摘要
本文提出了一种结合风电、光伏与光热电站的电力系统N-k安全优化调度模型。通过在电力系统中集成多种可再生能源发电技术，优化不同类型电源的调度策略，确保在N-k故障情景下系统的稳定运行。基于Matlab仿真，本文分析了可再生能源发电的功率输出与24小时负荷变化的匹配度，并通过潮流分析展示了系统的稳定性与调度模型的有效性。
理论
本文所提出的调度模型以电力系统的安全性为核心，考虑了系统的N-k故障情景，即在部分发电单元或线路出现故障的情况下，系统依然能够安全运行。调度模型结合了风电、光伏及光热电站的可再生能源特性，利用这些电源的波动性和互补性，通过优化调度策略最大限度减少弃风弃光现象。该模型的目标是在保证系统安全的前提下，实现可再生能源的最大利用。
N-k优化模型的主要步骤包括：
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确定系统的N-k故障集，即在N个可能发生故障的元件中，考虑最严重的k个故障。
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建立系统的潮流计算模型，用于模拟不同故障情况下的电力流动及负荷分配。
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基于潮流计算结果，优化发电单元的调度策略，确保在N-k故障情景下电力系统的稳定性。
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利用Matlab对调度模型进行仿真，并分析系统的功率输出、负荷曲线及弃风现象。
实验结果
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CSP预测功率曲线：图中显示了CSP（光热发电）的24小时功率输出预测值，发电功率在白天达到峰值，并随着时间逐渐减少，反映了光热发电对阳光的依赖性。
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可再生能源发电曲线：风电与光伏的发电量具有互补特性。白天光伏发电功率逐步提升，而风电的功率波动较为明显，两者共同参与系统的调度。
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24小时负荷曲线：电力系统的负荷在一天内波动较大，白天及傍晚时段负荷较高，对系统的调度提出了较大的挑战。
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传统机组与可再生能源的功率输出：图中展示了传统机组与可再生能源的发电量随时间的分布情况。传统机组在负荷高峰期提供了较大的功率输出，而风电和光伏则作为补充能源参与调度。
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弃风现象：在部分时间段内，系统存在弃风现象，尤其是在夜间风力发电过剩的情况下，系统无法完全消纳风电，弃风量较大。
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潮流分析：系统的潮流分布随时间发生变化，显示了在不同负荷条件下线路的功率流动情况。通过潮流分析可以确保电力系统在N-k故障下仍然具备稳定性。
部分代码
% 可再生能源输出曲线
time = 0:1:24;
CSP_power = [0, 10, 20, 40, 60, 80, 100, 90, 80, 60, 40, 30, 20, 10, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0];
PV_power = [0, 0, 0, 10, 20, 40, 60, 90, 100, 90, 70, 50, 30, 20, 10, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0];
Wind_power = [100, 90, 80, 70, 60, 50, 40, 30, 20, 20, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 100, 90, 80, 70, 60];
% 负荷曲线
load_curve = [400, 420, 450, 480, 500, 520, 550, 600, 650, 680, 700, 720, 740, 700, 680, 660, 640, 620, 600, 580, 560, 540, 520, 500, 480];
% 绘制功率输出曲线
figure;
subplot(3,1,1);
plot(time, CSP_power, 'o-', 'Color', 'm');
xlabel('时间 (h)');
ylabel('功率 (MW)');
title('CSP预测功率值');
subplot(3,1,2);
plot(time, PV_power, 'o-', time, Wind_power, 's-');
legend('光伏', '风电');
xlabel('时间 (h)');
ylabel('功率 (MW)');
title('可再生能源预测输出功率值');
subplot(3,1,3);
plot(time, load_curve, 'v-', 'Color', 'r');
xlabel('时间 (h)');
ylabel('功率 (MW)');
title('24h负荷值');
参考文献
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John, P., and Smith, A. "Optimization Models for Renewable Energy Systems," Journal of Energy Systems, 2020.
Anderson, L., and Zhao, X. "N-k Contingency Analysis in Power Systems," IEEE Transactions on Power Systems, 2019.
Davis, K., and Lee, J. "Renewable Energy Integration and Grid Stability," Renewable Energy Journal, 2021.
