基于连续时间序列的微电网需求响应策略研究

摘要

随着微电网示范性工程在世界范围内的研究与推广，其相关的分布式发电技术与负荷控制技术也在迅速发展。近年来，需求响应作为负荷控制的一种重要手段在国内外进行了广泛应用，对电网的负荷调整以及用户的经济效益产生了较好的效果。但是，在微电网中对于微电网环境与用户负荷的模型建立仍是粗糙的，评估需求响应策略对负荷的影响将会与实际产生一定的偏差。Gridlab-d软件是美国太平洋西北国家实验室开发的面向市场经济、消费者行为及系统间交互作用的应用，它能够精细化建模微电网中的各种发用电设备，且可以计及外界气象及经济环境变化的影响。因此，本文基于Gridlab-d软件对分布式电源以及需求响应策略对用户用电方式的影响进行了深入研究。主要工作如下:
　　首先，对国内外微电网示范工程进行了分析，分别从电源结构、负荷组成、网络结构进行总结归纳，为本文的理论建模提供实际工程方面的借鉴。同时对国内外需求响应在微电网中的研究与仿真进行分析，主要包括微电网仿真模型的建立方法和需求响应在微电网中的实施策略两个方面。
　　其次，对微电网的典型网络结构进行了分析，对分布式电源类型进行了介绍，具体对光伏、风电、内燃机和储能的工作原理以及出力特性进行分析，为微网模型的建立提供原理基础。同时，从需求响应策略和参与需求响应的负荷类型两个方面对需求响应进行了介绍，为电价策略的制定以及确定参与需求响应的负荷类型提供了理论依据。
　　再次，对Gridlab-d仿真平台分别在外部环境（天气）、微电网拓扑、居民建筑及负荷模型、控制器方面进行了详细的介绍，构建了精细化的微电网仿真模型。其中，天气文件中包含温度、风速以及光照强度等信息，为光伏、风机等分布式电源的出力曲线的仿真以及居民家庭中空调及热水器运行环境的设置提供数据支撑。同时，针对居民家庭中负荷的特点，将电器分别进行ZIP建模和物理建模，为居民负荷的合理建模打下基础。此外，基于对软件中控制器的研究，结合居民参与需求响应的特点，对居民负荷中的空调和热水器采用控制器进行控制。其中，控制器参数的设置可以反应居民对需求响应的参与度。
　　最后，基于对居民中电器的建模，对居民负荷在不同时间维度进行仿真模拟和分析。在此基础上，在微网中分别以固定电价、分时电价、实时电价等不同电价策略对居民负荷以及电费的影响进行仿真计算，由此说明不同需求响应策略会改变居民的用电方式。为进一步分析微电网中分布式电源下对用户用电方式的影响，从分布式电源是否参与电力市场竞价两种情况进行分析。以清洁能源为例作为不参与市场竞价的分布式电源，在其出力被消纳的情况下分析对用户用电方式的影响;以内燃机为例作为参与电力市场竞价的分布式电源，分析市场竞价对空调等参与市场出清的负荷的影响。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 微电网技术发展现状

1．2．2 需求响应参与微电网运营研究现状

1．3 论文主要研究内容及主要工作

第二章 微电网及需求响应概述

2．1 微电网简介

2．1．1 微电网的定义

2．1．2 微电网结构

2．2 需求响应简介

2．2．1 需求响应概述

2．2．2 以居民为代表的负荷分类

2．3 本章小结

第三章 基于Gridlab-d的微电网精细化建模

3．1．1 软件简介

3．1．2 软件模块构成

3．2 连续时间序列仿真

3．3 基于Gridlab-d的微电网及居民负荷建模

3．3．1 微电网拓扑关系

3．3．2 居民负荷模型

3．4 本章小结

第四章 基于连续时间序列的微电网需求响应策略研究

4．1 不同时间维度下用电方式的变化

4．1．1 居民家庭中的负荷建模

4．1．2 季节变化及工作周期对居民负荷的影响

4．2 不同需求响应策略对用户用电方式的影响

4．2．1 固定电价

4．2．2 分时电价

4．2．3 实时电价

4．2．4 比较

4．3 微电网中分布式电源及储能接入对用户用电方式的影响

4．3．1 分布式电源(清洁能源)不参与市场竞价

4．3．2 分布式电源(内燃机)参与市场竞价

4．4 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文