计及温控设备的社区级微网储能容量优化配置及最优经济运行

摘要

随着能源危机和环境问题的日益突出，能够接纳各类可再生能源的微电网应运而生。相对于一般微电网，社区级微电网需要满足不同类型居民用户的需要，各类温控设备接入较多，内部电、热关系较为复杂，使其可靠性评估、储能容量配置和经济运行等方面表现出新的特点，有必要进行专门的研究。为此，本文针对含温控设备的社区级微电网的可靠性评估、储能容量优化配置和经济运行等问题开展研究。
　　对于社区级微电网可靠性评估而言，已有方法没有考虑温控设备的温度调节对负荷曲线以及整个系统可靠性的影响。为此，本文基于温控设备的热力学参数模型，提出基于时序蒙特卡洛法的社区级微电网可靠性评估方法。首先，基于温控设备的热力学模型，结合当前时段外部环境温度和温控设备的调温特性，确定下一时段的调节温度，生成温控设备的时序负荷曲线；基于风速和太阳辐射序列以及风机和光伏电站的出力模型确定其时序出力曲线，结合微网运行策略确定储能设备的充放电功率，基于时序蒙特卡洛法提出计及温控设备的社区级微电网可靠性评估方法。另外，为了量化温控设备的调温效果，提出了温度越限概率、频率等评价指标。算例分析表明，本文所提方法可以计入温控设备的温度调节特性对社区级微电网进行可靠性评估，增加温控设备允许调节温度范围，可以提高系统可靠性和经济性。
　　当前，针对微电网储能容量优化配置的相关研究较多，但鲜有研究计入温控设备的影响，即忽略了“广义储能设备”对电储能容量优化配置的影响。为此，本文建立了计及温控设备的社区级微电网储能容量优化配置模型。首先，以热泵作为典型温控设备，结合其调节温度与消耗功率间的动态变化规律，实现“广义储能”。以电储能设备投资成本、运维费用、缺供电费用、温度越限费用和弃风惩罚等费用之和最小为目标函数，建立了计及温控设备储能特性的微电网储能容量优化配置模型，并采用遗传算法进行求解。算例分析表明，温控设备的接入会影响电储能容量的配置；增加温控设备允许调节温度范围，不仅可以减少电储能容量的配置，还可以增加新能源的消纳，降低储能损耗。
　　对微电网最优经济运行而言，已有相关的研究，但鲜有考虑温控设备接入的影响。为此，本文以社区级微电网最优经济运行为研究对象，建立了计及温控设备的最优经济运行模型。结合调节温度与消耗功率间的动态变化规律，根据允许调节温度范围，优化温控设备的时序需求功率，建立以燃料消耗费用、机组启停费用、弃风惩罚费用和储能损耗费用之和最小为目标函数的微电网优化运行模型，采用混合粒子群算法进行求解。算例分析表明，考虑温控设备的温度调节作用，可降低调度周期内的总费用，随着温度调节范围的增大，总费用将进一步减小。

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封面

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1 选题背景和研究意义

1.2 微电网可靠性评估研究现状

1.3 微电网储能系统容量优化配置研究现状

1.4 微电网最优经济运行研究现状

1.5 本文主要研究内容

2 计及温控设备的社区级微电网发电系统可靠性评估

2.1 引言

2.2 可靠性评估基础

2.3 微电网中常见单元的数学模型

2.4 典型温控设备仿真模型

2.5 可靠性指标和温度指标

2.6 计及温控设备的社区级微电网的可靠性评估方法

2.7 算例分析

2.8 小结

3 计及温控设备的社区级微电网储能容量优化配置

3.1 引言

3.2 微电网中常见单元的数学模型

3.3 计及温控设备的社区级微电网储能容量优化模型

3.4 计及温控设备的社区级微电网储能容量优化模型求解方法

3.5 算例分析

3.6 小结

4 计及温控设备的社区级微电网最优经济运行

4.1 引言

4.2 计及温控设备的社区级微电网最优经济运行模型

4.3 计及温控设备的社区级微电网最优经济运行模型求解方法

4.4 算例分析

4.5 小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献

附录

A．作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录

B．作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目

C．作者在攻读硕士学位期间取得的科研成果