含多类型能源的微网与外部电网协调运行机制和容量配置研究

摘要

能源与环境是人类赖以生存的基础，为了实现能源与环境的可持续发展，一场以清洁能源大规模高效利用为导向的能源革命正在全球范围内如火如荼的开展。微网作为利用清洁能源的一种重要技术，对推动传统能源结构向清洁能源转变具有重大意义。微网的出现，改变了社会生产和生活的用能方式，传统电网广域的发电、输电、配电和用电四个关键环节在微网中实现了高度的集中。微网是具备源、荷双重特性的主动负荷，通过灵活的优化控制，可以实现电网发电与用户用电的互动，从而促进清洁能源的高效利用，推动粗放型能源社会向集约型能源社会发展。
　　本文在国家‘863’计划“基于分布式能源的用户侧智能微电网关键技术研究与集成示范”和自然科学基金面上项目“微电网环境下电动汽车与可再生能源的协同增效机理与优化方法”的支助下，对含多类型可再生能源的微网容量优化配置、微网自治优化运行方法、多微网互联能力分析、含多微网的配电网重构和多微网合作参与配电网协调运行五个方面进行了研究，为微网示范与推广提供理论支撑与工程参考。主要创新点如下:
　　1)针对含多类型能源的微网，从并网与离网两个角度提出了相关的优化配置方法。以典型离网型微网——含风光柴蓄及海水淡化负荷的海岛微网为对象，提出了一种多目标优化配置模型及求解方法，综合考虑海水淡化、蓄电池及柴油发电机三种类型的可调控资源，提出了系统功率分配策略。以典型并网型微网——工业型光伏微网为对象，提出了一种计及重要负荷的储能容量优化配置方法。分析了重要负荷的启动冲击特性和整体负荷的运行特性，结合分时电价机制，提出了储能系统充放电运行策略，建立了基于年净利润最大化和光伏消纳最大化的双目标优化模型。
　　2)提出了一种基于负荷分类的微网优化控制策略。将微网负荷分为基线负荷、可平移负荷和可计划负荷三类，并分别建立了用电特性模型，从而形成负荷优化控制约束条件。基于实时电价和负荷分类约束，建立用户购电费用最小和用户不满意度最低两个对立的目标函数，并采用粒子群优化算法进行了离散和连续决策变量的混合求解。
　　3)提出了一种从互联系统频率稳定和调节能力角度分析多微网互联可行性的方法。通过对无差调频微源、有差调频微源和负荷的频率特性进行分析，得出包含不同形式微源的微网综合频率特性。根据微网综合频率特性，可以计算出最低频率点有功功率，该功率便是频率稳定临界功率。根据微网系统内可控电源与储能的备用容量，从可再生能源功率不同跌落量调节角度，计算备用时长和备用功率是否满足要求。
　　4)针对含多微网的配电网，提出了一种计及可再生能源和负荷的不确定性的配电网两阶段实时重构模型。在第一阶段优化配电网的拓扑结构、在第二阶段优化微网内柴油机组出力、储能的充放电及与外部电网的交换功率，以降低配电网实时运行的经济风险。采用多割平面广义Benders解耦将对构建的两阶段配电网重构模型进行求解，并在含3个微网的RBTS Bus5测试系统上进行测试。
　　5)针对局部配电网内多个微网的协作问题，提出了电力市场环境多微网的合作博弈方法:首先，基于自适应鲁棒优化，提出了单个微网的日前调度模型，并实现了多微网间的能量和备用共享;其次，采用凸博弈理论将多微网协作的收益合理有效地分配至各微网，并从理论方面验证了多微网利益分配机制的稳定性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 微网容量优化配置

1．2．2 微网控制方法

1．2．3 多微网互联运行

1．2．4 多微网群与配电网协调运行

1．3 课题来源及主要工作

第2章 含多类型能源的微网储能容量优化配置

2．1 引言

2．2 离网型微网优化配置模型

2．2．1 海岛微网的典型结构与功能

2．2．2 考虑柴／储／淡的功率分配策略

2．2．3 容量优化配置的数学模型

2．2．4 优化模型求解方法

2．2．5 海岛微网容量优化配置算例分析

2．3 并网型微网储能优化配置模型

2．3．1 工业光伏微网典型结构

2．3．2 微网运行特性分析

2．3．3 工业型光伏微网储能容量优化配置模型

2．3．4 优化模型求解方法

2．3．5 并网微网储能容量配置算例分析

2．4 本章小结

第3章 基于负荷分类的微网优化运行

3．1 引言

3．2 用户负荷分类

3．3 可控型负荷建模

3．3．1 微网可平移型负荷建模

3．3．2 微网全控型负荷建模

3．4 基于负荷分类的微网优化控制模型

3．4．1 微网优化模型目标函数

3．4．2 微网优化模型约束条件

3．5 优化模型求解

3．5．1 基本实验数据

3．5．4 模型求解算法

3．6 仿真结果分析

3．6．1 购电费用最小的仿真结果分析

3．6．2 用户不满意度最小的仿真结果分析

3．7 本章小结

第4章 配电网侧多微网互联可行性分析

4．1 引言

4．2 互联多微网系统典型结构

4．3 互联多微网系统的频率稳定分析

4．3．1 可调频微源的频率调节特性

4．3．2 互联系统负荷频率特性分析

4．3．3 多微网互联频率稳定可行性依据

4．4 互联多微网系统的调节能力分析

4．4．1 储能系统的调节特性分析

4．4．2 多微网互联调节能力可行性依据

4．5 互联可行性算例分析

4．6 本章小结

第5章 计及含多微网风险的两阶段配电网重构

5．1 引言

5．2 含多微网配电网典型结构

5．3 计及风险的两阶段配电网重构

5．4 基于广义Bender解耦的两阶段随机优化求解

5．4．1 离散情景集构建

5．4．2 广义Benders解耦算法

5．5 算例分析

5．5．1 算例描述

5．5．2 模型有效性验证

5．5．3 灵敏度分析

5．6 本章小结

第6章 基于自适应鲁棒优化的互联多微网有功／备用共享调度

6．1 引言

6．2 互联微网群典型结构

6．3 基于自适应鲁棒调度的微网调度

6．3．1 非确定微网有功／备用调度

6．3．2 基于自适应鲁棒优化的微网有功／备用调度

6．4 基于凸博弈的微网群合作博弈模型

6．4．1 多微网有功／备用合作模型

6．4．2 基于凸博弈的联盟利益分配

6．5 算例分析

6．5．1 算例描述

6．5．2 自适应鲁棒调度有效性验证

6．5．3 微网群收益分析

6．6 本章小结

第7章 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文及项目成果

致谢