风电接入方案优化决策方法研究-刘思源.pdf

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1、国内图书分类号：TM743国际图书分类号：6213学校代码：10079密级：公开工学硕士学位论文风电接入方案优化决策方法研究硕士研究生：导 师：申请学位：学 科：专 业：所在学院：答辩日期：授予学位单位：刘思源张建华教授工学硕士电气工程电力系统及其自动化电气与电子工程学院2013年3月华北电力大学Classified Index：TM743UDC：62 13Thesis for the Master DegreeResearch on Optimization Decision Method forGridConn(!ction Scheme of、Mnd FarmonnectlonC11e

2、e 14 ar- WlndCandidate：Supervisor：Liu SiyuanProfZhang JianhuaAcademic Degree Applied for： Master of EngineeringSpeciality：School：Date of Defenee：Degree-Conferring-Institution：Electrical EngineeringSchool of Electrical and ElectronicEngineeringMarch，2013North China Electric Power University华北电力大学硕士学位

3、论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文风电接入方案优化决策方法研究，是本人在导师指导下，在华北电力大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签名： 幽皿珈、 日期： 沙J；年弓月万日华北电力大学硕士学位论文使用授权书风电接入方案优化决策方法研究系本人在华北电力大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归华北电力大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解华

4、北电力大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅，学校可以为存在馆际合作关系的兄弟高校用户提供文献传递服务和交换服务。本人授权华北电力大学，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。本学位论文属于(请在以上相应方框内打“”)：保密D，在 年解密后适用本授权书不保密、作者签名： 幽逸、构、 日期：沙弓年弓月巧日名：动年 吼砧年专月订日华北电力大学硕士学位论文摘 要随着风力发电技术的快速发展和日益成熟，风电工程的建设规模不断扩大，风电接入对电网的影响日益凸显，且工程投资已呈现出额度大风险高的特点。在风电项

5、目规划设计阶段选择一个合理的接入方案可以保证电网的安全稳定运行，同时避免不合理的风电工程投资。因此，建立一套科学、完整的风电接入方案决策体系具有重要的现实意义。本文在调研风电场运行特性和输电网规划相关内容的基础上，依据指标体系的构建原则和实用方法，确立了风电接入方案决策指标体系。该体系全面考虑了风电并网对电力系统的影响，并兼顾工程建设投资成本，设立了最大接入容量、稳态潮流分布、暂态稳定性、可靠性、短路电流水平以及经济性等6个准则。同时，确定了12个决策指标。对每个指标分别进行必要性说明，并提出其算法和评价标准。针对经济性准则，将全寿命周期成本(LCC)技术应用于风电接入工程的总成本计算，建立了

6、计算模型。将风电项目的LCC总成本分为设备级成本、系统级成本以及社会环境成本三大部分。对备选方案的设计差别进行比较分析，并提出对差异项进行LCC估算的方法，最终为经济性指标提供了算法和评价依据。针对风电接入方案决策时准则繁多，将形成高阶判断矩阵的特点，在模糊层次分析法中引入相容矩阵，对算法进行改进。改进后的算法有效解决了传统基于三角模糊数的模糊层次分析法不易检验判断矩阵一致性的缺点，同时大大简化了高阶判断矩阵的计算过程。运用本文提出的决策指标体系和改进算法对实际风电接入项目进行综合决策。通过对各方案的指标值进行对比，并分析决策结果，证实了研究成果的合理性和适用性。关键词：风电接入；方案决策；指

7、标体系；全寿命周期；相容矩阵；模糊层次分析法华北电力大学硕士学位论文AbstractWith the rapid development of wind power technology,the construction scale ofwind power projects has been expanding，the impact of the grid-connection hasbecome increasingly prominent，and the investments have shown a large amount ofhigh-riskA reasonable plann

8、ing scheme Can ensure the safe and stable operation ofthe power system，while avoiding unreasonable wind power project investmentTherefore，establishing a scientific and complete decision-making system hasimportant practical significanceThrough researching the operating characteristics of wind farms a

9、nd relatedcontents of transmission grid planning，a decision-making index system isestablished based on the index system construction principles and practicalmethods in this articleThe impact of the wind farm integration and theinvestment cost of the proj ect construction are taken into consideration

10、Thesystem includes 6 criteria：maximum access capacity,steady-state flowdistribution，transient stability,reliability,short-circuit current 1evels andeconomy1 2 indicators are also determined，and the algorithms and evaluationcriteria for each indicator are described in detailsThe life cycle cost techn

11、ique is applied to wind power project，thecalculation model is establishedThe total cost is divided into equipment cost，system cost and social environmental costLCC estimation provides a calculationalgorithm for economy indicatorThe tolerance matrix is led into fuzzy analytical hierarchy process(AHP)

12、Theimproved fuzzy AHP effectively remedies the defects that it is difficult to inspect theconsistency of judgment matrix based on triangular fuzzy numbers and thecomputation process is simplifiedTaking a recent actual engineering project for example，the comprehensivedecision-making for gridconnectio

13、n scheme of wind farm is performed by improvedfuzzy AHPCalculation results of the example show that the results of thisresearchale reasonable and effectiveKeywords：gridconnection of wind farm；scheme decision；index system；life circle；tolerance matrix；fuzzy analytical hierarchy process(FAHP)11华北电力大学硕士

14、学位论文日 罩目封弋摘要IAbstractII第1章绪论l11研究背景及意义112国内外研究现状2121综合决策方法的研究现状2122风电接入方案综合决策的研究现状。413本文主要工作5第2章风电接入方案的经济性计算方法研究621引言。622 LCC估算和分析方法概述7221 LCC估算7222 LCC分析923风电方案决策中的经济性计算方法。lO231基于LCC技术的风电接入方案经济性分析10232主要电力设备的LCC估算。1 124本章小结16第3章风电接入方案决策指标体系的建立。1 731风电项目决策体系构建的研究框架1732指标体系的构建原则1733决策体系及指标计算18331指标体系

15、的建立1 8332指标值的获取及评价方法19333指标值计算1934指标的分类及无量纲化方法2235本章小结22第4章风电接入方案的综合决策2341综合决策方法的选择。2342引入三角模糊数的FuzzyAHP基本算法24421三角模糊数的基本概念24422应用三角模糊数的FuzzyAHP的计算步骤25华北电力大学石贞士学位论文423传统算法的缺点2843应用优化算法进行风电接入方案综合决策29431优化算法29432风电接入方案的综合决策流程3l44本章小结3 1第5章实例应用与分析3251工程概况325。2决策指标计算及分析33521指标计算33522指标分析3853应用Fuzzy AHP优

16、化算法进行综合决策39531判断矩阵的构造及权重计算39532方案决策及结果分析4254本章小结43第6章结论与展望4461结论4462展望44参考文献46攻读硕士学位期间发表的学术论文及其它成果50攻读硕士学位期间参加的科研工作5 l致射52华北电力大学硕士学位论文11研究背景及意义第1章绪论全球可利用的风能资源蕴藏量巨大，可达2106万千瓦。近年来，随着各国对风能的大力开发，风力发电技术的日臻成熟，风能已成为最具有发展潜力的一种可再生能源。统计数据表明，全球风电装机容量已连续lO年保持年均增速25以上【I】。截至2011年底，全球累计风电装机达到238104万千瓦。我国具有丰富的风力资源，

17、储量居世界首位。风能广泛分布于新疆、内蒙古、吉林、河北及沿海多个省份，开发潜力巨大。随着2006年1月1日可再生能源法的颁布实施，风电行业在“十一五”期间得到了迅速发展，装机容量连续3年保持翻一番的速度快速增长，至2008年底风电装机总量达到亚洲第一。201 0年，风电装机容量到达30000兆瓦，提前实现了在可再生能源中长期规划中2020年的既定发展目标。据初步统计数据，截至201 1年底，我国风电机组累计装机容量突破6500万千瓦大关，已跃居世界第一。同时，随着风力发电技术的迅速发展和日臻成熟，我国的风电上网电量也逐年增加，2011年上网电量可达715亿千瓦时，占全国总发电量的15。风力发电

18、的快速发展对缓解我国用电紧张的局面起到了关键作用。在未来发展中，我国政府仍将鼓励扶持可再生能源的开发建设，风电产业还将保持高速发展的模式，同时盈利能力也将随着技术的逐渐成熟稳步提升。近年来，随着风电场规模的迅速扩大，大规模风电并网给系统带来的影响日益凸显，这直接关系到电网能否安全、稳定的运行。由于风力资源集中的地区往往距离主系统和负荷中心较远，区域的网架结构较为薄弱，加之风电的有功出力具有随风波动的特点，因此风电外送通道上的潮流变化频繁，这对当地电网的电压水平、线路传输功率、短路电流水平和暂态稳定性等多方面造成影响【2】，并且风电渗透比例的增大会使其影响程度进一步增加。因此，为确保电力系统安全

19、、稳定运行，深入研究风电接入带来的影响十分必要。随着风电行业的发展，针对其并网影响的研究正在大量生产实践中得到快速深入，并初现成果。文献36】研究了风电并网对系统电压、短路容量、输电线路传输功率以及暂态稳定性等方面的影响，其中文献【6】讨论了风电场并网运行对系统潮流的影响，指出选择的风机类型、风场内机组的布置方式以及风电的接入位置是影响系统潮流的主要因素。文献【7】研究了风电并网对系统运行调度的影响，提出由于目前无法准确预测风电功率，电网调度部门必须相应调整电源配置方案，充分利用火华北电力大学硕士学位论文电和水电机组，预留足够的备用容量以保证在风电功率大范围波动时，电网仍有足够的功率输出。同时

20、，该文献还重点讨论了风电并网对电能质量的影响，将其分为电压、频率、谐波、电压的波动和闪变以及电压暂降等几个方面分别进行阐述，并指出其影响的程度与风电机组的类型和控制方式、所接入系统的短路容量以及线路参数等诸多因素有关。此外，其他一些研究资料中提到风电并网对系统的网损和继电保护等方面也存在着不同程度的影响。因此，在风电场的设计规划阶段充分考虑风电并网影响，深入研究风电接入问题对保证电网运行的经济性和安全性具有重要的现实意义。由于风电发展的历史不长，大规模风电建设速度的大幅提升使得一些相关理论还没有研究成熟并形成体系，更有部分领域尚处于研究匮乏或缺失的状态。随着我国互联电网的发展壮大，大型风电场的

21、并网不能停留在单纯考虑电网运行的安全性和可靠性方面是否满足要求，而是要综合协调运行稳定性、负荷适应性以及建设维护经济性等多方面因素，使得风力发电的效益得到最大化提升。由于风电并网过程中考虑的因素繁多复杂，如何能够定量的分析其接入电网后对各项要求的满意程度，如何能在规划阶段设计出使其综合效益最大化的最佳方案都逐渐成为研究者关注的焦点。然而，纵观目前国内外的研究成果，对于风电项目接入的优化设计以及方案综合决策方面的问题均未得到解决，无论从理论还是实践方面均未能形成一套完整可行的理论体系和操作方法。因此，以提高风电工程项目综合效益为目标，探讨并建立一套完整的风电接入方案决策体系具有重要的现实意义。1

22、2国内外研究现状121综合决策方法的研究现状多目标决策是指在系统规划设计阶段，根据备选方案在决策者已设定的若干个目标上的达标程度而进行方案优选的一类决策问题，也可称为多目标最优化。决策分析是在规划、设计和制造等阶段为解决当前或未来可能发生的问题，在若干可选的方案中选择和决定最佳方案的一种分析过程。多目标最优化分析最早由法国经济学家VPareto于1896年提出。由于在多目标决策时追求的一部分目标只能定性，不可进行定量比较，所以他提出用多种方法将多目标问题化为单一的目标进行优选的求解思路。19世纪末，多目标决策问题的数学理论有了新的进展，有序空间的提出使寻优过程更易操作。1944年，针对多目标决

23、策过程中，决策者之间普遍存在判断不一致的现象，JVOll诺伊曼和0。莫根施特恩提出对策论，使得这一问题得到了有效解决，并为优化分析过程提供了新的发展方向。华北电力大学硕士学位论文从20世纪50年代起，多目标最优化分析方法在不同的领域受到关注和深入研究，其理论和方法逐步得到发展完善。随着现代科学的蓬勃发展，多目标决策分析已经不局限于在单一学科内孤军奋战的研究模式。自50年代末起，先后出现了多种标度方法、专家评分法、字典序法和Delphi法等多种决策方法。1976年，美国学者TLSaaty提出了层析分析法，具有划时代意义。由于该种方法具有分析思路清晰，操作过程简便易学，因此在各个领域的多目标综合决

24、策中获得了广泛应用。80年代初，CLHwang提出了TOPSSI方法。同一时期，模糊数学理论被引入到多目标最优化分析方法中，模糊综合决策法由此建立。进入21世纪以来，随着计算机技术的不断发展，系统论和信息论的相继应用，多目标决策方法向着多专业融合的方向迈出了坚实的一步，促进了其智能化、科学化的发展。多目标决策方法按其自身特点可分类如表11所示：表11多目标决策方法分类表专家会议法Delphi法多指标简易决策法功效系数法综合指数法主成分分析法因子分析法多元统计决策法 聚类分析法判别分析法决策 TOPSIS法方法 层次分析法运筹学决策法基于数学理论的决策法 数据包络分析法模糊评判法模糊理论决策法 模糊序模糊聚类灰色统计灰色系统理论决策法 灰色聚类灰色关联分析基于计算机技术的决策法 人工神经网络法近年来，多种综合决策方法在电力系统的规划设计和运营维护阶段均获得