计及热动态特性和综合需求响应的微能源网可靠性评估

摘要

传统化石能源的日渐枯竭和环境的恶化促进了能源系统的改革和发展。目前，能源系统逐渐由传统电、气、热系统独立运行供应模式向多能耦合协调运行模式转变，微能源网（micro energy grid，MEG）应运而生。微能源网中不同能源网络的动态特性及其相互的耦合关系，势必会给微能源网的可靠性评估带来新的挑战。此外，伴随微能源网而生的多能存储技术和综合需求响应技术，在改变系统优化运行的同时，也会给微能源网的可靠性带来积极的影响。　　基于此，本文受“国家重点研发计划资助项目（2017YFB0902200），国家电网公司科技项目（5228001700CW）”的资助，围绕多微能源网（multi-micro energy grid，MMEG）的日前经济调度和可靠性评估等问题展开研究，主要研究内容如下：　　合理安排各微能源网间的能量交互及其内部能量转换、存储装置的出力，可有效降低多微能源网的总运行成本。为此，建立一种考虑多能存储和微能源网间能量交互的多微能源网日前经济调度模型。首先，基于能源枢纽概念搭建含多种能量转换装置和多能存储装置的微能源网模型；然后，以系统能量交互成本和弃风弃光惩罚成本之和最小为目标，建立计及多能耦合和多能存储的单个微能源网日前经济调度模型。最后，考虑多个微能源网之间的多种能量交互及其对可再生能源和微源出力的影响，建立多微能源网的日前经济调度模型。该模型为混合整数线性规划模型，采用GUROBI求解器进行求解。以多电型、缺电型和平衡型微能源网耦合而成的多微能源网为例进行分析，算例表明：电转气（power to gas,P2G）技术和多能存储技术可有效提高系统的可再生能源利用率并降低系统运行成本；考虑微能源网间的能量交互后，各类型微能源网的经济性均有提升。　　微能源网中多能存储和热动态特性的协调调度，可实现微源出力和负荷需求在不同时段上的转移，提高系统运行可靠性。为此，基于前述建立的多微能源网日前经济调度模型，提出计及多能存储和热动态特性的微能源网最优负荷削减模型，进而提出微能源网可靠性评估方法。首先，考虑供热管网的传输延迟和温度损耗，基于节点法建立供热管道模型，并依照热负荷特性将热负荷分为常年性热负荷和季节性热负荷，建立热负荷动态特性模型。其次，考虑热能传输环节中的热网动态特性和热负荷需求的惯性，建立微能源网的最优负荷削减模型。最后，将最优负荷削减模型和时序蒙特卡罗模拟法有机结合，提出计及多能存储和热动态特性的微能源网可靠性评估方法。以某缺电型微能源网为例进行分析，算例表明：考虑热动态特性和多能存储的协调优化，微能源网的可靠性得到显著提升。　　在微能源网可靠性评估方法上，进一步考虑微能源网多种负荷的需求响应和微能源网间的多种能量交互，提出一种多微能源网的可靠性评估方法。首先，将电负荷和热负荷分为柔性负荷和非柔性负荷，并在季节性热负荷模型中增设可接受温度区间，建立多微能源网的综合需求响应模型。然后，基于前述建立的多微能源网日前经济调度模型，在目标函数中增设综合需求响应补偿成本和负荷削减成本，考虑微能源网间能量交互和综合需求响应等约束，建立多微能源网的最优负荷削减模型。最后，采用时序蒙特卡罗模拟法评估多微能源网的可靠性。算例表明：所提可靠性评估方法可以实现对多微能源网可靠性的准确评估，此外，考虑综合需求响应和微能源网间的能量交互可提升系统的可靠性。

目录

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 微能源网研究现状

1.3 微能源网的优化经济调度研究现状

1.4 综合需求响应研究现状

1.5 微能源网可靠性评估研究现状

1.6 本文主要研究内容

2 计及多能存储和能量交互的多微能源网日前经济调度

2.1 引言

2.2 微能源网简介及其主要设备的数学模型

2.2.1 分布式发电机组

2.2.2 能量转换装置

2.2.3 储能装置

2.3 计及多能耦合和多能存储的微能源网日前经济调度模型

2.4 计及能量交互的多微能源网日前经济调度模型

2.5 算例分析

2.5.1 算例简介

2.5.2 储能和 P2G装置的引入对微能源网的影响分析

2.5.3 能量交互对多微能源网的影响分析

2.5.4 多微能源网系统 MMEG2 的经济调度优化结果分析

2.6 本章小结

3 计及多能存储和热动态特性的微能源网可靠性评估

3.1 引言

3.2 热动态特性模型及其可靠性影响分析

3.2.1 热网的动态特性

3.2.2 热负荷的动态特性

3.3 基于日前经济调度模型的微能源网最优负荷削减模型

3.4 微能源网可靠性评估

3.4.1 微能源网可靠性评估指标

3.4.2 微能源网元件停运模型

3.4.3 可靠性评估流程

3.5 算例分析

3.5.1 微能源网可靠性评估结果分析

3.5.2 储能和热动态特性对微能源网可靠性的影响分析

3.5.3 储能和热动态特性对微能源网经济性的影响分析

3.5.4 微能源网 MEG4 的可靠性评估结果分析

3.6 本章小结

4 计及能量交互和综合需求响应的多微能源网可靠性评估

4.1 引言

4.2 基于分类负荷的综合需求响应模型及其可靠性影响分析

4.2.1 用户负荷分类

4.2.2 综合需求响应模型及其可靠性影响分析

4.3 计及能量交互和综合需求响应的多微能源网最优负荷削减模型

4.4 多微能源网可靠性评估算法

4.5 算例分析

4.5.1 多微能源网可靠性评估结果分析

4.5.2 能量最大交互功率限制对多微能源网系统可靠性的影响分析

4.5.3 需求响应对多微能源网系统可靠性的影响分析

4.5.4 柔性负荷对多微能源网系统可靠性的影响分析

4.5.5 多微能源网 MMEG2 的可靠性评估结果分析

4.6 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

附 录

A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录

B. 作者在攻读硕士学位期间申请的专利

C. 作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目

D. 微能源网装置的可靠性参数

E. 学位论文数据集

致 谢