论文总字数：15218字

摘 要

可再生能源区别于传统能源，如今越来越受到人们的重视，在电力系统中有效地利用新能源可以大量缓解全球变暖以及其他环境问题。但由于这些新能源往往都具有随机性和波动性，人们需要探索新的电力技术和设备来有效利用这些宝贵的资源。储能技术能够有效弥补新能源不足的地方，在大比例新能源发电的电力系统中更为明显，所以人们越来越重视对电力系统中储能设备的运用和运行策略的研究。

本文首先对国内外随机生产模拟的研究进行阐述，分析了各种针对传统系统的随机生产模拟不足的地方，然后选取风电作为新能源发电的研究对象，根据历史风电数据来模拟一年内的风速，将风力发电机组的运行状态划分为三种状态来生成风功率时间序列，然后将其接入到IEEE-RBTS电力系统中作为算例进行失负荷概率(LOLP)和失负荷电量期望值(EENS)两项系统可靠性指标的计算和分析，最后选用典型的电池储能手段作为加入系统研究的储能手段，研究其在不同条件下对系统可靠性的影响与作用。算例结果有效证实了储能设备对新能源电力系统能产生较大效益。

关键词：新能源，储能设备，随机生产模拟，Matlab算法

Abstract

Renewable energy is different from traditional energy. Nowadays, people pay more and more attention to it. The effective use of new energy in power system can greatly alleviate global warming and other environmental problems. But because these new energy sources are often random and volatile, people need to explore new power technologies and equipment to make effective use of these valuable resources. Energy storage technology can effectively make up for the shortage of new energy, which is more obvious in the power system of large proportion of new energy generation, so people pay more and more attention to the application and operation strategy of energy storage equipment in power system. This paper first expounds the research of random production simulation at home and abroad, analyzes the shortcomings of random production simulation for traditional systems, then selects wind power as the research object of new energy generation, simulates the predicted wind speed within one year according to historical wind power data, divides the operating state of wind turbine into three states to generate wind power time series, and then connects it to IEEE-RBTS power system as an example to calculate and analyze the reliability indexes of load loss probability (LOLP) and load loss expected value (EENS) system, Finally, the typical battery energy storage method is used as the energy storage method to study the influence and function of battery energy storage on system reliability under different conditions. The results show that the energy storage equipment can benefit the new energy power system.

Key words: Renewable energy sources、energy storage system、probabilistic production simulation、Matlab algorithms

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 课题的研究背景和研究意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 电力系统的随机生产模拟现状 1

1.2.2 新能源发电的随机生产模拟 1

1.2.3 储能系统的随机生产模拟 2

1.3 本文主要研究内容和章节安排 2

第2章 考虑风电和储能的电力系统不确定性建模和随机生产模拟算法 4

2.1 风电发电机组的建模 4

2.1.1 自回归移动平均模型以及反变换法 4

2.1.2 风电出力的波动特性分析 5

2.1.3 风电机组功率输出 5

2.2 传统发电机组的多状态模型 5

2.3 储能系统的建模 6

2.3.1 风电/常规/储能混合系统的结构 6

2.3.2 储能的充放电策略 6

2.4 考虑风电和储能的电力系统随机生产模拟算法 7

第3章 算例分析 8

3.1 对风电场出力特性的模拟与分析 9

3.2 安装储能设备前后对系统的可靠性指标影响 9

3.3 储能设备容量对系统可靠性的影响 10

3.4 储能设备充放电速率对系统可靠性的影响 11

第4章 结论与展望 13

致谢 14

参考文献 14

绪论

课题的研究背景和研究意义

近年来风电、光伏等新能源的发展趋势呈井喷式增长，以其清洁、环保等诸多优势相较于传统能源显现出巨大的潜力。如今系统中新能源的穿透比例逐年攀高，未来以风电、光伏发电为代表的新能源发电将逐步成为中国以及世界范围内重要的电力能源资源。然而新能源的在电力系统中具有明显的不确定性，高比例新能源的并网给电力系统的安全运作更是带来了严峻的挑战。在此背景下，人们更为重视提升电力系统运行可靠性，合理利用储能装置来提高系统各项运行指标是最为有效的一个方式。电力系统整个运作过程分别有发电、输电、配电、耗电和储电，储能技术作为这复杂流程中的最后一个环节，也同样关乎着整个系统的运行状态和各项运行指标。合理利用储能装置不但能减轻电力系统面对波动负荷时的压力，缓解白天与黑夜社会对电力的不同需求量，提高系统的运行稳定性。同时也可以缓解新能源不同时段、不同季节、不同地域内出力的波动性和随机性，减轻电力系统的负担以及带来的不稳定性，从而更好促进可再生能源的发展。因此，针对包含储能装置及新能源发电的系统进行可靠性分析和评价是亟待开展的研究。

国内外研究现状

电力系统的随机生产模拟现状

电力系统随机生产模拟是在给定的负荷曲线下，考虑负荷的随机波动性和发电机组的随机故障性，通过对发电机组的出力进行优化和分配来得到最优运行方式下各台发电机组的发电量、发电成本以及计算出系统的可靠性、经济性等系统指标，电力系统随机生产模拟在电力系统的发电成本分析、电源规划、发电系统可靠性指标评估、新能源接纳以及消纳能力评估等方面有着广泛的应用^[1]。经过科研人员多年的研究，对传统电力系统随机生产模拟的理论方法已经能够被广泛认可和采用，其中比较著名的就有半不变量法^[2，3]和等效电量函数法^[4]等，并且上述方法在电力系统研究领域中也被广泛采用。

新能源发电的随机生产模拟

现有的含新能源的随机生产模拟方法有:卷积递推法^[5]、等效电量函数法等。卷积递推法与等效电量函数法都是电力系统随机生产模拟的实用高效方法。卷积递推法的原理是将随机变量概率分布函数进行卷积，从而获取需要的数据，该方法可以适用性高，但面对大型电力系统的复杂工况时需要更多的计算时间。文献[3]提出的等效电量函数法直接基于电量进行卷积和反卷积运算，减轻了计算量，但是对失负荷概率指标的计算可能存在一定误差，无法考虑时序信息。针对等效电量函数法计算时可能存在精度不高的问题，文献[6]提出了稀疏卷积递推法，对等效电量函数法采用小间隔以提高失负荷概率指标计算精度，弥补了等效电量函数法应用场合上的不足。

风力发电和光伏发电作为技术成熟、具有规模化开发和商业化应用的新能源发电方式,发展速度居于新能源前列。目前对于新能源出力的随机模拟也进行了许多研究，文献[7]将风电场出力作为净负荷曲线，然后对净负荷进行发电机电量的卷积运算，计算系统可靠性指标和运行成本。该算法未考虑新能源机组的间接性和随机性。文献[8]研究了风电和光伏的多状态机组，但在建立光伏模型时未考虑昼夜差异和系统调峰需求。对此，文献[9,10]针对新能源出力的时序特性引入调峰容量不足概率和调峰电量不足期望值两项指标来对系统进行更完善的研究。

储能系统的随机生产模拟

储能设备作为智能配电网的重要组成部分，凭借灵活的充放电功能，既可以平抑间歇式电源接入造成的功率波动，又可以削峰填谷，有效分配电能^[11]。同时可提高系统运行稳定性、调整频率、补偿负荷波动，能有效解决电网负荷峰谷差增大和新能源并网对电网冲击等问题^[12]。如今电力系统的储能技术多种多样，在不同的环境和场合下，人们可以选用更为合适的储能设备进行使用，根据查阅文献，依照储能的形式来划分储能设备，储能设备有机械、电化学、电磁三类。每种储能手段都有各自的特色，例如存储容量、功率和成本等。

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