计及需求响应的含大规模风电和电动汽车电力系统优化运行研究

摘要

在能源危机、环境污染的双重背景下，风电和电动汽车均得到了迅速发展。然而风电具有的随机性、波动性等特点，使得大规模风电并网将对电力系统安全稳定带来严重挑战。尽管电动汽车具备可充可放的运行特性，一定程度上可实现与风电的协调互补运行，但其本质仍是电力负荷，受车主主观意愿、天气、路况等多方面因素影响，规模化电动汽车并网将增大电网调度运行的难度。为应对大规模风电和电动汽车并网带来的不确定性的增长，亟需挖掘新的灵活资源提升系统的灵活调节能力。作为智能电网架构的重要一环，需求响应可以通过引导用户调整用电行为，从负荷侧响应电网变化，为提升电网灵活调节能力提供一条崭新的途径。本文研究了计及需求响应的含大规模风电和电动汽车的电力系统优化运行问题，取得的研究成果如下： 本文从电动汽车的电池充电特性、充电模式、行驶特性三个角度对电动汽车的充电特性进行了分析，给出了适用于系统调度的电动汽车充放电模型。同时基于需求响应的响应特性分别给出了考虑分时电价和考虑可中断负荷的需求响应模型。 考虑风电和电动汽车不确定性，以概率场景表征风电不确定性，应用鲁棒理论处理电动汽车不确定性，在此基础上将常规机组运行成本、削负荷成本、弃风成本、电动汽车放电补偿成本引入目标函数，建立了含大规模风电和电动汽车的电力系统经济调度模型，探讨了电动汽车有序充放电对电网侧的影响。算例表明在满足用户需求的前提下对电动汽车充放电进行有序控制，能改善系统的经济性，提高系统备用容量，增强系统的灵活性。 考虑需求响应对系统运行的影响，探讨需求响应与电动汽车充放电的互补关系，建立了计及需求响应的含大规模风电和电动汽车的电力系统经济调度模型，通过常规机组运行工况、电动汽车充放电及需求响应的协调优化，实现了系统运行经济性最佳，并通过算例说明了需求响应能有效提高系统的灵活性，验证了模型的有效性。

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摘 要

Abstract

目 录

1. 绪论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 课题研究现状

1.2.1 风电研究现状

1.2.2 电动汽车并网研究现状

1.2.3 需求响应研究及其应用现状

1.3 本文的主要研究内容

2. 电动汽车和需求响应参与系统运行模型研究

2.1 电动汽车充放电模型研究

2.1.1 电动汽车充电特性分析

2.1.2 基于蒙特卡洛抽样的电动汽车充电需求建模

2.1.3 电动汽车无序充电对负荷曲线的影响

2.1.4 电动汽车放电实现方式

2.1.5 电动汽车有序充放电模型

2.2 需求响应参与系统运行模型研究

2.2.1 电价型需求响应

2.2.2 激励型的需求响应

2.2.3 基于分时电价的需求响应模型

2.2.4 基于可中断负荷的需求响应模型

2.3 本章小结

3. 含大规模风电和电动汽车的电力系统经济调度

3.1 含大规模风电和电动汽车电力系统经济调度模型

3.1.1 目标函数

3.1.2 约束条件

3.2 模型求解方法

3.2.1 不确定性处理

3.2.2 随机鲁棒优化模型

3.2.3 模型求解方法

3.3 算例分析

3.3.1 系统基本参数

3.3.2 算例结果分析

3.4 本章小结

4. 计及需求响应的含大规模风电和电动汽车电力系统经济调度

4.1 计及需求响应的含风电和电动汽车电力系统经济调度模型

4.1.1 目标函数

4.1.2 约束条件

4.2 模型求解方法

4.2.1 随机鲁棒优化模型

4.2.2 模型求解方法

4.3 算例分析

4.3.1 系统基本参数

4.3.2 算例结果分析

4.4 本章小结

5. 结论与展望

5.1 全文总结

5.2 工作展望

致 谢

参考文献

附录A 算例原始数据

附录B 攻读硕士学位期间发表论文及参与项目情况