电力市场环境下含风电的电力系统无功优化方法研究

摘要

风力发电是一种当前流行的新型技术，有着分布广和对环境友好的特点。目前，世界各地的风机的装机和并网容量逐渐增大。但是，大规模的风电接入会给电力系统带来一系列问题，如电压波动、频率波动以及电能质量问题等。如何有效降低系统运行成本及提升电网供电质量是重点问题。因此，通过无功优化的控制来降低网损和提升电压稳定性是十分必要的。以往无功优化方法中，发电厂商无偿为电网提供无功功率，这会影响发电厂商的经济利益，降低其无功服务的积极性。在当前的电力市场环境下，有必要为无功功率合理定价，当发电厂商发出无功时，电网需要向发电厂商支付一定的无功费用进行补偿。这有利于调动发电厂商参与系统无功调节的积极性，保证系统的安全和稳定运行。鉴于此，针对含有风电场的电力系统，本文提出了一种电力市场环境下无功优化方法。　　本文首先介绍了双馈风机的工作原理和功率特性，分析了风力机叶尖速比和功率系数的Cp-λ曲线，进一步得到了双馈电机的工作原理，分析了双馈电机的两种运行控制模式以及各自的优缺点，分析双馈电机的有功功率特性以及无功功率关系式。并将风电场看成PQ节点时进行电力系统潮流计算。　　其次，结合当前电力市场的环境以及发电厂的实际情况，提出了一种同步发电机的无功功率的定价方法，该模型根据发电厂商提供的无功功率所在的区域，计算出电网要求为发电厂商支付的费用。为保证无功买卖双方的经济效益和电力系统运行的稳定性，建立了以运行成本的经济指标和负荷节点电压偏差的电压指标最小的目标函数的无功优化模型。　　最后，介绍了本文建模仿真所用的GAMS软件的模型结构，以及求解该优化程序所使用的DICOPT求解器。以IEEE-30节点系统为算例，通过对比传统无功优化方法和本文所提出的无功优化方法验证所提模型的有效性。结果显示本文提出的无功优化方法可以有效的降低系统运行的成本，维持电压的稳定，并且能保证发电厂商和电网双方的经济利益，具有经济性和稳定性。无功优化的效果也会随着风电场的风速和风电场安装位置进行改变，因此合理选择风电场的并网容量以及事先规划好风电场安装位置，能更好地提高无功优化的效果。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.1.1 风电发展的必要性

1.1.2 我国风电的发展现状

1.1.3 风电发展所带来的问题

1.1.4 电力市场对发电企业的影响

1.2 国内外研究现状

1.2.1 无功优化数学模型的研究现状

1.2.2 无功优化算法的研究现状

1.2.3 含风电的电力系统无功优化研究现状

1.3 论文的主要研究内容

第2章 双馈感应风力发电机的原理及特性

2.1 风机的设计原理

2.1.1 风能

2.1.2 Cp-λ曲线

2.1.3 风轮输出功率表达式

2.2 双馈风力发电机的工作原理

2.3 双馈风电机组两种运行控制模式

2.3.1 双馈风电机组的建模

2.3.2 两种运行控制模式

2.3.3 两种控制模式的比较

2.4 双馈电机的功率特性及风电场的功率关系

2.4.1 双馈电机的有功功率特性

2.4.2 双馈电机的无功功率特性

2.4.3 风电场的功率关系

2.5 恒功率因数控制下的含风电场电力系统的潮流计算

2.6 本章小结

第3章 计及无功成本的无功优化数学模型

3.1 同步发电机的无功计价方法

3.2 电力市场下含风电的电网无功优化数学模型

3.2.1 目标函数

3.2.2 目标函数简化

3.2.3 约束条件

3.3 风电场安装位置的确定

3.4 本章小结

第4章 含风电的电力系统无功优化建模仿真

4.1 GAMS的模型结构与求解器

4.2 算例分析

4.2.1 模型建立

4.2.2 算例设计

4.2.3 结果分析

4.3 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

附录A 攻读硕士学位期间主要学术成果目录

附录B IEEE-30节点系统相关数据