公路交通自洽能源微网系统优化调度模型研究

作     者：叶禹江 

作者单位：华北电力大学(北京) 

学位级别：硕士

导师姓名：师瑞峰

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 082302[工学-交通信息工程及控制] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：公路交通自洽能源系统 两阶段优化调度 自洽率 多微网 多目标优化 

摘      要：交通作为第三大碳排放行业,对我国“双碳目标的实现举足轻重,而能源与交通融合发展是实现这一目标的重要途径之一。本文在能源交通融合发展理念的指引下,建立了基于孤岛运行微电网概念的公路交通自洽能源微网系统(Highway Self-Consistent Energy System,HSCES),基于 HSCES 模型提出一种两阶段优化调度策略,实现HSCES在特定场景下的优化运行。针对如何实现网络化HSCES的协调互济运行,提出一种考虑蓄电池健康的近邻优化运行策略。本文的主要研究工作如下:首先,阐述了孤岛运行的HSCES的系统形态架构,建立了 HSCES分布式发电模型以及包含蓄电池和氢储能系统在内的储能模型,定义了包含隧道、服务区、收费站、营运管理中心、沿线其他基础设施高速公路在内的多种负荷运行场景,构建了基于高速公路运行场景的负荷模型,为后续章节的研究奠定了模型应用基础,提供了极具说明性的理论依据。其次,在HSCES架构模型的基础上,提出考虑自洽率的HSCES两阶段优化调度策略,日前阶段采用拉丁超立方及同步回代削减生成日前风光出力场景来进行随机优化调度,提出自洽率的定义并将其加入约束条件进行日前经济优化调度;日内阶段提出基于模型预测控制的日内滚动优化调度策略,以修正日内预测误差及源-荷实时波动。通过案例对比分析可得通过加入自洽率约束能够使系统实现更优的运行状态,且日内滚动优化策略能够提高系统处理可再生能源和负荷实时波动的能力,验证了本文提出的两阶段优化调度策略的有效性。最后,针对HSCES的实际负荷运行场景,构建了多微网协同运行的网络化公路交通自洽能源系统(N-HSCES),针对不同类型子微网如何互济协同运行的问题提出一种考虑蓄电池健康状态的子微网近邻优先交互策略,构建基于运行策略的多目标优化调度模型并采用NSGA-Ⅱ对模型进行求解,采用TOPSIS决策得出最佳的调度方案。通过算例分析结果表明,本文提出的子微网优化运行策略及多目标优化调度模型能够保证N-HSCES中各设备以既定的系统运行策略进行能量调度、协同运行,使得N-HSCES在运行过程中尽可能地延长蓄电池使用寿命,同时保证了系统运行的经济性及可靠性,实现了各子微网的最优化协同运行。