电力系统“源—网—荷—储”协调优化规划理论及应用研究

发布时间：2020-05-09 15:12

【摘要】：近年来,随着可再生能源发电的大量并网,我国电力系统的运营模式正面临着根本性的改变。可再生能源发电的随机性、间歇性问题使得电力系统的供应侧不再是绝对的稳定可控,电力系统供需“双侧随机问题”日益凸显:一方面,大规模可再生能源发电并网的情况下,可再生能源发电出力随环境因素变化明显且难以预测,在供应侧难以形成稳定、可预测的发电出力曲线,从而造成供应侧随机问题;另一方面,虽然近年来实施了多项需求侧管理、需求侧响应的试点项目,但仍然未能从根本上改变用户的用电随机特性,需求侧随机问题仍然存在。因此,传统的依靠增加供应侧资源来满足用户用电需求的发展模式已经难以为继,如何解决双侧随机问题、探索新的规划和运营模式已经成为当前国内电力行业亟待研究的问题。针对上述问题,本文提出一种新的“源-网-荷-储”协调优化的电力系统运营模式,即一方面通过电源、电网、负荷、储能四个方面的协调配合,在供应侧通过包括可再生能源发电、调峰电源等多类型电源的优化组合,形成相对可控的发电出力;另一方面,通过需求侧管理、需求侧响应措施,配合储能设备的有序充放电,引导用户用电负荷主动追踪发电侧出力。通过上述双侧协调优化过程,解决目前面临的“双侧随机”问题。上述运营模式包括规划、调度运行、综合决策等多个环节,本文是针对其中的规划环节开展研究,目的是在系统规划阶段就充分考虑“源-网-荷-储”四个部分的协调配合,为系统规划决策提供决策依据和参考。第一,电力系统“源-网-荷-储”协调优化规划理论研究。首先根据传统协调优化的理论与方法,研究“源-网-荷-储”协调优化的基本内涵与基本架构,设计“源-网-荷-储”协调优化运营模式并给出其运营流程,最后提出实现“源-网-荷-储”协调优化的关键支撑技术及国内外典型实践工程。第二,研究微网系统鲁棒优化规划模型。从系统微观层面的微网系统规划入手,研究能够应对双侧随机问题的微网鲁棒优化规划模型。首先分析分布式可再生能源发电的实际出力与预测出力的差值并以此为据给出系统鲁棒优化约束条件,其次构建包含该鲁棒优化约束条件的微网系统鲁棒优化规划模型,最后设计相应的NSGA-Ⅱ算法并进行实证研究。第三,研究计及需求侧响应的电力系统鲁棒优化规划模型。开展宏观电力系统单侧优化规划研究,先从系统需求侧入手,根据一般经济学理论,利用弹性来刻画需求侧响应措施影响下用户负荷变化的不确定性并设计相应的鲁棒优化约束条件。构建考虑规划成本、运行成本、污染排放的多目标系统鲁棒优化规划模型,设计引入精英策略的NSGA-Ⅱ算法求解该模型并进行实证研究,验证在需求侧响应弹性取值范围未知的情况下,也即用户受需求侧响应措施影响,负荷变化量不确定的情况下,该鲁棒优化模型能够求解得到应对该不确定性的系统规划方案,并实现规划成本、运行成本及污染排放最小。第四,研究电力系统“源-网-荷-储”供需双侧协调优化规划模型。构建考虑概率分布的多类型电源发电出力模型,设计直接负荷控制策略与动态分时电价调整策略,将系统规划成本作为模型的约束条件之一,构建以系统运行成本最小化、污染排放最小化为目标函数的电力系统规划模型,运用改进的动态加权粒子群优化算法求解并进行实证分析,论证该模型能够在考虑规划成本约束的条件下、在运行成本和污染排放最小的情况下有效实现供需双侧协调匹配。第五,研究基于蒙特卡罗方法的电力系统规划方案模拟仿真方法。研究多元线性蒙特卡罗模拟仿真方法,将风电出力、光伏发电出力、系统负荷进行线性化分割及抽样,将规划成本、运行成本、污染排放最小化作为目标函数,整合前文的系统规划模型并进行模拟仿真研究。通过实证分析论证多元线性蒙特卡罗模拟方法的优越性,求解得到若干系统规划方案的关键指标,为规划方案决策提供依据。第六,研究基于改进DEA模型的电力系统“源-网-荷-储”规划方案评价模型,并提出促进电力系统“源-网-荷-储”规划模式落地实施的政策机制。依据前文电力系统“源-网-荷-储”协调优化的基本理论、规划方法、模拟仿真方法,从电源、电网、负荷、储能四个方面给出系统规划方案的综合评价指标体系,构建相应的改进DEA模型并进行实证分析、敏感性分析,依据综合评价结果设计规划机制及政策机制,为“源-网-荷-储”协调优化规划相关方法、模型的实践应用提供政策保障。
【图文】：

协调优化,分散式,基本架构,可再生能源发电

；求侧管理技术，降低可再生能源发电逆负荷特性对电力系响［５７］。逡逑调逡逑协调”要求电网扩大接纳多样化电源的能力与水平，利用智术、信息技术，以“源－源”互补思维为指导，发挥不同电同组合方式之间的互补协调性，将分散式与集中式两个层面化组合，同时充分调动需求侧资源的可调度潜力，在保证基础上，实现电网对可再生能源发电接纳能力最大化［５８］。逡逑储互动逡逑储互动”是将储能、电动汽车以及具备电能供需一体化特征资源视为广义的需求侧资源，通过智能用电、用电诊断等序充放电，引导需求侧用电负荷主动追踪可再生能源发电出在时间与空间上的匹配度［５９］。逡逑三方面内容，，可以得到电力系统区域范围内的分散式“源－架构如图２－２所示。逡逑供应侧优化协调逡逑

协调优化,基本架构,电力系统

电力系统“源－网－荷－储”协调优化基本架构主要包括以下几个部分：逡逑（１）供应侧逡逑该基本架构的供应侧主要包括分散式与集中式两类资源，分散式资源包括分布逡逑式可再生能源发电、储能设备以及广义化的需求侧资源等。而集中式资源主要包括逡逑火电、水电、核电等传统常规发电资源以及大型风电基地、光伏发电基地等可再生逡逑能源。逡逑（２）电网侧逡逑电网侧主要指多元化的智能输送网络，在区域范围内的典型输送网络为微网、逡逑配电网，在广域以及跨区域范围内为高压输电线路、特高压等，同时还包括部分供逡逑热网络。逡逑（３）用户侧逡逑用户侧主要指系统各用电单元，根据负荷高低、用户响应特性的不同可分为不逡逑同层级，单一用电器可视为节点型用电单元（如用户的洗衣机、冰箱、空调等），多逡逑个用电器之间的相互组合可视为聚合型用电单元（如大型商场的全部空调、照明设备逡逑等）。逡逑
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM715;F426.61

【参考文献】