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【6h】

考虑多气象要素及退役电池储能的发输电组合系统运行可靠性评估

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目录

1 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 考虑气象影响的电力系统运行可靠性评估研究现状

1.2.1 考虑气象的电力设备可靠性模型

1.2.2 考虑气象的电力系统可靠性评估

1.3 含电池储能的电力系统运行可靠性评估研究现状

1.3.1 电池的容量衰退模型

1.3.2 含电池储能的电力系统可靠性评估

1.4 本论文的主要工作

2 考虑多气象要素影响的电力设备运行可靠性模型

2.1 引言

2.2.1 基于气象两状态分级的设备可靠性模型

2.2.2 基于人工神经网络的设备可靠性模型

2.3.1 逻辑回归模型

2.3.2 基于改进逻辑回归模型的运行可靠性模型

2.4 算例分析

2.4.1 拟合基于改进逻辑回归模型的运行可靠性模型

2.4.2 所提出运行可靠性模型的性能评估

2.4.3 所提出模型与现有模型的性能对比

2.5 本章小结

3 考虑多气象要素影响的发输电组合系统运行可靠性评估

3.1 引言

3.2 受气象条件影响的电力系统随机变量

3.2.1 户外电力设备的可靠性建模

3.2.2 风电出力不确定性建模

3.2.3 负荷不确定性建模

3.2.4 动态输送容量不确定性建模

3.3 气象要素的概率建模

3.4 发输电组合系统概率运行可靠性评估的双层采样方法

3.4.1 双层采样方法介绍

3.4.2 发输电组合系统运行可靠性评估模型

3.4.3 双层采样方法的具体实现

3.5 算例分析

3.5.1 气象要素的概率建模

3.5.2 户外电力设备的运行可靠性建模

3.5.3 网架结构和数据说明

3.5.4 双层采样方法的计算精度与效率

3.5.5 发输电组合系统运行可靠性评估

3.5.6 双层采样方法的有效性

3.5.7 基于双层采样方法的不确定性重要度分析

3.6 本章小结

4 含退役电池储能的发输电组合系统运行可靠性评估

4.1 引言

4.2 电池容量衰退模型

4.2.1 现有的整体老化模型

4.2.2 退役电池的容量衰退模型

4.3 电池模组容量概率建模和可靠性建模

4.4 含退役电池储能系统的运行可靠性评估模型

4.4.1 含电池储能的发输电组合系统运行可靠性评估模型

4.4.2 发输电组合系统运行成本评估模型

4.4.3 效益成本分析方法

4.4.4 基于运行可靠性评估的二次退役规划

4.5 算例分析

4.5.1 测试系统介绍

4.5.2 电池单体的容量概率分布

4.5.3 电池模组的容量概率分布

4.5.4 不同运行条件下的系统运行可靠性评估

4.5.5 退役电池的二次退役规划

4.6 本章小结

5 基于运行可靠性评估的含退役电池发输电组合系统备用分析

5.1 引言

5.2 等效储能备用指标

5.3 计及储能运行策略的发输电组合系统运行可靠性评估模型

5.4 算例分析

5.4.1 等效储能备用指标影响因素分析

5.4.2 基于运行可靠性评估的退役电池备用效果分析

5.5 本章小结

6 结论与展望

6.1 本文研究工作总结

6.2 后续研究工作展望

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文

B. 作者在攻读学位期间参与的科研项目

C. 经验模态分解

D. IEEE RTS-79系统数据

E. 我国某沿海城市 2016年负荷曲线特性

F. 学位论文数据集

致谢

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摘要

现代电力系统的根本任务是在可接受的风险水平下,以尽可能低的成本向电力用户提供电能。随着社会的发展及人民生活水平的提高,全社会对电力能源的需求在持续增长,电力用户对供电可靠性的要求也在不断提高。电力系统是一个典型的跨区域大规模系统,大量的电气设备直接暴露于户外,容易受到外界气象条件的影响,但现有模型未能准确考虑多气象要素实时变化的影响,也未能充分考虑气象对电力系统运行中发电、输电、负荷等各环节的综合影响。另一方面,电力系统各环节均存在不确定性因素,特别是随着新能源并网比例的提高,其出力随气象波动显著,在发输电组合系统中接入储能装置平衡气象和其它因素引起的不确定性需求更加迫切;然而,常规储能方式价格昂贵,需要在兼顾可靠性和经济性的情况下寻找新的电池储能方案,而已经成为严重环境挑战的大量电动汽车退役电池的再利用,为此提供了一个既解决环境问题又促进系统经济可靠性的机遇。本文研究了发输电组合系统运行可靠性评估中气象实时影响和电动汽车退役电池储能两个相关的问题。提出了考虑多气象要素影响下的电力设备、电力系统运行可靠性评估模型;并在高比例新能源并网的背景下,从电力系统运行可靠性及备用分析角度,论证了电动汽车退役电池作为大规模储能接入电力系统的可行性与有效性。  针对现有考虑气象影响的电力设备可靠性评估模型无法充分考虑实时气象条件影响且精度不高的问题,本文提出了基于改进逻辑回归模型的电力设备运行可靠性模型。该模型基于数据驱动的方法,利用户外电力设备历史故障记录数据及相应的数值化气象记录数据,拟合出处于同一气象区域内的设备组的故障概率模型,该模型可用于电力设备的实时运行可靠性评估与预测。算例分析结果表明,与现有模型相比,本文所提出的模型精度高,能够准确评估实时数值化气象条件对设备故障概率的影响,分析结果更稳定、更贴合实际。  针对多气象要素会影响到电力系统发电、输电、负荷等各环节,而现有模型未能充分考虑多气象要素及其不确定性对电力系统运行可靠性的综合影响的问题,本文提出了一种适用于考虑多气象要素影响的发输电组合系统运行可靠性评估的双层采样方法;在该方法中,所有受气象影响随机变量的不确定性都可以追溯到多气象要素的概率特性,保持了所有不确定性源的时空一致性。本文还提出了一种通用的气象要素概率建模方法,根据历史气象记录数据,经过拟合、平移、定义域调整等步骤,可以确定各气象要素在任何时间点的概率分布,从而进一步确保了评估的准确性。算例分析结果表明,利用所提出的双层采样方法,可以充分考虑多气象要素及其在任何时刻的随机性对新能源出力、户外电力设备故障概率、输电线路动态容量以及负荷等随机变量的影响,且拉丁超立方采样和基于Gibbs采样器的马尔科夫链蒙特卡洛采样方法的组合能够有效提高运行可靠性评估的效率。此外,通过对双层采样方法中各随机变量的不确定性重要度量化,可以为运行可靠性评估的工程实践提供指导意见。  针对高比例新能源并网条件下电力系统中不确定性增强的问题,本文提出了使用电动汽车退役电池作为大规模储能接入电力系统的方案,并通过建模与分析证明了其可行性。考虑到退役电池容量退化迅速的特点,提出了一种新的适用于退役电池的容量衰退模型,经文献检索表明,这也是首个应用于电力系统运行可靠性评估的退役电池容量衰退模型。首先采用通用生成函数对由大量电池单体组合而成的电池模组进行容量概率建模,随后结合电池模组的可靠性模型,建立了含退役电池的发输电组合系统运行可靠性评估模型以量化退役电池对系统运行可靠性的影响。算例分析结果表明,所提出的电池容量衰退模型可以模拟退役电池在不同运行条件下的容量退化过程,在发输电组合系统中接入退役电池可以有效提高整个系统的运行可靠性,同时避免购置新电池的高昂成本,而合理规划其二次退役时间则能够为电力公司带来短期的经济效益。  在电力系统中接入电动汽车退役电池可以增大系统备用容量,改善系统运行可靠性,但目前缺乏退役电池的备用分析指标和方法。针对这个问题,本文提出了一种新的等效储能备用指标,用于量化退役电池在发输电组合系统中的备用效果,并基于运行可靠性评估对含退役电池的发输电组合系统进行了备用分析,相应的退役电池运行策略充分考虑了电池放电与传统机组发电的相对优先级、以及电池充电与系统负荷需求的相对优先级。算例分析结果表明,所提出的指标可以合理量化退役电池储能在系统中的备用效果,根据所提出的运行策略,在保证退役电池充分发挥其性能的同时,减少了系统故障时的负荷削减;在一年的使用过程中,退役电池始终能够保持一定的备用效果,这进一步证明了在电力系统中使用退役电池的可行性与有效性。

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