城市电网需求侧能源资源动态聚合决策及信息系统研究

发布时间：2020-06-16 21:47

【摘要】：随着能源和环境问题的日益严峻,风电光伏等分布式发电资源具有建设安装周期短、总投资少、靠近负荷中心、易于消纳、控制灵活等优点,得到了迅速发展;随着智能电网的建设和电力体制改革的深化,配电网侧分布式储能、电动汽车及需求侧响应负荷等资源逐步增多。本文将这些电网负荷侧具有一定调节和响应能力的资源,统称为需求侧能源资源(Demand Side Energy Resources,DSER)。这些需求侧能源资源出力特性迥异,规模不等,且分布分散,如何对这些资源进行充分挖掘,并高效利用,对于电网尤其是负荷密度高,峰谷差大的城市电网的经济安全稳定运行,有着极其重要的意义。本文针对城市电网中DSER的高效利用问题,在当前研究的基础上,基于多时间尺度,综合运用综合评价、优化理论、预测理论及投资组合理论,建立了一套较为完善的需求侧能源资源评估、规划、综合开发及利用的决策体系与方法,集中解决了 DSER的资源评价与规划、DSER的综合利用能源效率、DSER运营方的效益保证等问题,以期为需求侧能源资源的管理与决策提供科学的理论与方法依据。论文的主要研究工作如下:(1)为准确评估需求侧能源资源的现状和发展潜力,提出了基于地理信息的需求侧能源资源的评估模型。针对风电、光伏、电动汽车、储能和灵活负荷五种需求侧能源资源,在分析各类资源的特性的基础上,分别提出关注资源开发效益和潜力的基础指标以及关注资源出力特性及成本的特色指标;然后分别采用层次分析法和熵权法确定基础指标和特色指标下各细化指标的权重;最后根据各指标的权重及量化值加权叠加,得到该地区各种需求侧能源资源的综合得分,通过算例验证了该评估模型能对城市电网地块上承载的需求侧能源资源进行精细化的有效评估,为城市需求侧能源资源的发展规划提供支撑。(2)针对需求侧能源资源的高效利用问题,提出了基于地理决策分区的充分考虑需求侧能源资源互补特性的虚拟电厂的优化聚合模型。首先基于地块DSER评估结果,提出虚拟电厂决策区的细致划分准则,确定代表区域内各种资源的决策变量;其次,为得到具有较低日均成本、良好负荷特性并保证分布式电源消纳和较高聚合程度的虚拟电厂,建立了多目标的虚拟电厂优化聚合模型,并采用基于优先选择度的改进蝙蝠算法对模型进行求解;最后,通过算例分析验证模型的正确性及有效性。(3)针对需求侧能源资源短期出力的不确定性问题,提出了需求侧能源资源的短期预测模型,包括风电、光伏短期出力预测和电价短期预测,为后续需求侧能源资源的优化运营决策提供支撑。首先,采用小波神经网络预测风电和光伏出力,并结合误差分析,分别建立了基于风力相似度确定相似日的风电误差概率密度函数和基于季节和天气类型划分的光伏误差概率密度函数;其次,对得到的概率密度函数进行抽样,得到误差抽样值,经过波动性分析,确定出各个预测点的误差拟合值;最后,通过将预测值与拟合值叠加修正,提高预测精度。电价预测的主要思想是通过小波分解将电价曲线的原始数据分解成概貌和细节不同的多个序列,然后针对不同序列分别进行ARIMA预测,最后通过重构得到最终的预测结果。(4)针对DSER经营者的收益需求,提出了需求侧能源资源的动态优化运营决策模型。首先针对由风电、光伏、储能等资源优化聚合的虚拟电厂进行了盈利模式分析,构建了虚拟电厂在日前市场和辅助服务市场的动态优化运营模型,通过算例验证了该模型通过合理分配虚拟电厂的出力,能有效提高经营者的收益;其次针对未参与虚拟电厂构建的DSER,以光伏电站和储能电站为研究对象,建立了光伏电站和储能电站的动态联合运营决策模型,根据外部条件的变化,动态决策是否联营,以达到提高光伏电站收益和储能收益的双赢优化联营策略。(5)提出了基于驱动模型的需求侧能源资源评估及运营决策支持系统设计方案。首先,设计了 DSER评估系统、DSER优化聚合系统、DSER短期预测系统和DSER优化运营策略系统四个子系统的功能需求;其次从系统需求分析和设计、系统结构组成及功能、系统界面设计及结果展示等方面进行了阐述;最后结合DSER评估及运营决策支持系统的建设方案进行了实例开发和分析。
【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】：2018
【分类号】：TM73
【图文】：

构成图,能源资源,构成图,光伏

２．２．１分布式光伏资源逡逑我国是光伏资源最为丰富的国家之一，我国太阳能资源具有日照时间长、日照面积逡逑广等特点。同时我国太阳能资源地区差异较大，其资源分布图如图２－２所示。逡逑中国太阳能资逼分布…’：—一］逡逑图２－２中国太阳能资源分布图逡逑Ｆｉｇ．２－２邋Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｓｏｌａｒ邋ｅｎｅｒｇｙ邋ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ邋ｉｎ邋Ｃｈｉｎａ逡逑１６逡逑

分布图,年平均风速,储能,资源

逦＾逡逑２．２．２分散式风电资源逡逑我国的风能资源十分丰富。图２－３是全国区域的年平均风速分布图，从图中可以看逡逑出，我国的风资源主要集中在几个区域，ｇ卩：三北地区（东北、华北、西北地区）、东逡逑南沿海地区及附近岛屿、内陆个别风能丰富点以及近海风能资源丰富区。逡逑２０１６年前，我国风电发展以大规模并网为主导，但是随着弃风率的居高不下，考逡逑虑到风电消纳的困难，为减少风资源的浪费，缓解弃风现象等，政府限制西部和北部的逡逑风资源的大规模并网开发，鼓励引导风电向我国中部和东部地区转移。但从图２－３可知逡逑我国中东部地区和西部地区的风电资源之间有着明显的差异，主要体现在中东部地区风逡逑能分布不连续，土地资源比较稀缺等，因此大规模集中式风电站的建设条件不现实，此逡逑时分散式风电受到重视并得到大力发展。逡逑在２０１８年３月公布的《２０１８年能源工作指导意见的通知》中，进一步对分散式风逡逑电的发展及前景指明了方向：大力投入解决清洁能源的消纳问题

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