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南方电网技术 2020年第7期14卷 46-55页

作者：陈静川蔡泽祥马国龙华南理工大学电力学院广州510640

针对孤岛微电网容量优化问题,建立了多尺度不确定性耦合背景下计及负荷需求管理的容量优化模型。模型全面考虑多尺度不确定性耦合的影响:长时间尺度下对于源、荷不确定性采用随机能量网络理论处理电量平衡问题;短时间尺度下,在功率平衡... 详细信息

针对孤岛微电网容量优化问题,建立了多尺度不确定性耦合背景下计及负荷需求管理的容量优化模型。模型全面考虑多尺度不确定性耦合的影响:长时间尺度下对于源、荷不确定性采用随机能量网络理论处理电量平衡问题;短时间尺度下,在功率平衡层面考虑源、荷预测误差不确定性,并引入负荷需求管理,通过对可中断负荷、可平移负荷的控制建模,达到优化负荷特性的目的,在运行层面降低成本并提高系统稳定性。本文建立的双层优化模型分别从电量约束以及功率平衡等层面进行研究分析,以投资成本最小为目标,通过DE算法对所建立的模型进行求解。算例部分以某一区域微网系统为例,对系统内风机/光伏/可控电源以及储能系统的容量优化问题进行研究,以验证所提模型和方法的合理性及有效性。

关键词：孤岛微网系统多尺度不确定性耦合负荷需求管理容量规划

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计及不确定性与负荷需求管理的孤岛微电网电源容量优化

计及不确定性与负荷需求管理的孤岛微电网电源容量优化

引用

作者：马国龙华南理工大学

学位级别：硕士

微电网是指由分布式能源、能量变换装置、负荷、监控和保护装置等汇集而成的小型发配电系统,是实现系统“发-配-变-用”安全稳定运行、高效消纳新能源的重要技术手段。由于分布式可再生电源(如风电、光伏等)、电力负荷及市场行为存在强... 详细信息

微电网是指由分布式能源、能量变换装置、负荷、监控和保护装置等汇集而成的小型发配电系统,是实现系统“发-配-变-用”安全稳定运行、高效消纳新能源的重要技术手段。由于分布式可再生电源(如风电、光伏等)、电力负荷及市场行为存在强不确定性,此外,在不同市场机制引导下负荷侧需求管理等要素影响下,传统微电网系统容量优化方法面临挑战,亟待建立一套充分考虑不确定性特性和负荷需求管理作用下的微电网系统容量规划与运行策略优化新理论框架。本文聚焦受多种不确定性因素约束以及负荷侧激励管理下的微电网系统容量规划与运行策略优化问题,全面考虑微电网内各要素多尺度不确定性耦合的影响,同时在运行层面,计及负荷需求管理的影响,针对不同时间尺度不确定性分别从电量约束以及功率平衡等层面进行研究分析。具体来说,针对长时间尺度容量规划问题中源-荷呈现的随机不确定性特点,利用随机能量网络演算理论刻画微电网系统的能量平衡能力,并采用鲁棒协调思想处理电量平衡约束问题,用于保证孤岛微电网系统内电量平衡能力;针对短时间尺度微电网系统优化运行问题中源-荷呈现的预测误差不确定性特点,采用蒙特卡洛模拟多场景的方式对其进行表征,并引入负荷需求管理,通过对可中断负荷、可平移负荷的控制建模,优化负荷特性,解决微电网系统内优化运行问题。同时,本文结合具体问题将微电网规划-运行双层耦合问题转化为混合整数规划模型,利用CPLEX调用内部优化求解器YALMIP完成系统高效求解,实现微电网系统容量协调优化问题求解的效率与精度统一;最后,针对多微网系统的运行策略问题,引入基于不同微电网边际成本效应的日前电价定价方法,用于指导不同微电网运营商内部的日前优化调度策略,同时,为了解决多微电网系统调度问题,本文建立了一个包括"预调度-协调优化-再调度-参与意愿分析”的多阶段多过程的能源管理和调度模型,利用多代理决策架构实现多微电网系统内部能量的协调优化与管理。本文旨在构建充分考虑不确定性本质和市场激励管理下负荷需求参与调度的微电网系统容量规划与协调运行优化的新理论框架,具有一定的学术价值和工程意义。主要工作包括:第一章绪论,阐述了本文研究的目的和意义,结合不确定性环境与负荷管理影响下微电网规划与运行优化问题的特点,具体从微电网不确定性分析方法、负荷需求管理策略与分析方法、微电网系统电源容量优化配置三个方面介绍了国内外的研究现状,并有针对性的提出了本论文的主要研究内容。第二章主要解决微电网内不同时间尺度不确定性与需求响应对源-荷功率预测问题的影响。首先对微电网系统内源-荷功率特性进行分析,并分别从不同时间尺度不确定性问题以及需求管理影响问题进行了分析,并结合具体算例对源-荷功率预测特性进行了分析与说明,为微电网电源容量优化问题进行了模型初期的准备。第三章在充分考虑多主体参与微电网下用户在电价激励需求响应的基础上,建立了微电网风-光-柴-储两阶段容量优化配置模型。阶段1建立微电网运营商与消费者之间的完全信息博弈互动模型,在保障售电商利益的前提下,以消费者盈余最大为优化目标,得到微电网内的最优峰谷分时电价策略,进而得到消费者在电价激励下的需求响应曲线;阶段2通过微电网电源投资商与微电网运营商之间的博弈互动,以微电网电源投资商的利益最大化为优化目标,得到微电网内不同分布式电源容量的最优化配置策略。第四章针对孤岛微电网容量优化问题,建立了多尺度不确定性耦合背景下计及负荷需求管理的容量优化模型。模型全面考虑多尺度不确定性耦合的影响:长时间尺度下对于源、荷不确定性采用随机能量网络理论处理电量平衡问题;短时间尺度下,在功率平衡层面考虑源、荷预测误差不确定性,并引入负荷需求管理,通过对可中断负荷、可平移负荷的控制建模,达到优化负荷特性的目的,在运行层面降低成本并提高系统稳定性。本章建立的双层优化模型分别从电量约束以及功率平衡等层面进行研究分析,以投资成本最小为目标,对所建立的模型进行求解。第五章针对分布式多微网系统(MMG)的能源管理和调度问题,采用分布式多代理系统(MAS)建立了多阶段,多过程的“预调度-协调优化-再调度-参与意愿分析”的能源管理和调度控制模型。该模型的建立以最大化微电网(MG)的个人收益和区域运行实体的综合收益为基础,以实现博弈均衡为目的,解决多微电网系统内以及系统间的能量最优化调度与交易,实现区域整体利益的最大化。同时,该模型充分考虑了MG的独特性能以及其与其他MG进行电力交易的意愿,实现了MMG的分布式最优控制。本文得到广东省自然科学基金(2017A030313288)的资助,结合在中国工程院重大咨询项目和南方电网实际工程项目中的应用,取得了良好的技术和经济效益。

关键词：微电网容量优化不确定性负荷需求管理规划-运行双层优化

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