分散式风电场风机优化布置方法研究及其软件开发

摘要

我国风能资源最丰富的三北地区消纳的形势依然非常严峻，集中式大规模风电的发展产生了弃风、消纳、限电等问题。分散式风电与大规模长距离输电异地消纳的大规模风电不同，其位于负荷中心附近，采用就地消纳，提高电网的局部可靠性。分散式风电规划的中要进行选址。由于风能资源的随机性和波动性，风场区域地形的复杂性，尾流效应及湍流强度的变化，接入变电站的限制使得分散式风电机组进行布置的复杂性成倍增加，导致传统求解方法存在一定的局限性，不能很好的解决风电机组的优化布置。 本文首先基于电网安全运行的稳态潮流分析法对配电网容许分散式风电场接入的容量进行研究分析来确定风电场布置时风电机组的数量。采用IEEE34节点馈线测试系统研究不同影响因素对电网接入容量的影响及风电接入对电网的影响，对接入点为恒功率、恒阻抗、恒电流三种类型，无功补偿和配电网的网络结构对风电接入容量影响进行仿真。结果表明接入点为恒功率负荷时接入容量最小，合理的无功补偿和配电网结构对接入容量有一定提高作用，这为风电场分析确定风机数量提供了指导。 接着在充分考虑到电网接入、风能资源、尾流等影响的基础上，搭建了一种非线性尾流、地形、粗糙度与障碍物等新的风电场模型。建立考虑变电站、最小间距等适合分散式风电的约束条件和充分考虑初始投资、运行年限、年发电量、基准利率的净年值目标函数。将整个风场区域离散化成若干小区域，采用模糊遗传算法进行风机优化排布，避免了遗传算法早熟和收敛速度慢的缺点并利用2个算例验证了算法的有效性。考虑将风场区域离散化可能丢失好的情况，利用具有鲁棒性强和自适应性好，较强局部搜索能力的禁忌入侵杂草算法来实现优化布置。 基于上述研究方法和内容，研究开发出了一款适合分散式风电特点的风机优化布置软件。通过设计通道采集地调中接入配电网至少1年以上的节点负荷等数据经潮流计算实现风机数量的确定。结合采集风场测风塔等数据来实现软件风能资源评估数据需求，最后将软件应用到一个工程算例进行验证。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1分散式风电的发展和概述

1．1．1分散式风电的主要特点

1．2分散式风电风机布置方法和概述

1．3风电风机布置软件开发现状

1．3．1主要的布置软件

1．3．2开发现状与不足

1．4本文主要的研究方法与内容

第2章分散式风电接入配电网的容量分析

2．1风力发电机建模

2．1．1风速的仿真

2．1．2风力发电机的模型

2．2接入对电网的影响

2．3接入容量的影响因素分析

2．3．1负荷特性及模型

2．3．2恒功率类型负荷的影响

2．3．3恒阻抗类型负荷的影响

2．3．4恒电流类型负荷的影响

2．3．5无功补偿的影响

2．3．6接入系统的网络结构的影响

2．4本章小结

第3章分散式风电场风机布置方法研究

3．1分散式风电场建模

3．1．1一种新型尾流模型

3．1．2地形风加速分析

3．1．3粗糙度及障碍物对风的变化分析

3．2目标函数及约束的构造

3．2．1考虑运行年限的风电场目标函数

3．2．2分散式风电场的约束条件

3．3分散式风电场的年发电量的计算

3．3．1风机轮毂处的风速评估

3．3．2年发电量的计算方法

3．4基于模糊遗传算法的风机优化布置

3．4．1模糊遗传算法

3．4．2算例分析

3．5基于禁忌入侵杂草算法的风机优化布置

3．5．1禁忌入侵杂草算法

3．5．2算例分析

3．6本章小结

第4章分散式风电场风机优化布置软件开发

4．1．1软件概况

4．1．2软件的架构与模型

4．2数据采集与通信模块设计

4．2．1数据采集与实施方式

4．2．2通信通道的实现

4．3软件实现与工程算例

4．3．1软件界面

4．3．2算例应用

4．4本章小结

5．1结论

5．2展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间所做工作及科研成果