基于模型预测控制的能源互联网智能能量优化调度研究
发布时间：2020-06-16 23:22
【摘要】：能源互联网能实现可再生能源的分散、就地、高效利用,同时提升用户的用电质量与供电可靠性,是未来电力能源组网的重要途径之一。如何实现能源互联网系统的合理、有效运行调度管理,是实现能源互联网的关键。本文以能源局域网系统经济稳定运行、多能源局域网系统协调调度、能源互联网系统用户与发电企业间及各用户间的协同管理为主线,提出了保证能源互联网系统稳定、可靠、经济、高效、通用的能源互联网运行调度架构模型。该模型共有三层:能源局域网层、多能源局域网系统层和能源互联网系统层,并根据各层在时间、空间及功能层次的不同要求,开展了深入的分析研究。本文的主要工作如下:(1)建立了以能源局域网综合经济收益最大化为目标的能源局域网“源-网-储-荷”的一体化能量管理模型,提出了基于标准模型预测控制的能源局域网优化调度方法。充分考虑了储能系统、分布式可控电源、智能负载和含高可再生能源渗透率的实时电价机制等特殊情况。引入模型预测控制架构,实时调节不同时刻分布式电源、储能系统等的有功出力,实现系统功率的合理分配,同时降低了可再生能源等预测不确定性对调度模型的负面影响。(2)通过在能源局域网能量管理模型中进一步考虑随机因素的影响,提出了基于随机模型预测控制的能源局域网优化调度方法,提高了优化调度方法对风光等的预测不确定的鲁棒性。本文提出的两阶段场景筛选方法,大大降低了从大量初始场景中筛选出典型场景所需的运行时间以及运算量,提高了随机优化调度方法的效率。包含预调度阶段与实时分配与功率补偿阶段的随机模型预测控制优化调度方法更加适合于高可再生能源渗透率的能源互联网环境下的优化调度。(3)运用非合作博弈理论,设计了兼顾各能源局域网运行目标独立性与整体系统运行安全性的序列分布式模型预测控制的多能源局域网系统优化调度方法。该方法中各能源局域网只与多能源局域网系统能量管理单元进行信息交互与能量传输,减少了分布式优化调度算法对通信与计算资源的需求,降低了各能源局域网运行数据泄露的风险,保证了多能源局域网系统供电安全性,提高了抵御可再生能源等预测不确定性影响的能力。(4)针对能源互联网系统体量较大,其运行计划的改变会对发电企业的发电计划、电力市场电价出清价格等造成一定影响的情况,研究了能源互联网系统层包含用户与发电企业之间主从博弈、用户之间非合作博弈的并行分布式模型预测控制优化调度方法。充分发挥了能源互联网系统用户与发电企业的自主性与独立性。
【学位授予单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：F426.61
【图文】：
国防科学技术大学研究生院博士学位论文不同于传统的电力系统，能源互联网中的可再生能源发电输出、电动汽车接入和电价具有较大的随机性与波动性，系统中拥有众多“即插即用”设备，且各能源局域网（或多能源局域网系统）的调度目标可能各不相同，并且需要兼顾安全性、可靠性和用户用电体验等各方面要求。因此，无法像传统电力系统一样，如图 2.4所示，由调度中心统一对整个能源互联网系统中所有系统与设备进行集中式的调度与控制。同时，能源互联网作为一个复杂的信息物理系统，若完全按照分布式的控制结构，对控制算法、通信带宽、信息交互模式和优化方法都有很高的要求，需要非常高的投入以实现完全的分布式架构，并且随着系统的扩大，投入的增长会变得越来越快。因此，完全的分布式优化调度结构也很难适用。
由于能源互联网是一个多能源互补综合协调系统，其能源局域网层、多能源局域网系统层和能源互联网系统层的都包含众多能源节点，且这些节点性质各异，在图 2.6 所示的能源互联网系统三层架构模型的基础上，进一步从信息-通信的角度对能源互联网系统进行分析，引入了类似于 SGAM（smartgridarchitecturemodel）的能源互联网系统一体化分析模型，从业务层、功能层、信息层、通信层、组件层，以及时间和空间不同粒度上梳理了图 2.6 所示的能源互联网各个重要组成部分之间的关联关系。能源互联网系统一体化分析模型是一个层次型多维结构，包括 5 个领域（domain），7 个区域（zone）。用于解决能源互联网业务建模、标准化制定以及功能分解过程中所遇到的交叉性（来自不同领域的利益相关者）、复杂性（不同的系统和设备的互连互通）、异构成熟性（已有的基础，应用新技术、新场景）及演化性（需要从现有系统转化）等方面的问题。主要考虑 5 个叠加的模型层以描述智能电网中技术实现的问题：组件层（Componentlayer）、通讯层（Communicationlayer）、信息层（Informationlayer）、功能层（Functionlayer）和业务层（Businesslayer）。每一层包含一个能源互联网平面（energy internet plane），由电力系统域与管理域
本文编号：2716740
【学位授予单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：F426.61
【图文】：
国防科学技术大学研究生院博士学位论文不同于传统的电力系统，能源互联网中的可再生能源发电输出、电动汽车接入和电价具有较大的随机性与波动性，系统中拥有众多“即插即用”设备，且各能源局域网（或多能源局域网系统）的调度目标可能各不相同，并且需要兼顾安全性、可靠性和用户用电体验等各方面要求。因此，无法像传统电力系统一样，如图 2.4所示，由调度中心统一对整个能源互联网系统中所有系统与设备进行集中式的调度与控制。同时，能源互联网作为一个复杂的信息物理系统，若完全按照分布式的控制结构，对控制算法、通信带宽、信息交互模式和优化方法都有很高的要求，需要非常高的投入以实现完全的分布式架构，并且随着系统的扩大，投入的增长会变得越来越快。因此，完全的分布式优化调度结构也很难适用。
由于能源互联网是一个多能源互补综合协调系统，其能源局域网层、多能源局域网系统层和能源互联网系统层的都包含众多能源节点，且这些节点性质各异，在图 2.6 所示的能源互联网系统三层架构模型的基础上，进一步从信息-通信的角度对能源互联网系统进行分析，引入了类似于 SGAM（smartgridarchitecturemodel）的能源互联网系统一体化分析模型，从业务层、功能层、信息层、通信层、组件层，以及时间和空间不同粒度上梳理了图 2.6 所示的能源互联网各个重要组成部分之间的关联关系。能源互联网系统一体化分析模型是一个层次型多维结构，包括 5 个领域（domain），7 个区域（zone）。用于解决能源互联网业务建模、标准化制定以及功能分解过程中所遇到的交叉性（来自不同领域的利益相关者）、复杂性（不同的系统和设备的互连互通）、异构成熟性（已有的基础，应用新技术、新场景）及演化性（需要从现有系统转化）等方面的问题。主要考虑 5 个叠加的模型层以描述智能电网中技术实现的问题：组件层（Componentlayer）、通讯层（Communicationlayer）、信息层（Informationlayer）、功能层（Functionlayer）和业务层（Businesslayer）。每一层包含一个能源互联网平面（energy internet plane），由电力系统域与管理域
本文编号：2716740
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