计及灵活性供需匹配的多能源耦合系统优化配置研究

作     者：吴雪翚 

作者单位：重庆大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王强钢

授予年度：2022年

学科分类：080702[工学-热能工程] 0808[工学-电气工程] 080802[工学-电力系统及其自动化] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：多能源耦合系统 灵活性评价 灵活性供需匹配 变工况特性 优化配置 

摘      要：随着社会经济发展对能源需求及环境保护关注度的日益增长,传统化石能源的有限性及污染性促使着人们寻找新的能源替代。多能源耦合系统通过整合优化多种能源,实现不同能源间的协调互补,为解决能源和环境问题开辟了新的思路。多能源耦合系统可有效发挥不同能源间的协调互补特性,充分提高系统的综合能效和可再生能源消纳能力。然而,随着可再生能源的大规模并网,多能源耦合系统内净负荷波动加剧,导致系统受到较大的冲击和影响。为此,需要在保证系统经济运行的前提下,充分挖掘多能源耦合系统的灵活性,对系统内变化功率进行快速响应和调节,维持系统的正常稳定运行。因此,在多能源耦合系统的优化配置中考虑灵活性显得尤为重要,准确预测系统的灵活性需求、科学配置灵活性资源、合理直观地评价系统灵活性等问题值得深入研究。本文就此展开如下研究:(1)量化多能源耦合系统的灵活性需求与供给,建立灵活性供需匹配评价指标。针对多能源耦合系统的用能特性,采用概率统计的方法建立表征其净负荷波动水平的灵活性需求预测模型;根据系统内灵活性资源的运行特性与出力特点构建其基本数学模型。针对灵活性的特征以及多能源耦合系统的特点,构建计及灵活性供需匹配的多能源耦合系统灵活性评价指标,该指标具有整体可视化评估系统灵活性的特点,可直观量化系统内灵活性供给和需求的匹配程度。(2)以可再生能源与火电机组集成的源侧区域多能源耦合系统为对象,建立计及灵活性供需匹配的优化配置模型。基于多能源耦合系统的协调互补特征,对系统中风、光和负荷预测误差构成的灵活性需求建模;针对火电机组和储能设备计及灵活性的出力特征构建其灵活性资源模型。再以年综合收益最优为目标,同时以灵活性供需匹配指标为约束,构建区域多能源耦合系统优化配置模型。通过线性化方法将该模型转化为混合整数线性规划模型,基于GUROBI 9.0.2求解器对模型进行求解,得到计及灵活性供需匹配的优化配置方案。该方案在满足预期灵活性水平的前提下尽可能消纳风光出力,实现多能源耦合系统年综合收益最优,并在满足系统经济运行的基础上进一步提升系统运行的灵活性。(3)建立计及设备变工况和灵活性供需匹配的园区多能源耦合系统优化配置模型。以包含电、气、热等多种能源协调互济的荷侧多能耦合系统为对象,针对系统内各设备的能源消耗具有明显的变工况特性,建立其受部分负载率、环境变化等多种因素影响的变工况特性数学模型。为提升系统应对可再生能源输入及多能负荷需求不确定性的能力,以灵活性供需匹配指标为约束,同时考虑系统内供能设备的变工况特性,以系统配置总成本最优为目标,建立园区多能源耦合系统优化配置模型,并提出考虑灵活性供需匹配和设备变工况特性的园区多能源耦合系统配置方案。该方案在满足耦合系统预期的灵活性供需匹配的情况下,计及系统内设备在不同工况下的输入输出关系,以耦合系统优化配置的经济性为前提,对系统的能源需求和消耗特性进行更准确的评估,更加符合工程实际需要。