海岛微电网分布式电源规划与优化调度研究

摘要

随着对海洋领域关注的不断提升，海岛自然资源的有效开发以及进一步的合理使用都成为我国学者关注的重点问题。海岛地区电网相较陆地电网有着自身特殊性，气象环境更为复杂，这些都对海岛地区电力可靠性产生了挑战。同时，种类多样且易受诸多因素影响的可再生分布式电源（renewable energy distributed generations，REGs）融入海岛电网后会进一步增加其不确定性。科学地配置REGs容量和制定良好的调度计划是有效改善海岛电网可靠性的两种重要方式。因此，本文重点针对不确定性环境下的海岛微电网，从可在生能源的容量规划和优化调度两个角度进行研究，具体内容如下:
　　首先，本文介绍了含有制水机组的海岛微电网典型结构，分析了几种可再生发电装置受自然条件时变性直接影响的系统出力，并建立了包含风、光、波浪、蓄电池的分布式电源(distributed generation，DG)数学模型。
　　其次，针对分布式电源容量规划问题，本文在传统海岛微电网的基础上考虑了淡水负荷，通过对其功率调节策略的分析，提出了海岛微电网系统能量交换策略，建立了考虑淡水负荷的海岛微电网系统DG容量规划模型，构建了基于年经济成本和可再生能源利用率的多目标函数，并结合年度气象条件和居民用水情况，通过小生境多目标粒子群算法，实现了系统电源容量规划问题的求解。
　　再次，针对海岛微电网中可再生发电功率的随机性及预测误差的不准确性，本文应用了场景分析法对系统存在的随机变量进行处理。研究中通过拉丁超立方采样方法生成了多种可再生能源发电功率的场景集，采用聚类分析法及同步回代削减法分别对可再生能源的场景集进行了削减，构建了削减后多场景的概率日前调度模型，并运用Cplex仿真得到了海岛微电网的调度计划，由此验证了可再生能源随机性对优化调度结果的影响。
　　最后，通过不确定规划理论以及概率函数分布方法建立了海岛微电网中可再生能源优化调度模型，且为了保证模型的通用性，分别研究了系统在离网和并网两种运行方式下的的运行策略;依据可再生能源的分布特性，给出了不同置信水平下的电量不足期望;分析了在两种运行模式下海岛微电网的机会约束规划模型(chance constrained programming model，CCPM)，并分别对其进行仿真计算，由此得到了海岛微电网可调度机组的出力及与大电网电能交易情况。通过仿真结果验证了所采用的模型和策略的有效性。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1课题的研究背景和意义

1．2国内外研究现状

1．2．1海岛微电网的研究现状

1．2．2海岛微电网DG容量规划的研究现状

1．2．3海岛微电网DG优化调度的研究现状

1．3论文主要工作

第2章海岛微电网的结构与相关数学模型

2．1海岛微电网的总体结构

2．2．1风力发电机组件

2．2．2光伏发电组件

2．2．3波浪能发电组件

2．2．4储能单元发电组件

2．2．5柴油发电机组件

2．2．6海水淡化组件

2．3本章小结

第3章考虑淡水负荷的海岛微电网电源容量优化配置研究

3．1系统可控组件的能量交换策略

3．1．1制水机组功率调节策略

3．1．2储能系统的充放电策略

3．1．3柴油发电机功率调节策略

3．2海岛微电网能量交换模型

3．2．1第一阶段能量交换分析

3．2．2第二阶段能量交换分析

3．2．3第三阶段能量交换分析

3．2．4 MG系统能量交换流程

3．3海岛微电网电源容量配置模型的建立

3．3．1目标函数的建立

3．3．2约束条件

3．4含淡水负荷的MG电源容量配置的求解流程

3．4．1基于小生境技术的MOPSO算法

3．4．2含淡水负荷的MG电源容量配置的求解流程

3．5算例研究与结果分析

3．5．1算例概况

3．5．2仿真结果及分析

3．6本章小结

第4章考虑分布式电源随机性的海岛微电网优化调度研究

4．1可再生能源随机性问题的处理方法

4．2可再生能源随机性分析

4．3考虑预测误差的可再生能源场景生成与缩减

4．3．1可再生能源发电功率场景集的生成

4．3．2可再生能源发电功率场景集的削减

4．4海岛微电网的优化调度模型

4．4．1目标函数

4．4．2约束条件

4．4．3模型求解流程

4．5仿真结果及分析

4．5．1算例介绍

4．5．2不同场景集的生成与削减

4．5．3考虑分布式电源随机性的海岛微电网优化调度

4．6本章小结

第5章基于CCPM的海岛微电网优化调度研究

5．1不确定规划理论

5．2基于CCPM的优化调度建模

5．2．1不确定性变量的选择

5．2．2优化调度问题中不确定性因素模型分析

5．2．3规划模型的选择

5．2．4离网模式的日前调度模型

5．2．5并网模式的日前调度模型

5．3机会约束条件转化确定性条件

5．4算例优化结果及分析

5．4．1算例场景及数据

5．4．2优化结果及分析

5．4．3置信水平对优化结果的影响

5．5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢