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考虑输配交互的含风电场电力系统多目标动态随机模糊最优潮流

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电力科学与技术学报 2020年第1期35卷 50-60页

作者：左剑汤吉鸿钟伟杨丹李晅马瑞国网湖南省电力公司湖南长沙410007 长沙理工大学电气与信息工程学院湖南长沙410004

提出一种考虑输配交互的含风电场电力系统多目标动态随机模糊最优潮流方法。突破传统输配网最优潮流独立计算且配网一般以负荷计及的现状,考虑主动配电网与输电网的双向潮流交互特性和风电注入功率随机模糊性,兼顾系统经济、低碳、降损... 详细信息

提出一种考虑输配交互的含风电场电力系统多目标动态随机模糊最优潮流方法。突破传统输配网最优潮流独立计算且配网一般以负荷计及的现状,考虑主动配电网与输电网的双向潮流交互特性和风电注入功率随机模糊性,兼顾系统经济、低碳、降损多目标优化,考虑输配网静态安全,基于随机模糊机会约束规划建立含风电场电力系统输配交互多目标动态随机模糊潮流模型;提出在随机模糊模拟、牛顿拉夫逊法与前推回代法求解输配系统随机模糊潮流基础上,通过输配网节点功率和电压考虑输配交互特性,基于Look-ahead和NSGA-I获取各时段Pareto解,采用最大满意度法决策,从而提出模型求解算法。改进的IEEE 30节点输电系统与IEEE 33节点配电系统的算例仿真结果表明了文中提出的模型和算法有效性和优越性。

关键词：电力系统风电场输配网交互随机模糊机会约束规划多目标动态最优潮流

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高铁站冷热电联供型微电网优化运行策略研究

高铁站冷热电联供型微电网优化运行策略研究

作者：余方明广东工业大学

学位级别：硕士

高铁是我国向世界展现经济发展迅猛势头的闪亮名片之一,伴随着高铁站规模的日益扩大,随之引发的经济、能耗、环保等问题也愈发突出。将冷热电联供型微电网引入高铁站,不仅可以为站内用户提供冷、热、电能,保障供电安全及高速铁路稳定运... 详细信息

高铁是我国向世界展现经济发展迅猛势头的闪亮名片之一,伴随着高铁站规模的日益扩大,随之引发的经济、能耗、环保等问题也愈发突出。将冷热电联供型微电网引入高铁站,不仅可以为站内用户提供冷、热、电能,保障供电安全及高速铁路稳定运行,还可以取得良好的经济、节能、环保效益。本文围绕高铁站冷热电联供型微电网优化运行策略展开研究,主要工作归纳如下:（1）针对高铁站冷热电联供型微电网的构成问题开展研究。从“源”层角度建立风机和光伏的概率密度分布模型,以实现对高铁站周边环境风光资源的利用,并建立燃气轮机、燃料电池、燃气锅炉、污水源热泵、余热锅炉、热交换器、吸收式制冷机、电制冷机的模型,以解决联供系统多能互补问题。从“网”层角度建立微网与电网双向交互的网络关系,以保证联供系统友好上网。从“荷”层角度建立服从正态分布的负荷模型,以考虑负荷随机性对微电网运行的影响。（2）针对高铁站冷热电联供型微电网“源-网-荷”协同优化运行问题开展研究。为分析“以电定热”和“以热定电”运行策略对微电网经济运行的影响,建立一种基于随机规划的微电网“源-网-荷”协同优化模型。采用概率密度函数拟合及场景生成和缩减技术来表征新能源和负荷的不确定性,并以离散概率场景的形式嵌入到优化模型中。提出一种改进Q学习优化算法来优化系统能量。对比两种运行策略及算法改进前后系统运行的经济性,得出联网运行方式下“以热定电”的年总费用比“以电定热”减少41.32%,改进算法的单日运行成本比不改进时减少4000元。实现了系统经济运行,表明了“以热定电”运行策略更适合联网运行,改进Q学习优化算法在经济优化方面效果更好。（3）针对高铁站冷热电联供型微电网“源-网-荷-储”协同优化运行问题开展研究。为分析储能对微电网运行的影响,建立一种基于双层随机机会约束规划的微电网“源-网-荷-储”协同优化模型。提出一种改进多目标万有引力搜索算法,并结合蒙特卡洛模拟技术、随机潮流计算方法求解优化模型。对比分供系统和微电网“源-网-荷”协同运行的结果,年总费用分别减少22.3%、18.63%,能源消耗分别减少17.24%、9.63%,且在电压偏离和有功网损方面均大幅减少。实现了系统经济性和节能性最优,电压偏离和有功网损最小。验证了改进算法较不改进时寻优效果更好。（4）针对高铁站冷热电联供型微电网“源-网-荷-储-车”协同优化运行问题开展研究。为分析电动汽车对微电网运行的影响,建立一种基于双层随机模糊机会约束规划的微电网“源-网-荷-储-车”协同优化模型。采用改进多目标万有引力搜索算法,并结合期望值随机模糊模拟技术和基于可信性理论的随机模糊潮流计算方法求解优化模型。对比不考虑电动汽车及只考虑电动汽车充电的情况,发现在不考虑时系统各项指标均较优,在考虑后对电动汽车充/放电优化控制比只充电时系统经济性、节能性和环保性均要好,且大幅降低了系统电压偏离和有功网损,实现了系统各指标最优。

关键词：高铁站冷热电联供型微电网协同优化运行随机规划随机机会约束规划 “源-网-荷-储-车” 随机模糊机会约束规划

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新能源环境下配电网无功协同优化研究

新能源环境下配电网无功协同优化研究

作者：金尚婷广东工业大学

学位级别：硕士

为了缓解能源危机和应对气候变化,新能源的大规模应用已经成为一种趋势。而分布式电源和电动汽车等接入电网会对电网产生很大的影响,尤其是对于与分布式电源和电动汽车等直接连接的配电网。配电网无功优化问题的本质是一种最优潮流问题... 详细信息

为了缓解能源危机和应对气候变化,新能源的大规模应用已经成为一种趋势。而分布式电源和电动汽车等接入电网会对电网产生很大的影响,尤其是对于与分布式电源和电动汽车等直接连接的配电网。配电网无功优化问题的本质是一种最优潮流问题,即以潮流方程为基础,在已知配电网系统的结构参数和待优化变量的约束条件下,使系统的经济性、安全性、稳定性等评价指标达到最优。合理的无功分布不仅可以有效降低配电网的网络损耗,而且可以提高配电网的电压质量,从而有效保证配电网的经济运行和安全稳定。本文围绕新能源环境下配电网无功协同优化问题展开研究,主要工作归纳如下:(1)研究“源-网-荷”配电网无功协同优化问题,考虑分布式电源和负荷等的随机模型,以最大电压偏差最小和有功网损最小为目标函数,建立“源-网-荷”配电网多目标无功优化的随机机会约束规划模型。采用结合随机模拟、BP神经元网络和快速非支配解排序遗传算法的混合智能算法对模型进行求解,并在IEEE-33节点配电系统中进行仿真计算,验证了所提模型和求解方法的可行性及有效性。(2)研究“源-网-荷-储”配电网无功协同优化问题,采用多状态模型处理光伏、风电出力和负荷功率的随机性,将随机性问题转变为多个单一状态下的确定性问题和概率组合问题。以此为基础建立了“源-网-荷-储”配电网多目标无功优化模型,利用二阶锥技术将原混合整数非线性规划模型转化为混合整数二阶锥规划模型,并分别在IEEE-33节点和IEEE-123节点配电系统中进行仿真计算,调用Gurobi数学规划求解器对模型进行求解,验证了所提模型和求解方法的可行性及有效性。(3)研究“源-网-荷-储-车”配电网无功协同优化问题,考虑分布式电源、负荷和电动汽车的随机模糊特性,建立了“源-网-荷-储-车”配电网多目标无功优化的随机模糊机会约束规划模型。采用基于随机模糊模拟的混合智能算法对模型进行求解,并以IEEE-33节点配电系统为仿真系统,验证了所提模型和求解方法的可行性及有效性。

关键词：新能源配电网无功协同优化随机机会约束规划二阶锥规划随机模糊机会约束规划

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地铁站微电网优化运行方法研究

地铁站微电网优化运行方法研究

作者：何家裕广东工业大学

学位级别：硕士

高速增长的城市经济加快了全国各地地铁的发展进程,但由于地铁正常运转需要消耗大量的能源,随之产生了一系列能源危机以及环境污染问题。地铁站在运营时用于制冷(热)的能源占到其整个地铁系统总能源需求的1/4,可见地铁站所需的冷(热)需... 详细信息

高速增长的城市经济加快了全国各地地铁的发展进程,但由于地铁正常运转需要消耗大量的能源,随之产生了一系列能源危机以及环境污染问题。地铁站在运营时用于制冷(热)的能源占到其整个地铁系统总能源需求的1/4,可见地铁站所需的冷(热)需求巨大。目前大多数地铁站主要以电制热和电制冷的形式进行供冷和供热,在现今能源枯竭危机的环境下,地铁站冷热电联供型微电网以其能实现供冷热和供电一体化、消纳新能源和提高能源的利用率被提上日程。而冷热电联供型微电网消纳新能源的过程中势必会对微电网系统产生影响,还可能会影响到微电网的正常运行。基于此,本文围绕地铁站冷热电联供型微电网“源-网-荷-储-车”协同优化运行问题展开研究,主要的工作归纳如下:(1)以微电网以及冷热电联供系统的相关理论概念为基础,建立了地铁站冷热电联供型微电网系统;建立了光伏发电机组、燃气轮机组、地源热泵机组、燃气锅炉机组、电制冷机组、吸收式制冷机组的数学模型,为后续开展地铁站冷热电联供型微电网优化运行方法的研究提供相关设备模型支撑。(2)研究地铁站冷热电联供型系统优化运行问题,采用区间数进行描述风光出力的不确定性,并以此为基础建立了地铁站冷热电联供系统优化运行的区间线性规划模型,采用两阶段分解法将区间线性规划模型转化为上下两个不含区间数的线性规划子模型,调用Cplex+Gurobi商业求解器对所提模型进行求解,给出了不同季节典型日下系统内各机组的出力情况以及不同典型日的日运行成本受负荷、光伏出力、需求响应不同程度波动的影响情况。(3)考虑分布式新能源出力不确定性,给微电网优化运行带来不便,建立了考虑储能装置的地铁站冷热电联供型微电网“源-网-荷-储”协同优化运行的数学模型,采用随机机会约束来的方法处理模型中的不确定性约束,利用改进BP神经网络逼近不确定函数,基于原有量子粒子群算法单一控制参数的缺陷,提出采用Q学习对量子粒子群算法进行改进,并用于求解所提规划问题。在对比不同算法之间的收敛精度之间的关系以及对于不同节点微电网串并行计算时间可得,在低节点微电网系统和高节点微电网系统中,本文所提算法计算的适应度值分别收敛于0.33和0.41,GA算法分别收敛于0.47和0.45,PSO算法分别收敛分别收敛于0.5和0.475;采用并行计算所用的计算时间分别快于串行计算所用时间的3.96倍和2.77倍,验证了所提基于并行计算的随机模拟技术以及改进算法的合理性和有效性。(4)考虑分布式新能源出力和电动汽车充放电功率的随机性和模糊性,建立了地铁站冷热电联供型微电网“源-网-荷-储-车”协同优化运行的数学模型,采用随机模糊机会约束的方法来处理模型中的随机模糊性,采用基于并行计算的随机模糊模拟、改进BP神经网络和带精英策略的非支配排序遗传算法的混合智能算法对所提模型进行求解。进行算法对比可得,NSGA Ⅱ算法的Pareto前沿解支配MOPSO算法的Pareto前沿解,NSGA Ⅱ算法求解的折中解满意度为0.638,MOPSO算法为0.609;进行不同模糊置信水平对比可得,模糊置信水平设置的越低,其计算结果越接近Pareto最前沿。可得,NSGA Ⅱ算法在求解微电网优化运行问题中有更好的效果。

关键词：地铁站微电网区间线性规划随机机会约束规划随机模糊机会约束规划

工业园区微电网“源-网-荷-车-储”协同运行优化研究

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工业园区微电网“源-网-荷-车-储”协同运行优化研究

作者：梁继深广东工业大学

学位级别：硕士

伴随着工业现代化建设不断推进,工业园区逐渐增多,成为了新型的能源生产和消费主体,工业园区能源的生产和使用方式对城市能源系统的发展产生着重要影响,工业园区能源利用的微电网化已经成为电力发展的新方向。工业园区内的分布式电源和... 详细信息

伴随着工业现代化建设不断推进,工业园区逐渐增多,成为了新型的能源生产和消费主体,工业园区能源的生产和使用方式对城市能源系统的发展产生着重要影响,工业园区能源利用的微电网化已经成为电力发展的新方向。工业园区内的分布式电源和电动汽车等设备直接接入微电网对其运行具有重要影响,工业园区微电网“源-网-荷-车-储”协同运行优化的实质就是合理协调各部分机组、电源和用电设备的发电和用电功率大小,充分利用与微电网相连设备的协同运行优化容量,提高微电网的安全稳定运行水平和供需双方的经济效益。通过对微电网进行合理的协同运行优化,不仅能降低微电网的运行维护费用,降低网损,减少用户的用电成本,还能提高微电网的电压质量,有效地保证微电网经济和安全稳定运行。本文研究工业园区微电网“源-网-荷-车-储”协同运行优化问题,主要总结如下:(1)本文研究工业园区微电网“源-网-荷”协同运行优化问题,根据工业园区负荷的特点,考虑工业园区空调负荷的可控特性,建立了可控性负荷模型,并以微电网运行维护费用最小和碳交易成本最小为目标函数建立协同运行优化模型,分别采用多目标Q学习算法和非支配排序遗传算法求解该模型。采用“源-网-荷”协同运行优化模型,能够协调电源、联络电网和可控负荷之间的出力大小,充分利用工业园区中的可控负荷的优化容量,在始终满足用户舒适度温度要求的前提下,优化不同时段的可控负荷出力大小,调节微电网的负荷水平,且该模型适合不同天气条件下的优化场景。与非支配排序遗传算法相比,多目标Q学习算法能充分利用从环境中学习到的经验,优化动作选择,增强优化过程中的指向性,提高优化过程的寻优能力,增加非支配解的多样性。通过抽样分析,对比采用非支配排序遗传算法求解模型,采用多目标Q学习算法求解“源-网-荷”协同运行优化模型可以获得满意度更高的优化结果,多目标Q学习算法能得到满意度更高的协同运行方案。(2)本文研究工业园区微电网“源-网-荷-车”协同运行优化问题,基于微电网的负荷水平和电动汽车自身的充放电容量,建立电动汽车动态电价数学模型。利用随机机会约束规划方法,考虑工业园区内微电网光伏、风力发电的不确定性,解决了风光发电功率的随机性问题,以微电网负荷波动率最小和电动汽车用户充放电成本最小为优化目标,建立了微电网“源-网-荷-车”多目标协同运行优化模型。对比分时电价引导时,电动汽车动态电价模型在引导电动汽车时更具针对性,能强化电动汽车在负荷高峰时期的放电行为和在负荷低谷时期的充电行为,减少电动汽车在高峰时期的充电和低谷期的放电。电动汽车动态电价模式加强了对电动汽车的引导和管理,提高了微电网的运行稳定性,增加了电动汽车用户参与微电网协同运行优化的收益水平。动态电价策略适用于不同场景下电动汽车的引导和优化问题,微电网所处的负荷水平及电动汽车使用情况自适应地确定电动汽车的充放电电价,动态电价制定策略方便、有效。(3)本文研究工业园区微电网“源-网-荷-车-储”协同运行优化问题,在微电网协同运行优化模型中增加冷热电储能系统,同时考虑了光伏、风电两种电源的随机性和模糊性,采用随机模糊机会约束规划方法处理分布式电源出力的随机模糊性,以微电网最大节点电压偏差最小和微电网有功损耗最小为优化目标,建立了微电网“源-网-荷-车-储”多目标协同运行优化模型。提出的协同运行优化模型,可以简单、合理地协调不同规模微电网的“源-网-荷-车-储”出力分配,充分利用和协调冷-热-电储能系统的容量,减少冷热负荷低谷期工业园区中的余热功率浪费,提高负荷高峰时期的能源供应能力,提高微电网协同运行优化的灵活性、经济性及微电网的电能质量。

关键词：工业园区微电网 “源-网-荷-车-储”协同运行动态电价随机机会约束规划随机模糊机会约束规划