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适应新能源大规模接入的储能优化配置方法研究

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适应新能源大规模接入的储能优化配置方法研究

作者：欧明强华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

随着新能源发电的大规模接入,电力系统正面临严峻的挑战,在此背景下,储能系统将成为支撑我国电力系统转型升级以及能源发展战略的核心技术之一。储能技术是新型电力系统的重要组成部分,能有效解决新能源发电并网问题、提高电力系统稳定... 详细信息

随着新能源发电的大规模接入,电力系统正面临严峻的挑战,在此背景下,储能系统将成为支撑我国电力系统转型升级以及能源发展战略的核心技术之一。储能技术是新型电力系统的重要组成部分,能有效解决新能源发电并网问题、提高电力系统稳定性、安全性、经济性以及灵活性。在上述背景下,本文对适应新能源大规模接入的储能优化配置方法展开了研究。具体工作如下:第一部分,首先对现阶段储能技术进行调研,从机械储能、电化学储能和电磁储能三大方面对各项储能技术的技术原理、特点以及适用场景进行总结;其次介绍了储能在电力系统的典型应用场景;最后总结现阶段典型储能项目运营模式。第二部分,介绍了适应新能源大规模接入的储能应用场景并提出两种储能运营模式。首先具体介绍吸收新能源弃电量、调频辅助服务以及调峰辅助服务应用场景;随后介绍适合单一新能源电站储能运营模式以及多新能源电站共享储能模式的具体运营过程。第三部分,对单一新能源电站储能运营模式进行储能优化配置。首先对全寿命周期下的各项场景收益、成本建模;随后以多应用场景下全寿命周期运营净收益最大为目标函数,考虑相关约束,建立储能电站容量优化配置模型并对模型线性化处理。最后,调用求解器求解模型并进行分析。结果显示,项目经济性较优,动态投资回报期约为8.17年,净现值约为3972.8万元,所提运营模式能够有效减少新能源弃电量,协助完成调峰辅助服务以及调频辅助服务;充放电补贴对项目影响较大,补贴过低不适宜投资该项目;随着电池成本降低,增大项目投资可获取更高收益。第四部分,对共享储能运营模式进行储能优化配置。首先对全寿命周期下的各项收益、成本建模;随后以考虑多个典型新能源场景的全寿命周期运营净收益最大为目标函数,考虑相关约束,建立共享储能电站容量优化配置模型并对模型线性化处理。最后,调用求解器求解模型并进行分析。结果显示,与单一新能源电站储能运营模式相比,共享储能模式能有效节约社会储能资源,经济性较高,动态回报期约为6.72年;用电行为互补性更强以及数量更多的用户能提高项目经济性;随着电池成本下降,共享储能模式经济性得到进一步提升。

关键词：新能源应用场景储能运营模式共享储能优化配置

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考虑多元储能的综合能源系统优化规划方法

考虑多元储能的综合能源系统优化规划方法

作者：王翠影上海电力大学

学位级别：硕士

“双碳”目标下,日益增长的能源需求和环境问题推动了可再生能源技术的发展。如何提高可再生能源的利用率、缓解资源短缺,促进能源转型是目前亟需解决的问题。综合能源系统可以充分发挥多能协同作用,被认为是减少碳排放、容纳更多可再... 详细信息

“双碳”目标下,日益增长的能源需求和环境问题推动了可再生能源技术的发展。如何提高可再生能源的利用率、缓解资源短缺,促进能源转型是目前亟需解决的问题。综合能源系统可以充分发挥多能协同作用,被认为是减少碳排放、容纳更多可再生能源、提高能源利用效率的有效途径。随着区域综合能源系统的数量不断增多,利用共享储能互联可以形成多区域综合能源系统。综合能源系统与共享储能之间的能量交易对现有的多区域综合能源系统的优化规划问题产生较大影响。基于上述背景,本文以用能互补的多区域综合能源系统为研究对象,对共享储能在多区域综合能源系统的优化配置、考虑可再生不确定性的多区域综合能源系统的两阶段鲁棒规划、基于主从博弈的多区域综合能源系统的优化运行展开研究,主要研究内容如下:1.构建了共享储能模式下多区域综合能源系统的基础框架,并对多种能量生产、转换设备,多元储能(共享储能以及用户侧虚拟储能)进行分析,详细阐述了各组成部分的运行原理,建立了适用于多区域综合能源系统优化规划研究的数学模型。2.多区域综合能源系统和共享储能往往属于不同的利益主体,基于鲁棒优化和纳什谈判理论建立了共享储能在多综合能源系统的优化配置方法,分析合作运行中不同主体之间的能量交互情况和参与者之间的利益分配,为防止泄露各参与主体的隐私采用交替方向乘子法(Alternating Direction Method of Multipliers,ADMM)进行求解。3.计及可再生能源的不确定性影响,提出了一种多区域综合能源系统的两阶段鲁棒规划方法,以系统投资成本、运行成本之和最小为目标建立多区域综合能源系统的联合规划模型,并采用列和约束生成(Column and Constraint Generation,C&CG)算法进行求解。4.在多区域综合能源系统规划方案的基础上引入配网运行商,建立配网运行商与多区域综合能源系统共享储能联盟的主从博弈模型,研究配网运行商制定的动态定价与多区域综合能源系统共享储能联盟的优化运行策略的相互影响,并采用粒子群算法进行求解。

关键词：多区域综合能源系统共享储能虚拟储能纳什谈判鲁棒优化主从博弈

含储能的社区级分布式能源系统站网联合规划研究

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含储能的社区级分布式能源系统站网联合规划研究

作者：张玲华北电力大学

学位级别：硕士

分布式能源系统(Distributed Energy System,DES)可以根据用户的各种能源需求灵活地布置在建筑物周围,实现能源梯级利用,具有高效、可靠、经济、环保等优势。能量流和信息流高度融合的机制使其成为能源领域未来发展的新方向,对实现能源... 详细信息

分布式能源系统(Distributed Energy System,DES)可以根据用户的各种能源需求灵活地布置在建筑物周围,实现能源梯级利用,具有高效、可靠、经济、环保等优势。能量流和信息流高度融合的机制使其成为能源领域未来发展的新方向,对实现能源利用方式绿色转型、实现2030年“碳峰值”和2060年“碳中和”具有重要的作用。然而分布式能源系统内部设备种类繁多,能量流耦合的多样性使得规划问题复杂度提高,为解决能源站系统配置及站间能量调度管理的问题,进行了基于共享储能的区域型分布式能源系统站网联合规划方法研究。此外,随着建筑能耗比例的不断增加,近零能耗建筑也成为世界各国建筑节能领域未来发展的新方向。以近零能耗社区为研究对象,建立了楼宇型分布式能源系统优化模型,采用维诺图和综合能源负荷矩交替迭代的方法,确定能源站选址及所辖供能区域;结合站内各类能源设备运行特点,基于“以电定热”(FEL)和“以热定电”(FTL)两种基本运行策略,开展站内能源系统设备容量优化研究,得到系统最佳运行模式;运用人工智能算法,在满足每个负荷节点中各类型负荷需求的前提下,对能源站内电力管线和热力管线进行路径规划,使得网络建设费用最低。在楼宇型系统优化模型的基础上,增加了能量输送网络,从整体布局的角度,考虑到区域负荷特性、站内系统运行策略和站间管线联通互补,建立了以最小成本为目标的区域分布式能源系统站网布局规划模型。对典型日下的运行结果进行了逐时分析,结果表明:通过能源互联管线使多个区域成为一个整体,统一规划调度,加强冷、热、电各种能源网络之间的联系,提高系统整体经济效益。考虑不同能源站之间负荷的非同时性、盈余能量的互补性,以年总成本最小为目标,基于“共享经济”理念,建立共享储能电站的社区级分布式能源系统。采用遗传算法优化了储能设备的容量、位置及充放电功率,确定了储能系统的容量配置及能量日前调度模型,验证了共享模式的经济性。

关键词：分布式能源楼宇型区域型共享储能站网规划近零能耗社区

考虑综合需求响应资源交易的综合能源系统优化调度

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考虑综合需求响应资源交易的综合能源系统优化调度

作者：陶征轩合肥工业大学

学位级别：硕士

构建以新能源为主体的新型电力系统是实现我国“碳达峰、碳中和”目标的重要举措之一。为了建立清洁低碳、安全高效的能源体系,新型电力系统会逐渐向能源综合高效利用的综合能源系统过渡。然而,由于可再生能源出力的不确定性和负荷预测... 详细信息

构建以新能源为主体的新型电力系统是实现我国“碳达峰、碳中和”目标的重要举措之一。为了建立清洁低碳、安全高效的能源体系,新型电力系统会逐渐向能源综合高效利用的综合能源系统过渡。然而,由于可再生能源出力的不确定性和负荷预测精度的有限性,综合能源系统的运行灵活性将受到严峻挑战。因此,如何进一步挖掘系统中的灵活性资源,并利用这些资源实现综合能源系统的优化调度值得深入探讨。本文就此展开了如下研究:首先,开展了对区域综合能源系统“源网荷”三侧资源特性的研究,分析表明,负荷侧的综合需求响应资源对于系统灵活性的提升具有技术和经济方面的优越性。故将区块链技术引入能量管理系统,设计了能够实现用户间点对点交易的系统框架,以期利用市场交易机制整合分散化的综合需求响应资源。同时,在智能合约技术的支持下,还制定了相应的交易流程、协商流程、匹配原则、合作博弈策略和激励机制。其次,建立了以用户成本最低、负荷聚合商收益最高和用户用能舒适度最高为目标的双层优化模型。将综合需求响应资源的交易结果与系统的优化调度相结合,分析了不同综合需求响应资源交易价格下系统中各方主体的成本和收益,研究了合作博弈策略对系统运行产生的影响,并给出了交易成功时的区块链认证。仿真结果表明该优化调度模型显著提升了综合需求响应资源的利用率,增强了系统运行的稳定性和经济性。最后,为进一步降低系统的碳排放量,引入了共享储能资源和碳交易机制。采用集中式共享储能的方式,将用户端储能资源转换为共享储能资源,并利用区块链技术对其进行线上的交易和控制,实现了用户端“云储能”。同时引导系统中的各利益主体进入碳交易市场,在原有的交易过程中嵌入了碳交易机制。仿真结果表明,在系统中引入共享储能资源和碳交易机制能够有效降低系统的碳排放,调节系统的用能方式,并提高用户参与系统能量平衡和优化调度的积极性。

关键词：综合能源系统综合需求响应资源区块链共享储能碳交易

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区域能源互联网多能流协同优化调度策略研究

区域能源互联网多能流协同优化调度策略研究

作者：郭宴秀山东理工大学

学位级别：硕士

随着越来越多的国家开始重视碳排放,降低传统能源对环境的污染已成为全球范围的共识。综合能源系统作为区域能源互联网技术的物理载体,可容纳多类清洁能源和多元负荷,并对各种不同形式的能源进行协同优化,是未来电力系统发展的重要方向... 详细信息

随着越来越多的国家开始重视碳排放,降低传统能源对环境的污染已成为全球范围的共识。综合能源系统作为区域能源互联网技术的物理载体,可容纳多类清洁能源和多元负荷,并对各种不同形式的能源进行协同优化,是未来电力系统发展的重要方向之一,是本文的研究重点。随着相关技术的发展,考虑区域内若干个综合能源系统形成的多综合能源系统的优化调度同样具有重要意义。本文针对电网中的综合能源系统运行优化调度的问题,首先建立综合能源系统和共享储能相连接的优化模型;然后计及共享储能接入对综合能源系统运行的影响,提出考虑共享储能的综合能源系统运行优化模型和求解方法,分析共享储能对综合能源系统经济运行的影响;最后在综合能源系统的基础上考虑共享储能与多综合能源系统互联的情况,并计及电能和热能在各个子系统进行交互的情况,分析多综合能源系统运行的经济性。本文的主要工作总结如下:(1)考虑综合能源系统与共享储能及外部电网互联的情况,将综合能源系统与共享储能连接,然后构建了综合能源系统设备模型,包括光伏、风机、燃气轮机和电制热的数学模型;然后引入共享经济的理念,构建了共享储能的数学模型,为后续研究提供基础。(2)为分析共享储能系统对综合能源系统经济运行的影响,面向与共享储能连接的综合能源系统,建立了考虑共享储能的综合能源系统优化调度模型,并通过改进的粒子群算法对优化模型求解。算例部分将考虑共享储能的综合能源系统与不配置储能的综合能源系统和独立配置储能的综合能源系统这三个场景下综合能源系统的运行行为对比,分析了三个场景下综合能源系统内设备的出力曲线,并比较了三个场景下综合能源系统的运行成本,分析了引入共享储能对综合能源系统经济运行的影响;最后通过比较不同的共享储能租赁服务费定价,分析了共享储能运营方投资回报年限和投资回报率。(3)针对与共享储能连接的多综合能源系统,考虑各个综合能源系统彼此之间进行电能和热能的交互,建立了考虑共享储能和电热交互的综合能源系统优化调度模型;然后针对模型中共享储能出力、燃气轮机出力和能量交互环节等非线性部分转化为线性描述加以求解;算例部分分析了考虑电热交互对多综合能源系统设备出力的影响,通过与各个综合能源系统独立优化调度相比,分析了考虑电热交互对系统经济运行的影响。

关键词：综合能源系统共享储能电热交互优化调度

电力市场环境下储能使用权出清模型及定价方法

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电网技术 2020年第5期44卷 1750-1757页

作者：杨骏伟夏云睿王一段秦刚陈青朱建全刘明波广东电力交易中心有限责任公司广东省广州市510080 华南理工大学电力学院广东省广州市510640

可再生能源的发展导致电网对储能的需求日益增加。针对市场环境下储能的共享使用问题,提出了储能使用权的出清模型及定价方法。设计了功率权和容量权两类交易品种,以满足不同用户对储能的差异化需求。从功率权和容量权的基本特性出发,... 详细信息

可再生能源的发展导致电网对储能的需求日益增加。针对市场环境下储能的共享使用问题,提出了储能使用权的出清模型及定价方法。设计了功率权和容量权两类交易品种,以满足不同用户对储能的差异化需求。从功率权和容量权的基本特性出发,结合储能的物理约束条件及用户的申报约束条件,以储能的经济价值最大化为目标,建立了储能使用权的统一出清模型。基于最优性原理设计了一套统一出清定价方法,使得各种市场主体同时满足利益最大化的最优性条件,实现了市场的公平性。进一步根据强对偶定理和互补条件分析表明,即使在恶劣市场环境下也能保证各种市场主体利益的非负性,避免其利益受损。最后,通过算例仿真验证了所提模型和定价方法的有效性。

关键词：电力市场共享储能功率权容量权出清定价方法最优性

基于储能电站服务的冷热电多微网系统双层优化配置

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电网技术 2021年第10期45卷 3822-3829页

作者：吴盛军李群刘建坤周前汪成根国网江苏省电力有限公司电力科学研究院江苏省南京市211103

随着储能技术的进步和共享经济的发展,共享储能电站服务模式将成为未来用户侧储能应用的新形态。提出基于储能电站服务的冷热电联供型多微网系统双层优化配置方法。首先,提出储能电站服务这种新型的共享储能模式,分析共享储能电站的运... 详细信息

随着储能技术的进步和共享经济的发展,共享储能电站服务模式将成为未来用户侧储能应用的新形态。提出基于储能电站服务的冷热电联供型多微网系统双层优化配置方法。首先,提出储能电站服务这种新型的共享储能模式,分析共享储能电站的运行方式和盈利机制。其次,将储能电站服务应用到冷热电联供型多微网系统中,建立考虑2个不同时间尺度问题的双层规划模型,上层模型负责求解长时间尺度的储能电站配置问题,下层模型负责求解短时间尺度的多微网系统优化运行问题。再次,根据下层优化模型的Karush-Kuhn-Tucher(KKT)条件将下层模型转换为上层模型的约束条件,采用Big-M法对非线性问题线性化。最后,通过3个场景的算例分析验证所提双层规划模型的合理性和有效性,并证明所提出的共享储能服务能够有效降低用户成本,节约储能资源,实现用户与储能电站运营商的互利共赢。

关键词：共享储能储能电站服务冷热电多微网双层规划 KKT条件 Big-M法

面向生态友好型远洋海岛群的储电概念船舶及其供能路径优化策略研究

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中国电机工程学报 2019年第1期39卷 168-181页

作者：随权魏繁荣武传涛林湘宁李正天强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学) 湖北省武汉市430074

远洋海岛群可再生能源十分丰富,各岛屿就地开发条件得天独厚,然而受限于地理隔离,负荷中心岛难以直接得到电力供给,而铺设电缆或大规模配置储能价格不菲。该文提出基于储电船舶的远洋海岛群能量调度优化策略。首先针对海岛群差异化资源... 详细信息

远洋海岛群可再生能源十分丰富,各岛屿就地开发条件得天独厚,然而受限于地理隔离,负荷中心岛难以直接得到电力供给,而铺设电缆或大规模配置储能价格不菲。该文提出基于储电船舶的远洋海岛群能量调度优化策略。首先针对海岛群差异化资源禀赋的互补特性提出共享储能的概念,通过分时段共享的方式提高设备利用率,降低系统储能设备的整体规模,并建立起时空耦合情况下的能量流、交通流混合模型。在此基础之上,充分考虑日前调度预测误差,以多场景负荷中心岛切负荷均值最小、系统运行成本均值最少为目标,借助统一平台对储电船舶进行时空调度,灵活消纳多形态新能源和进行负荷支撑。仿真结果表明,基于EV的远洋海岛群能量供给系统实现了岛屿间的无缝连接和能量的动态平衡。该文为远洋海岛群的经济、可靠运行提供了一个全新的视角。

关键词：远洋海岛群储电船舶共享储能多形态能源转化能量流和交通流混合模型协调调度

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陕西电网新型储能发展模式研究

青海电力 2023年第2期42卷 8-14页

作者：胡斌王进军王喆刘亦嘉苏舟邰克强中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司陕西西安710075 国网陕西省电力有限公司经济技术研究院陕西西安710048

在双碳政策背景下,陕西电网新能源规模持续增加与电网调峰能力不足的问题越发突出,新型储能因其建设周期短、选址灵活等优势,已成为解决这一问题的重要手段。分析了新型储能发展现状、技术路线以及政策机制,采用高比例新能源系统的电源... 详细信息

在双碳政策背景下,陕西电网新能源规模持续增加与电网调峰能力不足的问题越发突出,新型储能因其建设周期短、选址灵活等优势,已成为解决这一问题的重要手段。分析了新型储能发展现状、技术路线以及政策机制,采用高比例新能源系统的电源规划方法,测算了2025年陕西电网新能源发展规模以及满足电力保障和新能源消纳的新型储能合理发展规模,提出了近期和远期陕西电网新型储能发展的政策机制建议。

关键词：新型储能容量效益电量效益新能源弃电率共享储能