论文总字数：24712字

摘 要

现代社会的经济呈现着高速发展的状态，随着而来的是资源的大量使用，以及由此而导致的环境污染。因此风能和太阳能等的可再生能源的开发成为了重中之重。但是风能和太阳能的利用会受到距离、时间、天气等的影响，使得风力发电和光伏发电具有间歇性、随机性、波动性的问题，这也极大的限制了风光发电的发展。

为了提高电网对于风电和光电的消纳性、解决风光并网时引起的电能质量波动、系统稳定性受到破坏的问题，我们将风力发电、光伏发电和火力发电视为一个整体，组成风光火发电联合系统，制定联合系统的日前24小时发电调度计划。

通过对风力发电和光伏发电出力特性的研究，分析他们的时空相关性，并确定风力发电、光伏发电和火力发电的数学模型。首先确定日前调度计划的目标函数为火电机组的煤耗成本和污染排放成本，接着以火电机组、风力机组、光伏机组的机组出力、火电机组的启停机时间、爬坡速率和系统的正负旋转备用作为约束条件，利用可以动态调整学习因子和惯性系数的改进免疫粒子群算法对调度模型进行求解。

发电计划将以前一天24小时内的负荷数据计算等效负荷，风力发电以及光伏发电的数据将根据天气预报中的天气状况进行预测。对于风光发电的预测值与实际所不相符的部分，为了保证系统运行时的安全性，将对风光发电机组出力采用区间预测的办法，将出力值表示成区间上下限，用鲁棒线性优化理论进行优化。

关键词：清洁能源 风光发电 日前调度 不确定性 粒子群优化算法

Study on generation plan considering wind and solar clean energy and load matching

ABSTRACT

The economy of modern society presents a state of rapid development, with the large use of resources, and the resulting environmental pollution. Therefore, the development of renewable energy such as wind energy and solar energy has become the top priority. However, the utilization of wind and solar energy will be affected by the distance, time, weather and so on, which makes wind power generation and photovoltaic power generation have intermittent, random and fluctuating problems, which also greatly limits the development of wind power generation.

In order to improve the power grid's absorptivity for wind power and photoelectric power, solve the problems of power quality fluctuation and system stability damage caused by wind power grid connection, we integrate wind power generation, photovoltaic power generation and thermal power generation television into a wind power generation joint system, and make a 24-hour power generation scheduling plan for the joint system.

Through the study of wind power generation and photovoltaic power generation output characteristics, analyze their temporal and spatial correlation, and determine the mathematical models of wind power generation, photovoltaic power generation and thermal power generation. First, the objective function of the day ahead dispatching plan is determined as the coal consumption cost and the pollutant emission cost of the thermal power unit. Then, the power plant unit, the wind turbine unit, the unit output of the photovoltaic unit, the startup and downtime of the thermal power unit, the climbing speed and the positive and negative rotation reserve of the thermal power unit are taken as constraints, and the particle swarm algorithm is applied to solve the scheduling model.

The power generation plan will calculate the equivalent load based on the load data of the previous 24 hours, and the data of wind power generation and photovoltaic power generation will be predicted based on the weather conditions in the weather forecast. For the part where the predicted value of wind power generation is inconsistent with the actual value, in order to ensure the safety of the system during operation，in this paper, the method of interval prediction is adopted for the output of wind turbine generator, and the output value is expressed as upper and lower limits of the interval.

Key words: Clean energy; Wind power generation; Day ahead scheduling; Uncertainty; Particle swarm optimization algorithm

目录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪 论 1

1.1研究背景 1

1.2风力发电和光伏发电的发展状态 1

1.3国内外研究现状 3

1.3.1国内研究现状 3

1.3.2国外研究现状 4

1.4本文主要研究内容 4

第二章 风电与光伏的出力特性与数学模型 5

2.1引言 5

2.2风力发电特性 5

2.2.1风力发电的时间相关性 5

2.2.2风力发电的空间相关性 6

2.2.3风力发电与负荷之间的关系 7

2.2.4风力发电数学模型 7

2.3光伏发电特性 8

2.3.1光伏发电的时间相关性 8

2.3.2光伏发电的空间相关性 9

2.3.3光伏发电与负荷之间的关系 10

2.3.4光伏发电数学模型 10

2.4本章小结 12

第三章 含风电、光伏和火电的日前调度计划 13

3.1引言 13

3.2目标函数 13

3.3约束条件 14

3.3.1系统负荷平衡约束 14

3.3.2火力发电出力约束 14

3.3.3风力发电出力约束 15

3.3.4光伏发电出力约束 15

3.3.5旋转备用约束 15

3.4改进的免疫粒子群优化算法 16

3.4.1粒子群算法基本原理 17

3.4.2粒子群算法流程 18

3.4.3改进的免疫粒子群算法 19

3.5算例分析 21

3.6本章小结 23

第四章 考虑风电和光伏不确定性的调度计划 24

4.1引言 24

4.2 风光发电功率输出表示 24

4.2.1目标函数 24

4.2.2系统负荷平衡约束 25

4.2.3风力发电输出功率约束 25

4.2.4光伏发电输出功率约束 25

4.2.5旋转备用约束 26

4.3鲁棒优化理论 26

4.3.1鲁棒优化理论基本原理 26

4.3.2实现方法 27

4.4算例分析 28

4.5本章小结 30

第五章 总结和展望 31

5.1总结 31

5.2展望 31

参考文献 33

致 谢 36

绪 论

1.1研究背景

为了加快社会经济的迅速发展以及工业化进程的加快，人类大面积的开采如石油、天然气、煤炭等化石燃料。然而以石油、天然气、煤等不可再生能源发电的传统发电方式结构并不合理，导致了温室效应、酸雨、水资源污染等一系列问题，使得生态环境严重恶化，尤其是温室气体的排放对于社会的可持续发展造成了恶劣影响，严重威胁到了全球人类的生存现状。并且石油、天然气等燃料属于不可再生能源，伴随着大面积的开采和利用，资源的数量已经大量减少，单纯依靠纯铜的发电方式已经无法维持人类社会的进一步发展。

我国的发电方式主要为燃煤发电，近半的煤炭资源均使用于电力生产，火电厂在发电过程中产生了大量的二氧化硫等有毒有害气体，粉尘数量超标也导致了严重的雾霾现象。为此，我国急需改革单纯的火力发电的发电方式，提高风力发电和光伏发电等清洁能源发电所占比重。

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