电/气/热微型能源系统的建模、仿真与能量管理研究

摘要

随着热电联产系统及分布式能源应用范围的不断扩大，多种能源系统的耦合和联系日益紧密。然而，传统能源系统在建模与分析时，电/气/热系统一般分开处理，常忽略不同能源系统间的相互作用或做近似处理。本文以微型能源系统为研究对象，围绕其中的电/气/热耦合环节的建模、仿真与能量管理理论与方法展开研究，主要工作如下：
　　1)针对目前微型燃气轮机模型，在仿真过程中难以有效反映天然气管网对微型燃气轮机及电力系统影响的缺点，对传统单轴和分轴微型燃气轮机的原动环节进行模型改进；进一步，在考虑燃气管道和电力网络两类动态系统的不同时间特性基础上，提出一种适用于由燃气管网、微型燃气轮机和电力网络共同构成的电/气/热微型综合能源系统的双时间尺度仿真算法；最后，利用所提模型及方法，分析了电力系统与天然气系统的相互影响。
　　2)针对电/气/热微型能源系统的运行特点，提出一种分层优化协调控制策略及其实现框架，包含协调控制层、优化控制层和执行控制层三部分；在控制流程设计时，采用奇异摄动理论，充分考虑了电/气/热子系统的时间尺度和运行特性，实现了不同能源系统控制措施的时间分解和多种能源形式的优化调度，达到有效管理电/气/热微型能源系统的目的。
　　3)为充分反映微型能源系统中不同能源形式之间的交互影响，本文基于能源集线器理论，构建了热电联产系统模型；科学考虑电力网络和燃气管网的相关约束，提出了一种适用于微型能源系统的综合潮流算法；进一步，考虑电/气/热系统运行特性，提出了一种针对微型能源系统的最优潮流模型，并给出基于粒子群优化的求解方法；最后，利用三个算例系统验证了所提综合潮流及最优潮流算法的有效性。
　　4)为将负荷需求响应资源集成到电/气/热微型能源系统的运行调控环节，基于上述综合最优潮流模型，提出了一种适用的分层优化调度方法：首先，有效结合微型能源系统的日前调度和日间调度，根据不同时间的运行需求，形成不同时段的层级调控目标；进一步，充分考虑微型能源系统中电气环节的运行不平衡性，给出了一种三相集群负荷需求响应模型；最后，利用分层架构实现电/气/热微型能源系统源-荷的协同调度，其中，上层调度单元通过最优潮流形成调度指令，下层调度单元根据上层调度指令，对微型能源系统各种调控手段进行分解和协调。仿真结果表明，本文所提出的调度方法能够实现对含有电/气/热等多种能源及可控负荷的微型能源系统的有效管理。

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第一章绪论

1.1 引言

1.2 综合能源系统实现形式

1.3 综合能源系统研究面临问题及本文关注

1.4 电/气/热微型能源系统的研究内容和研究现状

1.5 本文的主要工作

第二章 电力-天然气综合能源系统建模与互动机理研究

2.1 引言

2.2 电力-天然气综合能源系统基本结构

2.3 电力-天然气综合能源系统数学模型

2.4 双时间尺度模型及求解方法

2.5 电力-天然气管道系统的互动特性研究

2.6 本章小结

第三章 微型能源系统的分层优化运行控制策略

3.1 引言

3.2 系统元件模型

3.3微型能源系统的多时间尺度模型

3.4 微型能源系统分层优化控制体系架构

3.5 仿真结果

3.6 本章小结

第四章 电/气/热微型能源系统综合潮流分析与优化方法

4.1 引言

4.2 综合能源系统模型

4.3 多能源系统综合潮流算法

4.4 综合能源系统的最优潮流

4.5 算例

4.6 本章小结

第五章 含负荷需求响应的微型能源系统调度策略研究

5.1 引言

5.2 微型能源系统双层调度框架

5.3 分层调度算法实现

5.4 算例

5.5 本章小结

第六章结论与展望

参考文献

附录

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