我国已成为继欧洲、美国和印度之后风力发电应用的主要市场之一，风能资源丰富，可开发量1400GW。其中，陆上开发量为600GW；海上开发量800GW。20世纪80年代，我国开始了风电并网的研究和尝试，并从丹麦购买了三台 55kW风力发电机，我国的风电技术开始起步；1986年5月，山东荣成建成我国第一个并网风电场，其次是新疆达坂城风电场。1986~1993年，全国共建12个风电场，装机容量为13.3MW；1994~1999年，全国共建21个风电场，装机容量达到249.05MW。2008年，我国累计装机容量达到12.21GW，其中并网发电的装机容量为8.94GW。到2009年年底，我国风电并网总量累计达到16.13GW，累计装机容量为25805.3MW[1]。

1.2  文献介绍

20世纪80年代以来，随着技术的逐步成熟，风电机组的装机容量越来越大，风机接入电网后，对电力系统的扰动问题越来越明显，人们不得不开始反思研制越来越大的风电机组有没有意义，电力系统到底能够消纳多少风电。因此，研究风电场穿透功率极限是很有必要的。

文献[5]主要是从数学角度，详细介绍了随机规划与模糊规划理论，为风电穿透功率极限的计算打下基础。文献[4]、[7]~[15]主要是介绍风电穿透功率极限的各种计算方法，其中文献[7]、[14]、[15]着重强调了随机规划理论在风电穿透功率极限计算中的应用，文献[4]、[8]、[9]、[10]、[11]主要是分析和比较各种穿透功率极 

限计算的优缺点。

1.3本文主要内容

本文内容主要分为以下几个部分： 

（1）第二章首先结合实测数据和前人研究成果，介绍风电的基本原理和基本特点，主要是阐述风机的速度和功率计算方法。

（2）第三章主要是介绍随机规划理论，重点是机会约束规化理论，特别是机会规划理论的数学模型。

（3）第四章介绍遗传算法，从生物学的角度解释什么事遗传算法，最后说明遗传算法如何实现以及Monte-Carlo模拟技术。

（4）第五章详细介绍风电场穿透功率极限的计算，包括穿透功率的定义、实质、决定因素、数学模型以及算例。

2  风电原理、特点

2.1风机速度与出力

风力发电机的基本原理并不复杂，在物理学中有如下公式。

风机叶片有一定的倾斜角度，当有风吹过风机叶片的时候，气流就会在叶片上产生力矩M，风机本身作为一个刚体具有转动惯量J，因此在这个力矩的作用下，风机就会产生角加速度α，由静止开始旋转起来。再经过一定的发电装置，把叶片旋转的动能转化为电能输出。风机能获得多少动能与叶片半径和风速等因素有关。

气流的功率为文献综述

然而，风机组并不能获取气流的全部能量，因此需要定义一个功率系数。功率系数是风电机组风轮获取的功率与风的可用功率的比值。

可以证明，对于任何流体涡轮，都存在一个用下式表示的可以从流体获得的最大能量：

它称为贝茨极限[2]。它的含义是，风电机组永远不可能从气流中获取超过59%的能量。 

风速与海拔高度的关系可以用下式表示：(2-1-5)

式中v0是距地面h0高度处观测到的风速，v是h高度处的风速。一般h0的值取为10米，n的取值在0.1~0.4之间。

风速与高度的关系还可以用如下公式来表 

上式， 表示地表的粗糙程度，地表类型不同， 的值也不同， h0表示距离零风速平面的高度，v和v0则是h和h0高度处的风速。风电场的出力多少可以用如下的公式来近似表示[3]：

                      （2-1-7）