计及分布式电源的配电系统规划方法研究

摘要

随着社会经济的飞速发展，传统化石燃料能源的日益枯竭，生态环境问题日益严重，风电和光伏作为蕴量巨大的可再生的分布式能源受到了世界各国的广泛关注，并得到了快速的发展。原有电力系统的惯量、线路传输功率和潮流分布由于分布式电源的接入发生不同程度的变化，如何实现分布式电源的高效运行被认为是全球的主要挑战。在规划阶段将分布式电源及其配套措施统筹考虑，同时根据分布式电源的出力特性、用户对不同能源的需求与配电系统的未来发展方向搭建规划平台，就能顺应能源市场的发展要求提高分布式能源在配电系统中的接纳程度，同时促进电力系统与其他能源网络的高效融合。基于此，本文从当前可对分布式电源出力采用的主动管理措施和未来可建设成立的综合能源市场的两个角度分别进行了计及分布式电源的配电系统规划方法进行研究。 目前可采用的主动管理措施除了可以通过在分布式电源接入节点投切无功补偿设备来满足配网运行对无功的需求;或可以调整变压器的变比，保证配电系统内节点的电压不越限;还可以控制分布式电源出力调整接入分布式电源节点的电压，从而改善潮流分布，减小出力波动对电网的冲击。因此本文基于多场景技术提出了对分布式电源出力采取主动管理措施的分布式电源协调规划模型。首先考虑分布式电源的布点和安装容量规划，以年寿命周期投资费用最小为目标建立上层规划模型，其中包括分布式电源的建设费用、年运行维护费用、年直接停电损失费用、向上级电网的年购电成本以及主动管理费用。然后通过同步回代消除法对分布式电源的出力构建季节性场景集。最后在季节性场景集下以分布式电源出力切除量最小为目标函数，以节点功率平衡、节点电压、支路功率、分布式电源出力切除量、无功补偿装置投切量和有载变压器调节量为约束条件构建了下层规划模型。并根据IEEE33节点系统，通过布谷鸟搜索算法混合原对偶内点法对所提模型完成求解计算，证明了根据季节和天气的不同对分布式电源典型出力进行场景划分，规划模型内的分布式电源的出力模型将更加精确且能大幅减少求解规划模型的计算量。在采取主动管理措施之后，分布式电源在配电系统内的接入容量大大提高，减轻了分布式电源接入配电系统后所带来的不良影响，维持了接入节点处的电压稳定。同时通过多种主动管理措施分别对分布式电源的出力、有载变压器的抽头和无功补偿量进行调节，提升了分布式电源出力的利用率，减少负荷低谷期配电系统对分布式电源出力的放弃量。 随着天然气网络、热能网络等多种能源网络与电网的逐渐交叉与融合，能源市场逐步并放，在高渗透分布式电源接入配电网的情况下，综合能源供应商成为综合能源市场内的一个新型利益主体。本文首先采用能源集线器的模型描述了内置分布式电源、热电联产、电转气和燃气锅炉等能源转换装置的综合能源单元，并根据市场竞价交易原则建立了包含区域能源供应商和综合能源管理中心两大利益主体的综合能源市场。基于此，本文提出了一个考虑区域能源供应商和综合能源管理中心净收益双重最大化的双层规划模型。其上层为综合能源中心内的各装置容量规划，下层是对综合能源管理中心购电、气策略的确定。同时模型内考虑了主动管理措施以及分布式电源出力的时序性。通过猫群算法与改进的遗传算法对所提模型完成求解计算。以包含电气和天然气网络的IEEE33节点系统为例来对综合能源规划模型进行分析，验证了本文提出的综合能源市场模型能充分反映未来能源市场发展的规则和特点，在建立了能源交易过程的监管和执行单位之后，市场竞争机制能充分优化参与博弈主体的收益。区域能源供应商在通过多能互补最大化自身收益时，能在不影响用户正常用能的前提下充分满足用户对各种能源的需求。在区域能源供应商代替用户参与需求响应时，平抑了配电系统中分布式电源出力和负荷波动，实现多种能源的供需互补。

目录

声明

摘要

1．1研究背景与意义

1．2国内外研究现状

1．2．1分布式电源规划研究现状

1．2．2主动管理措施研究现状

1．2．3多场景技术研究现状

1．2．4综合能源配电系统研究现状

1．3主要研究内容

2．1引言

2．2典型分布式电源出力建模

2．2．1风机发电出力建模

2．2．2光伏发电出力建模

2．3配电系统中的主动管理模式

2．3．1主动管理模式概述

2．3．2主动管理模式在规划阶段的应用

2．4分布式电源出力的季节性多场景模型分析

2．4．1分布式电源的波动特性

2．4．2季节性场景削减方法

2．5综合能源系统的转换装置与数学模型分析

2．5．1能源装换装置

2．5．2能源集线器模型

2．6本章小结

3计及分布式电源的配电系统多场景协调规划方法

3．1引言

3．2分布式电源的季节性削减

3．3主动管理模式下基于多场景分析的分布式电源协调规划模型

3．3．1上层规划模型

3．3．2下层规划模型

3．4规划模型求解算法

3．5算例分析与验证

3．5．1算例设置

3．5．2结果分析

3．6本章小结

4．1引言

4．2电-气-热三网耦合下的综合能源系统模型

4．2．1终端综合能源单元模型

4．2．2综合能源市场主体

4．3市场环境下的电-气-热三网耦合系统规划模型

4．3．1上层规划模型

4．3．2下层规划模型

4．4规划模型求解算法

4．5算例分析与验证

4．5．1算例设置

4．5．2结果分析

4．6本章小结

5．1结论

5．2展望

参考文献

攻读硕士学位期间参与的科研课题与取得的成果

致谢