摘 要

随着经济的发展，全球化石能源正在被快速消耗，带来严重的环境污染问题和气候问题。因此，可再生能源受到越来越广泛的关注，然而，迄今为止，单一的可再生能量发电难以提供具有经济效益、干净以及可靠的电力，所以多个电源的组合使用可以成为在成本、污染排放和可靠性方面实现提高的方法。

考虑到光伏发电和风力发电的天然时间互补性，以及光热发电的储能作用，设计了风力发电、光伏发电和光热发电联合发电系统，并对其优化配置进行了研究。本文针对光热、光伏及风电互补发电系统，讨论了三种发电方式的出力特性。在联合系统的设计中，主要考虑三个设计目标，包括成本、可靠性和污染物排放，以满足运行过程中电力平衡等条件为约束条件，求得较适宜的规划方式，实现经济高效、清洁和可靠高的发电系统。仿真过程中采用粒子群算法寻优，对于不同的设计目标偏重采用权重值影响对应的优化配置方案。

本文基于粒子群算法对光热、光伏及风电互补协调优化配置问题展开了较为深入的研究，得到的配置方案与实际相符，证明优化模型有效。此外，本文对三种发电方式出力特性的探讨也具有一定的参考意义。

关键词：出力特性；互补发电；优化模型；粒子群算法

Abstract

With the development of the economy, global fossil fuels are being rapidly consumed, bringing serious environmental pollution problems and climate problems. Therefore, renewable energy has received more and more widespread attention, however, so far, a single renewable energy power generation is difficult to provide cost-effective, clean and reliable power, so the combination of multiple power supplies can be used in terms of cost, pollutant emission and reliability to achieve improvement.

Considering the natural time complementarity of photovoltaic power generation and wind power generation, and the energy storage effect of photothermal power generation, the wind power generation, photovoltaic power generation and photothermal power generation combined power generation system are designed and the optimal configuration is studied. In this paper, the output characteristics of the three power generation modes are discussed for the photothermal, photovoltaic and wind power complementary power generation systems. In the design of the joint system, three design goals, including cost, reliability and pollutant discharge, are considered to meet the conditions of power balance during the operation, and the more suitable planning method is adopted to achieve a cost-effective, clean power generation system with high reliability. In the simulation process, particle swarm optimization (PSO) is used to optimize the optimal allocation scheme for different design objectives.

In this thesis, particle swarm optimization is used to study the optimal allocation of photothermal, photovoltaic and wind power. The optimal scheme is proved to be effective. In addition, this thesis also has some reference significance for the discussion of the output characteristics of power generation methods.

Key Words： output characteristics; complementary power generation ;optimization model; particle swarm optimization

目录

第1章 绪论 1

1.1 课题背景及研究的目的和意义 1

1.1.1 我国风力发电发展现状 1

1.1.2 我国光伏发电发展现状 2

1.1.3 我国光热发电发展现状 2

1.1.4 联合优化运行的意义 3

1.2 国内外研究动态 4

1.2.1 风光互补发电系统的设计 4

1.2.2 光热光伏联合发电的探究 5

1.3 本文主要研究工作 5

第2章 出力特性分析 7

2.1 风力发电出力特性 7

2.1.1 风力资源特性 7

2.1.2 风速数据向风机出力数据的转换 7

2.1.3 风电场输出功率特性 9

2.1.4风力发电出力波动特性 9

2.1.5 风电场出力特性分析 10

2.2 光伏发电出力特性 10

2.2.1 太阳能资源特性 10

2.2.2 光伏发电输出特性 11

2.2.3 光伏发电输出波动特性 12

2.2.4 光伏发电出力特性分析 12

2.3 光热发电出力特性 12

2.3.1 光热发电输出特性 12

2.3.2 光热发电出力特性分析 13

2.4 互补性分析 14

2.4.1 风力发电与光伏发电的互补性分析 14

2.4.2 光伏发电和光热发电的互补性分析 14

2.5 本章小结 16

第3章 联合系统的协调优化配置模型 17

3.1 优化目标 17

3.1.1 风力发电成本计算 17

3.1.2 光伏发电成本计算 18

3.1.3 光热发电成本计算 18

3.1.4 电网购电成本计算公式 18

3.1.5 可靠性目标 19

3.1.6 环境影响目标 19

3.2 设计约束 19

3.2.1 电力平衡约束 19

3.2.2 设计变量的限制 20

3.3 问题总述 21

3.4 本章小结 22

第4章 基于粒子群算法的优化仿真 23

4.1粒子群算法简介 23

4.2基于MATLAB软件的仿真步骤 24

4.3仿真结果 24

4.4本章小结 25

第5章 结论 26

参考文献 27

致谢 29

第1章 绪论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

在经济快速发展的现在，全球化石能源正在被快速消耗，因此带来了一系列环境污染问题和气候问题。因此，可再生能源受到越来越广泛的关注，总体而言，可再生能源的资源潜力效益较大、使用造成的环境污染程度低并可持续利用。现在，很多国家都出台了相应政策用于发展可再生能源。2016年，我国发改委印发了可再生能源发展“十三五”规划，规划中提到，可再生能源是我国甚至全球实现能源转型并应对气候变化的重大战略措施，可再生能源已经在各国发展中起到日益卓著的作用，其带来的经济效益也相当可观。“十三五”规划要求，至2020年、2030年，我国非化石能源占一次能源中的消费比重应相应降低到15%、20%，规划的准则包括将积极扩大可再生能源的使用比例列入各地区能源发展的评估性指标，促进可再生能源的多元化发展，从而实现能源结构优化。