当前，面对传统化石能源日益枯竭、环境污染日益加剧的趋势，可再生能源在能源替代中发挥越来越重要的角色。洋流发电是一种通过水轮机将水平流动的洋流动能转化为电能的新兴可再生能源发电形式。洋流在新能源中具有流速连续稳定、周期性强、能量密度大的优势，使得洋流非常适合向地理距离较近的沿海负荷和海岛持续供电。我国海域广阔，有许多远离大陆的海岛，就地开发以海上可再生能源为核心的微网，具有较强的实际意义。但目前洋流发电的技术和理论都处于起步阶段，含洋流发电的海岛微网电源规划研究尚不完善。基于上述背景，本文在国家重点研发计划资助项目“多能源电力系统互补协调调度与控制”（2017YFB0902200）及国家电网有限公司配套科技项目（同名，SGQHDKYODWJS1700143）的资助下，以洋流发电及含洋流发电的海岛微网为研究对象，针对洋流发电及海岛微网的可靠性评估及其规划设计相关的诸多问题进行了研究。
　　针对含洋流发电的系统可靠性评估问题，建立考虑洋流流速空间变化的发电系统可靠性模型。首先分析洋流地理位置、历史流速数据及空间分布特点，拟合得到流速随海水深度变化关系，并基于动量守恒定律在垂直方向的积分形式，推导尾流效应对立体分布的发电机阵列的流速影响，建立三维尾流解析模型，得到随时间-空间变化的洋流发电流速-出力关系。进而，分析洋流发电可靠性的影响因素，计及发电机故障、集电系统故障、台风天气影响、修复时间变化特性，建立洋流发电故障率及修复率模型，基于时序蒙特卡洛法提出含洋流发电的系统可靠性评估方法。采用墨西哥湾实际洋流场数据验证了洋流发电对提升系统可靠性的作用，并分析流速-水深变化关系、尾流效应、机组布局变化、机组故障率变化、台风天气等因素对系统可靠性的影响。
　　针对洋流场站规划的选址定容问题，建立了洋流发电机及电缆的立体布局优化模型。首先，针对洋流三维立体分布的特点，分析立体布局位置对成本费用的主要影响，建立洋流发电机及海底电缆安装运维费用随不同海水深度的变化模型。其次，根据前述洋流流速空间变化关系，得到用于布局优化的洋流机组出力特性。进而，建立洋流发电场的立体布局优化双层模型，上层目标函数为发电机和电缆的投建及运维总费用最小，并在总费用中计及失负荷惩罚成本以考虑系统的可靠性要求，决策变量为机组建设的位置和容量；上层决策得到机组布局方案后将其代入下层优化，下层在待建的各台机组之间决策电缆建设方案，目标函数为海底电缆投资、维护费用及损耗成本最小。上下层迭代求解得到机组-电缆立体布局最优配置方案。通过算例分析验证了立体布局优化方法的可行性，在此基础上探究了流速空间变化、垂直间距、布局海域面积、负荷参数变化、安装及维修费用模型等因素对洋流发电场站布局的影响。
　　针对海岛微网供电可靠性提升问题，将洋流发电引入海岛微网规划，建立了含洋流-海上风电-潮汐流的微网立体布局协调优化模型。首先，利用Copula函数分析洋流与海上风电、潮汐流出力之间的相关性，生成具有代表性的洋流-海上风电-潮汐流联合发电出力典型场景。其次，由于三种电源在同一海域中分层排布，设计洋流-风电-潮汐流公共集电系统配置方案，建立公共集电系统拓扑优化配置模型，其中考虑了三种能源机组共用基座平台及汇流母线，电缆拓扑允许在不同的机组之间相连。最后，建立洋-风-潮-柴-储微网发电-集电系统立体布局协调优化双层模型，上层模型以各场站发电-集电系统投资、安装、维护费用及失负荷成本总和最小为优化目标，优化得到各场站待建的机组数量及位置；两个下层模型分别为微网经济调度及上述公共集电系统优化，采用遗传算法对双层模型进行迭代求解。对一实际孤岛微电网进行算例分析，计算得到优化后的各场站协调布局结果，针对洋流能源大小、储能容量对协调布局结果的影响进行对比分析，并分析了本文将洋流应用于海岛微网的成本及效益。