主动配电网下分布式能源系统规划运行及效益评价研究

发布时间：2020-07-22 08:41

【摘要】：在全球能源领域调整与变革的大背景下,加快推进能源革命,加快建设清洁低碳、安全高效的现代能源体系成为新形势下我国能源发展转型的必然选择。“十三五”规划纲要指出,要“建设'源—网—荷—储'协调发展、集成互补的能源互联网”。能源互联网代表世界未来能源发展方向,是推动能源革命的重要手段。从能源互联网的构建角度来看,分布式能源系统(Distributed Energy System,DES)是其必须具备的网络“结点”。分布式能源系统除了节能、减排、安全、灵活等多重优点,是能源发展的主要方式,也是实现节能减排目标的重要途径,为电力产业的发展指明方向。分布式能源系统作为新型节能减排供能方式,将会成为我国能源结构调整的重要手段。目前,我国分布式能源系统的发展仍处于起步阶段,在全球能源快速转型和电力体制改革不断推进的背景下,我国有必要加快分布式能源系统的推广应用,实现能源体系的高效清洁发展。传统被动配电网已逐渐不能满足现有环保要求和电能高质量供应的要求。主动配电网(Active Distribution Network,ADN)通过组合DG、可控负荷、需求侧管理等各种分布式能源,加大了配电网对可再生能源的接受消纳能力、提升了配电网资产利用率、延缓了配电网升级改造,以及提高了电网的电能质量和供电可靠性。因此,研究主动配电网下的分布式能源系统规划运行与效益评价模型,具有重要的理论和现实意义。已有研究为分布式能源系统接入主动配电网的规划运行奠定了基础,而当前的研究多为传统配电网中接入分布式能源的选址定容问题,或者主动配电网的规划问题,同时也少有既考虑需求侧可调控资源又考虑分布式能源系统与大电网交互的研究,缺乏一套针对分布式能源系统投资规划的全过程、全方面的综合评价体系。因此有必要对这些问题进行系统研究。本文基于国内外已有成果,根据我国分布式能源系统发展的实际情况,重点就主动配电网下分布式能源系统的投资规划、优化运行、效益评价、投资模式及保障机制这几大方面进行研究,旨在为相关主体提供分析和决策依据。第一,研究分布式能源系统接入主动配电网的投资规划问题。根据多目标规划理论和方法,从系统年投资成本最小和分布式能源出力切除量最小两个方面建立分布式能源系统接入主动配电网的投资规划目标函数及其约束条件,提出基于COA-EO组合模型的多目标规划求解算法,对北方某地区主动配电网系统分布式能源接入的投资规划进行了实证研究,通过算例验证表明:接入主动配电网的分布式能源系统比不接入主动配电网系统的分布式能源系统年投资综合费用更低、可再生能源消纳更多、系统环境成本更低,接入主动配电网系统的分布式能源规划具有明显的优势。第二,提出兼容需求侧资源的分布式能源系统经济优化运行模型。在需求侧响应模型理论的基础上,主要从发电成本、环境成本以及备用成本三个方面构建模型,并充分考虑分布式能源系统中的电负荷、热负荷和冷负荷。为求解模型,提出量子改进果蝇优化算法(QFOA)。并应用于我国西北地区某分布式能源系统的实际问题中,通过算例对比分析发现,当分布式能源系统参与需求侧负荷优化管理时,系统运行总成本显著降低,能够有效发挥削峰填谷的作用,从而提高了分布式能源的利用效率。第三,提出主动配电网下分布式能源系统双层双阶段调度优化模型。根据双层多目标规划理论以及上一章计及需求侧资源的分布式能源系统经济性运行模型,构建主动配电网双层能量管理下的分布式能源系统双阶段调度优化模型,并提出基于差分改进的帝国竞争优化算法(DE-ICA)。通过对IEEE-33节点系统的算例分析,证明了通过日前调度优化可最大化地促进分布式能源的消纳,降低系统的运行成本,明显提高系统的经济效益;在实时调度中,通过对日前调度的有效修正,可进一步提升分布式能源的有效利用,使得主动配电网系统的上层全局和下层区域调度优化的经济效益得到明显的提升。第四,研究分布式能源系统接入主动配电网的投资规划效益评价。在明确综合评价指标体系构建原则基础上,分别从经济性效益、社会性效益以及技术性效益三方面建立分布式能源系统接入主动配电网的投资规划效益综合评价指标体系。从“历史”、“现在”和“未来”三个时段构建基于组合权重和动态模糊综合评价的投资规划效益综合评价模型。将所提出的评价方法对我国西南某地区能源互联网工业园区的3套分布式能源系统进行了实证研究,并为后续投资规划模式和保障机制的研究提供科学的决策依据。第五,研究我国分布式能源系统投资模式及其保障机制。在总结归纳国外典型区域或国家的分布式能源系统投资运维先进经验的基础上,研究我国分布式能源系统投资模式,分为投资建设阶段和运营维护阶段,并从政策、市场、利益相关者、技术设备及内部运营五个方面构建分布式能源系统投资保障机制,以期为我国分布式能源系统的发展创造更多的有利条件。
【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】：TM732;F426.61
【图文】：

能源系统,典型分布,工作原理,分布式能源

华北电力大学博士学位论文逡逑产利用率、延缓配电网升级改造投资，以及提高电网的电能质量及供电可靠性。主逡逑动配电网在规划、运行、控制等方面的技术对于提高分布式能源的渗透率和综合利逡逑用率具有重要意义，因此主动配电网中分布式能源系统的规划运行成为重要的研究逡逑方向。逡逑伴随着电力市场化的不断发展和完善，电力系统的利益主体将向多元化发展，逡逑需求侧管理和节能服务等面向促进分布式能源行业的相关领域都将迎来历史性的逡逑发展机遇［４］。这些要素在“互联网＋”行动计划及新电改的催化下，更将与分布式能逡逑源相互渗透、相互融合。在分布式能源系统的运行中，如何兼容需求侧资源，如何逡逑实现多能互补，如何发挥需求侧资源与储能设备的综合调节潜力，从而平抑分布式逡逑可再生能源间歇特性对局部电网的冲击；在保证系统的经济性与安全性的同时，如逡逑何提高系统对分布式可再生能源的消纳能力。这些问题也都成为目前国内外学者的逡逑重要研宄主题。逡逑品位

分布式能源,配电网规划,结构示意图,投资规划

第３章分布式能源系统接入主动配电网的投资规划模型研宄逦逡逑统特有的双层结构，使得分布式能源的接入的投资规划成为了双层规划和管理问逡逑题。上层规划引导下层规划，但不会直接参与或确定下层规划决策；下层规划是以逡逑上层规划结果为决策框架，从而对其范围内的规划问题进行优化决策。本文将所构逡逑建的分布式能源接入主动配电网的双层规划问题转化成多目标优化问题，通过求解逡逑多目标函数的Ｐａｒｅｔｏ最优前沿来实现上下层规划决策之间的指导和反馈关系。逡逑分布式电源定容选址规划层逡逑

配电系统,配电网,参数初始化,初始迭代

—结g?）逡逑图３－２混合Ｃ０Ａ－Ｅ０算法流程图逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋３－２邋Ｔｈｅ邋ｈｙｂｒｉｄ邋ＣＯＡ－ＥＯ邋ａｌｇｏｒｉｔｈｍ邋ｆｌｏｗ邋ｃｈａｒｔ逡逑综上，混合ＣＯＡ－ＥＯ算法的流程如图３－２所示，算法步骤如下所示：逡逑①参数初始化。设定控制误差给定初始混纯向量Ｘ。，设定最大迭代次数逡逑并令初始迭代次数／Ｍｒａ／／ｏ〃邋＝邋０。逡逑３５逡逑

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