面向可再生能源消纳的负荷态势感知及调控策略研究

发布时间：2020-10-11 14:36

　　 供给侧可再生能源的大规模接入和需求侧用能结构的调整成为能源发展趋势下的必然趋势,随着大量的高能效且信息化的电力负荷逐步替代低能效的污染性用能设备、智能用电支撑技术的发展,使得负荷资源的集群管控成为可再生能源消纳及波动性平抑的有效手段。目前的发展进程中由于用户电能替代成本偏高,使得其推广阻力较大,因此,寻求良好的发展模式,同时进一步挖掘负荷资源的可用潜力,提升其在供需平衡和辅助服务中的调控有效性,是促进能源结构调整的关键需求。本文主要面向这一发展需求,探索多元均衡的需求侧用能结构变革方式及其支撑技术体系,并针对其中的具体技术需求,以温控负荷为主体,从模型优化、态势感知、优化调控等方面提出了相应的优化解决方案,以期实现需求侧负荷资源的合理发展利用。针对需求侧能源结构调整中电能替代推行受阻的问题,引入“互联网+”的技术理念,提出以具备售电能力的负荷聚合商主体为枢纽的“互联网+”电能替代发展模式,利用电力市场体制改革所提供的发展环境,在考虑可再生能源消纳需求和电网调控需求的情况下,通过对增量高聚合性负荷资源的集群利用实现多方收益均衡的可持续发展模式;进一步的,面向负荷资源分析调控中愈加多元且精细化的发展需求,提出了负荷态势的技术概念,并对其进行本体论展开,提出以静态势和动态势分别描述负荷所处的绝对状态和相对变化趋势,更加全面系统地阐述基于多维状态信息的负荷可控能力描述模型,进而,建立并梳理了负荷态势感知的技术架构及其典型场景下的应用前景,明确了其实现的关键技术支撑体系,为需求侧资源管控提供了方向性参考。针对用户行为与离散控制模式下温度边界状态对于温控负荷模型的影响,提出了计及用户行为及离散控制偏差的温控负荷优化模型,在目前广泛应用的热电等效参数(Equivalent Thermal Parameters,ETP)模型基础上,首先根据影响作用的差异性将用户行为划分为直接性行为和附加性行为,并针对附加性行为在模型中无法体现而导致的偏差问题,以热水器用水行为为典型例,通过热力学的理论推导明确其影响关系,进而提出在模型中引入了行为附加项,提升温控负荷模型对于实际状态描述的精确性;在此基础上,针对离散控制过程中处于温度边界状态的负荷可能存在的运行偏差问题,提出了临界温度效应,并阐述了产生原理和影响因素关系,在原理分析基础上提出了离散控制偏差修正因子,并在模型中进行表达,实验结果证明所述的温控负荷优化模型能够实现对于实际运行状态的有效追踪。综合用户行为和离散控制偏差两方面影响分析和模型优化,本文所提出的优化模型实现了对于温控负荷模型表述精确性的提升,为相关的研究工作提供了更加可信的模型基础。针对负荷态势感知过程中的对于负荷动态运行特性的学习和分析推演需求,在用户侧引入AI Agent的技术概念,面向典型的家庭能用负荷进行分类模型总结,并考虑实际用户负荷间的差异性,通过自学习式的求解过程实现基本模型和参数认知;在此基础上,提出了基于时域特征拓展的随机森林负荷行为分析方法,并根据负荷的空间分布特性进行集群化处理,建立了考虑时间序列影响关系和空间内负荷关联关系的时域拓展特征矩阵,并针对其带来的计算差异性在随机森林算法计算过程中通过矩阵拉直计算和映射处理,实现对于负荷运行行为的准确预测分析,并基于其分析结果提出了用户行为的动态分析和可控能力分析方法,为负荷群的态势感知实现提供了有效方案,也为后续的调控实现提供了理论支撑。针对温控负荷群调控过程中存在的异构特性影响和精确性需求,提出了考虑异构特性的温控负荷群调控策略,在不同的负荷群构成和调控模式下,分别针对集中式和独立式的异构负荷群调控架构,提出了基于协同优化的异构负荷群调控方法和基于泛化指标的异构负荷群联合调控方法。前者主要通过基于可控能力分析结果在异构负荷群之间实现任务分解和协同,并针对负荷群内的同构负荷调控提出考虑可控功率裕度、可调温度裕度和可调时间裕度的负荷态势指标,实现精准调控;后者则考虑在异构负荷在统一平台横向交叉的联合调控模式下评价标准差异性明显的隔阂,将负荷态势进一步泛化为能量和时间维度的共性表述,提出泛化态势指标分析及其量化计算方法,进而实现异构负荷之间的联合调控,并通过仿真验证了方法的有效性,为异构温控负荷群的精准调控实现提供参考。
【学位单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM73
【部分图文】：

能源是现代社会发展的重要推动力，也是新一轮科技革命的重点关注领域。尤??其进入２１世纪以来，随着互联网、先进通信信息及可再生能源等相关技术与能源??产业的深度融合，互联网＋智慧能源、能源互联网、泛在能源物联网等系列技术概念??的提出为能源领域发展开启了新篇章。??根据２０１８年ＢＰ发布的世界能源统计年鉴［｜］，总体而言，世界能源的发展形势??开始进入一定的平稳期或称之为瓶颈期，２０１７年，世界能源消费中，煤炭消费量出??现了?２０１３年之后的首次增长，石油的即期布伦特均价也出现了?２０１２年以来的首次??增长，而能源消费带来的碳排放也出现了反弹，增长了?１．６％，这意味着世界能源的??低碳化发展趋势逐步放缓甚至可能出现反复。具体的一次能源消费构成如图１－丨所??示，我国２０１７年的一次能源消费中，传统的矿石能源（煤炭＋石汕）消费占比虽然??呈稳步下降的趋势，但目前仍占到／?７９．８５％，且其中煤炭的总消费Ａ比达６０．４３％，??远高于世界平均的６１．８３％和２７．３２％；我国天然气占比虽然均１丨１：界平均水平相去较??远，但随着“煤改气”项目的推广实施，己然有着明显提升，增速明显；而可再生??能源方面，我国的消费占比为３．４１％，已逐步趋近世界平均水平，但距离清洁化低??碳化发展的肖标还有明显差距。??１００％??Ｋ：Ｋ：；：＾：；：；：ｌ：；?限孩Ｐ?孩節涵忽?！；；；现調忍???

．就目前我国电力领域结构的形势而言，可再生能源产业发展十分迅猛，截２０１７年，风电装机容量己达１６３６７万千瓦，光伏装机容量己达１３０２５万千瓦，均世界首位［３］。但从总体上而言，能源结构比例仍不容乐观，火电的出力占比达到了??６７．１４％，相较于世界３８．０５％的平均水平仍有明显的差距，而可再生能源的出力占比??虽然从数据上逐步逼近世界平均水平，具体的数据对比如图１－３所示；但事实上，??

第１章绪论??史性遗留问题，严重过剩的火电装机量难以在短时间内实现有效的能源转型，另方面则是由于可再生能源的接入并网存在诸多的约束和瓶颈，从地理分布上而言，??我国的可再生能源基地大量集中在“三北”地区，而用电量较高的Ｋ域则集中在华??东及东南沿海一带，虽然己经在通过远距离输电技术等系统支撑技术逐步推进电量外送，但是仍然存在着大量的弃风弃光现象，２０１８年，个闺风电弃风电量总计２７７亿千瓦时，平均弃风率为７％，其中新疆弃风电量为１０７亿千瓦时、弃风率为２３％；??甘肃弃风电量为５４亿千瓦时、弃风率为１９％；内蒙古弃风电量、弃风率则分别为??７２亿千瓦时、１０％；同时，新疆甘肃也是弃光现象的聚集区，２０１８年新疆弃光电量??为２１．４亿千瓦时，弃光率１６％；而甘肃弃光电量为１０．３亿千瓦时，弃光率１０％１４］；??从支撑技术上而言，由于可再生能源的随机性和系统运行状态的制约，使得高比例??可再生能源接入下的电力系统供需平衡调控成为亟待解决的问题，但传统的储能系??统、电力外送、发电机组协调等方式均存在明显的局限性，只关注于发、输电过程??的优化，而对于考虑需求侧资源能动性的可再生能源消纳有效的支撑技术还尚未发??展成熟。??
【参考文献】

相关期刊论文 前10条

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本文编号：2836722