical Collector System)、海上變電站和海底高壓輸電系統(tǒng)等組成，最后通過岸上變電站并入電網(wǎng)。其中，TCT是將潮汐流能轉(zhuǎn)換為電能的核心設(shè)備，它的數(shù)量和布局直接關(guān)系到TCF輸出電能的多寡；而ECS的電纜選型、拓?fù)湟?guī)劃與它的建設(shè)、運(yùn)行成本之間又存在著較強(qiáng)的耦合關(guān)系。因此，TCT布局及ECS的合理規(guī)劃對(duì)潮汐流能的規(guī)?；_發(fā)利用至關(guān)重要

3、，其不僅關(guān)系到建設(shè)資金的利用效率，更是決定TCF長(zhǎng)期盈利能力的關(guān)鍵因素。
　　本文在國(guó)家自然科學(xué)青年基金項(xiàng)目“潮汐流能發(fā)電機(jī)組和集電系統(tǒng)的統(tǒng)一協(xié)調(diào)概率規(guī)劃方法研究”(51607014)以及中央高校項(xiàng)目“含潮汐流能電力系統(tǒng)概率可靠性評(píng)估方法研究”(106112015CDJXY150002)的資助下，對(duì)TCT布局以及ECS的規(guī)劃方法展開研究，具體內(nèi)容如下：
　?、籴槍?duì)現(xiàn)有研究未能計(jì)及潮汐流速規(guī)律特性、以及電力系統(tǒng)運(yùn)行與 TCT布

4、局規(guī)劃之間的交互影響，本文基于雙層優(yōu)化理論，提出了TCF定容及TCT布局的統(tǒng)一規(guī)劃方法，該方法綜合考慮了潮汐流速日變化規(guī)律以及各類規(guī)劃和運(yùn)行成本。首先，針對(duì)全日潮、半日潮及混合潮等多種潮汐變化類型，提出了潮汐流速日變化規(guī)律的模擬方法；其次，在計(jì)及TCF日發(fā)電量、TCT投資成本、TCG環(huán)境效益成本以及電網(wǎng)運(yùn)行成本的情況下，以單位發(fā)電量綜合發(fā)電成本最小為目標(biāo)，并考慮TCT之間安全距離限制、規(guī)劃海域邊界限制等地理?xiàng)l件約束以及潮流方程約束，建立

5、上層主優(yōu)化模型，對(duì)TCF容量和TCT布局進(jìn)行協(xié)調(diào)優(yōu)化；然后，在考慮功率平衡、網(wǎng)內(nèi)機(jī)組備用以及網(wǎng)內(nèi)機(jī)組出力約束的情況下，以TCG環(huán)境效益成本和網(wǎng)內(nèi)機(jī)組發(fā)電成本最小為目標(biāo)建立下層子優(yōu)化模型，實(shí)現(xiàn)TCF并網(wǎng)后網(wǎng)內(nèi)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行；其中，上層優(yōu)化模型通過TCG環(huán)境效益成本和電網(wǎng)運(yùn)行成本與下層優(yōu)化模型耦合；最后，用潮汐流速的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和IEEE30節(jié)點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，結(jié)果表明，與現(xiàn)有方法相比，本文方法能夠有效降低潮汐流能的綜合發(fā)電成本、提高

6、TCF的接入容量，從而，可在一定程度上保障TCF的盈利能力、充分挖掘潮汐流能的發(fā)電潛力。
　?、卺槍?duì)現(xiàn)有的ECS分組規(guī)劃方法易造成線路跨區(qū)域交叉的問題，本文在綜合考慮ECS投資和傳輸功率損耗的情況下，提出了基于輻射形分組優(yōu)化的ECS規(guī)劃方法。首先，以各TCT與分組中心之間角度差絕對(duì)值之和最小為目標(biāo)，考慮TCT隸屬組別約束和組內(nèi)包含的TCT最大數(shù)量約束，提出了TCT自適應(yīng)輻射形分組方法，降低ECS規(guī)劃的維度，避免各分組之間ECS線路

7、交叉；然后，以電纜的投資成本和線路傳輸功率損耗成本最小為目標(biāo)，考慮線路傳輸功率約束、線路壓降約束和ECS拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)約束，建立了ECS的規(guī)劃模型，對(duì)ECS的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及電纜類型進(jìn)行優(yōu)化；接著，針對(duì)傳統(tǒng)編碼方式效率低的問題，本文結(jié)合 Prüfer數(shù)列和遺傳算法，建立了上述模型的優(yōu)化求解方法，該方法可保證ECS拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的輻射形和連通性。最后，利用本文方法對(duì)兩座TCF的ECS進(jìn)行規(guī)劃分析。結(jié)果表明，本文方法能夠有效降低ECS的綜合成本，而且具有較高