提高风电利用效率的风-电-热耦合系统调度方法研究

摘要

随着储能技术的不断发展，为适应目前风电的高渗透水平，天然气系统、电力系统和热力系统之间的协调合作越来越受到重视。为实现风能源的大规模储存和高效率利用，增强电力和热力集成系统之间耦合，提高集成能源网的灵活性和能源利用效率，本课题基于目前已知的电转气技术（包括水电解制氢等）、储能技术以及电力系统与热力系统之间耦合枢纽（包括热电联产、电热泵等）的选择，构建了多种运行场景，建立相应场景下的风-电-热耦合优化调度模型，具体内容如下： 通过对传统以智能配电、气、区域供水供热系统构成的区域能源系统网架结构和调度方法的研究，为后续研究奠定基础，同时从传统供能网络结构及调度策略的局限性着手，以期本课题能够在网络结构、建模方法及调度策略上有所改进并优化。 结合新兴的电转气（Power to gas，P2G）技术，在深入了解和掌握供能单元设备/系统的特性、能源互相联系与转化的方法以及现有的对于元件级、终端系统、区域能源系统的综合建模方法基础上，提出了基于双域动态最优潮流的具有电转气功能的电热联合系统调度模型。针对两种常见的电热生产模式，计算优化期间内各个单元的最优出力及标准煤耗，并通过与传统电热能源供应形式的量化比较，从而判断所提调度方式的经济效益和节能效益。 根据电热泵调节含热电联产机组系统中风-电-热供需不同步的矛盾，通过燃气锅炉的快速响应特性提高供热系统的调节能力，构建了电热泵与燃气锅炉辅助消纳风电方式下电热系统联合运行场景，建立了该场景下的电-热耦合优化调度数学模型。并利用粒子群优化算法对其进行求解仿真以验证所提方法在提高风电利用效率，减少电热耦合功能系统运行煤耗，UK-22节点系统计算分析结果验证了所提方法的可行性及有效性。 基于对储能技术的深入了解以及对求解算法更新的动态掌握，结合新型的 SCA 算法（Sensational and consciousness algorithm，SCA）进行分解迭代，利用储热装置来实现热负荷的实时转移增加供热系统的灵活性，进一步完善集成能源系统模型的构建，提出了基于SCA分解法的含电热泵和储热装置的热电联产调度模型，含6母线6节点的集成系统数值仿真验证了所提方法的有效性。

目录

第1章 绪 论

1.1 研究的背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 课题研究的主要内容

第2章 含电转气环节的风-电-热耦合系统调度方法

2.1 电转气技术

2.2 具有电转气功能的电-热耦合系统模型

2.3 仿真结果与分析

2.4 本章小结

第3章 含电热泵与燃气锅炉的风-电-热耦合系统调度方法

3.1 含电热泵与燃气锅炉的电-热耦合系统建模

3.2 耦合系统的调度模型及求解方法

3.3 仿真结果与分析

3.4 本章小结

第4章 基于SCA分解法的含电热泵与储热装置的风-电-热耦合系统调度方法

4.1 含电热泵和储热装置的电-热耦合系统模型

4.2 含电热泵和储热装置的风-电-热耦合系统调度模型

4.3 基于SCA算法的调度模型求解方法

4.4 仿真结果与分析

4.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

声明

致谢