微网能量优化管理若干问题研究

能源是国民经济的基本支撑,近年来随着我国经济的持续快速发展,能源的生产和消费也在迅速增加。但是,我国能源结构的不合理性以及能源利用效率偏低带来了许多环境和社会影响。分布式发电技术,有助于推动清洁能源和可再生能源的利用,提高能源利用效率,.改善能源供应结构,保障能源供应安全。另外,电力系统已发展成为大容量集中发电、远距离、超(特)高压输电的大型互联网络系统,电网大范围互联会使电网事故影响范围扩大,如果处理不当,有造成大面积停电的风险。2008年,我国南方地区发生冰雪灾害天气而导致局部区域完全停电,以至于随后发生的更大规模的停电事故,也是由于我国很多地区过于依赖集中式发电来供应电能。 相对于传统的集中式供电方式,分布式发电可以实现经济、高效、可靠供电,将为集中式供电方式提供有力补充。微网将具有不同特性相互补充的多种分布式电源组合起来,与大电网协调运行,最大限度地提高能源利用效率和供电可靠性。本文针对典型微网能量优化调度问题,研究了基于粒子群优化算法(PSO)的微网热电联合优化调度模型；进一步考虑微网内机组开停机,比较了传统数学优化方法和智能优化算法PSO的求解效果；由于风电等可再生能源出力的随机性,提出了考虑风电出力随机性的微网日前优化调度模型；在进一步研究微网实时运行调度模型的基础上,提出了微网多时间尺度能量调度架构；最后,研究了电动汽车接入对配电系统的影响。本文主要研究内容如下 第一章介绍了分布式能源的发展背景,综述了分布式发电技术的发展现状,概括了微网在接入分布式发电方面的优势,总结了分布式供能微网系统急需开展的研究内容,同时总结了微网能量管理和电动汽车接入对电网影响的研究现状。最后对本文的主要工作和章节安排进行了说明。 第二章总结了典型微网的结构及其优化运行,并对微网内主要设备热电联产机组(CHP)的部分负荷特性进行了建模。提出了微网热电联合优化调度模型,以系统运行费用最小为目标,满足设备容量约束和系统运行约束,同时在模型中考虑了系统网损和网络安全约束。然后介绍了PSO的基本原理和数学模型,并将改进PSO (IPSO)应用于该微网调度模型。研究了不同季节的热、电负荷曲线以及不同能源价格对微网优化运行的影响,研究了负荷热电比与CHP热电比的匹配问题。 第三章在第二章模型的基础上,进一步考虑了机组开停机,并对微网优化调度模型做了相应修改。结合具体算例,比较了基于数学方法的混合整数规划(MIP)和智能优化算法PSO在求解该优化问题上的性能差异。对于考虑微网潮流非线性约束的情况,对比分析了混合整数非线性规划(MINLP)与IPSO的性能差异；对于不考虑微网潮流约束的情况,对比分析了混合整数线性规划(MILP)与IPSO的性能差异。 第四章首先介绍了考虑风电出力随机性的微网优化运行。然后利用拉丁超立方采样和场景削减方法描述风电出力的随机性,提出了考虑风电出力随机性的微网日前优化调度模型。在模型中考虑了减小公共连接点PCC处交换功率的波动,通过调节电热转换设备和锅炉的出力,补偿风电出力的偏差,实现微网的安全经济运行和可调度性。 第五章研究了微网实时运行调度模型,并结合微网日前优化调度模型,提出了微网多时间尺度能量调度的架构。日前能量优化调度模型通过热、电协调,实现系统优化运行的同时,提高微网适应风电出力随机性的能力,为微网实时运行的调节提供灵活性；在实时运行时,当超短期预测的风电出力偏离日前预测的风电出力时,通过调整日前调度策略,并控制电储能设备的运行方式,在保证日前调度计划有效性的同时,减小风电出力偏差的影响,实现微网对于外部电网的可调度性。 第六章介绍了电动汽车的应用背景,分析研究了电动汽车的充电负荷模型。研究了在不同季节、不同充电模式、不同电动汽车接入量情况下,电动汽车充电对电网的影响；同时研究了在配电系统中存在大量风电的情况下,电动汽车充电对电网的影响。 第七章对全文工作进行了总结,概括了本文主要研究成果,并指出了今后有待进一步开展的工作。