随着环境污染、气候变化问题的日益加重,大幅提升清洁可再生能源的发电比例、实现新能源和传统能源互补,已成为全球能源行业发展的共同趋势。目前以风电为代表的新能源大规模发展,但由于风速的随机性使得电网频率易受到冲击,而传统机组调频能力有限,在频率恢复过程中将不可避免的产生电能损失或风能浪费,对电力系统可靠性水平产生影响。传统可靠性评估忽略了电力系统动态调节过程,评估结果过于乐观,从而使得电网在运行中面临着更加严峻的挑战。计及风速特性(波动性、突变性和间歇性)及其对电力系统频率动态过程的影响,更加真实和合理地评估发电系统可靠性,并提出针对性的解决方案,为电力系统规划和建设提供科学依据,是保证电力系统安全可靠运行的关键措施之一。在此背景下,论文针对特殊风况风速辨识与建模、特殊风况的电力系统可靠性分析以及储能提高特殊风况的风电消纳能力等方面进行了探索和研究,其主要工作和创新成果体现在如下几个方面:1)建立了风速特性辨识模型,提出了基于动量-叶素理论的风力发电机组功率输出模型。利用分形理论和功率谱密度函数,深入研究风速的混沌衍生规律和在频域的能量分布特点,结合风速波动的气象学特征及风速高频成分湍流动能百分比分析等,从风速波动性、突变性和间歇性三方面构建了风速特性辨识模型。深入分析了风速与桨叶转速不匹配的奇异运行状态下桨叶的受力情况,建立了基于动量-叶素理论的风力发电机组功率输出模型。经实际风电场测试数据分析和比较,本文所建立的风功率模型更加符合实际。2)提出了基于调频控制过程的系统动态可靠性评估模型和指标体系。基于系统调频控制理论,提出了计及系统可调容量和机组爬坡率限制的负荷-频率控制方法;深入分析系统调频控制过程中电能损失和风功率损失,提出了动态可靠性评估模型和指标体系,定义了间接电能不足期望和负荷切除电能不足期望,描述系统可靠性,定义了电能非必要消耗期望和风能未利用期望,描述系统风能利用效率;分析了风电渗透率、旋转备用容量、爬坡率、发电机单位调节功率和负荷单位调节功率对动态可靠性的影响。IEEE-RTS79节点系统算例研究表明,所提出的模型是切实可行和有效的,完善了发电系统可靠性评估理论体系,为系统规划和调度运行提供更加全面和准确的评估信息。3)提出了计及系统动态可靠性和经济性的电力系统储能优化配置模型。基于系统频率控制特点及储能配合关系,建立了储能与火电机组的协调频率控制模型;深入分析基于储能协调频率控制的动态可靠性,建立储能系统收益和成本评估模型;以最大经济收益为目标,建立储能系统的接入容量及充/放电功率优化配置模型。分析了系统机组爬坡率和旋转备用容量对储能系统容量及功率配置的影响。经实际系统算例验证了所提模型的有效性。4)提出计及风速特性的风电场容量可信度评估方法。考虑桨叶转速与风速的匹配关系,采用基于动量-叶素理论的风力发电机组功率输出模型,结合基于调频控制过程的可靠性评估体系,提出计及风速特性的风电场容量可信度评估方法;讨论了桨叶转速、风机空气动力学特性、风速特性对风电场容量可信度的影响。算例表明所提方法能更加全面地分析不同风况条件下的风电场可信容量,并以风电场实际数据为例,验证了所提方法的评估效果。