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基于风光出力特性的微网源荷储优化调度探讨

日期:2024年05月18日 编辑:ad201107111759308692 作者:无忧论文网 点击次数:53
论文价格:150元/篇 论文编号:lw202405171117278225 论文字数:38455 所属栏目:电气工程论文
论文地区:中国 论文语种:中文 论文用途:硕士毕业论文 Master Thesis

本文是一篇电气工程论文,本文在对国内外微电网发展历程以及优化调度方法了解的基础上,结合微网各组成单元的特性,建立了微网源荷储双层优化调度模型,结合日前、日内优化调度策略,采用天牛须-自适应粒子群算法进行求解,同时设计了微网源荷储能量监测与管理系统。

第一章绪论

1.1研究背景及意义

为加速人类社会向可持续能源战略转型发展,传统化石燃料发电因资源、生态和环境等方面的限制得到了抑制,能源短缺日益严重的现状正阻碍着社会经济的迅速发展。由于不可再生能源的非环保性,其燃烧过程中排放的废气对全球生态造成了严重的危害,同时也给环境的治理造成了极大的负担。

为了缓解全球能源短缺和环境污染的问题,世界各国迫切需要找到一种新型的、无污染的清洁能源来取代传统不可再生能源。在这种趋势下,自然界中以风能、太阳能为代表的可再生清洁能源得到了人们的广泛关注,并逐渐成为未来替代化石能源的重点发展对象。如今,随着现代科技的发展,世界各国越来越重视新能源发电在传统电网中所占的比重,光伏、风力发电的装机容量逐年增加,大大减少了传统化石能源的消耗,有效缓解了全球能源短缺的巨大压力。尽管这些清洁能源有着许多传统能源无法比拟的优势,但仍然存在着一些不容忽视的关键问题。比如风力、光伏发电的出力情况受外部环境的影响会产生波动,如果不加考虑地盲目引进这些分布式电源,会使电网内部出现能源管理困难、控制复杂等一系列问题,同时其不确定性也给电力系统对风光机组参与运行所需要的出力预测增加了很大的难度,导致电网在运行当中产生大量的弃风、弃光现象,降低了电网对新能源的利用率。为了解决这些问题,人们提出了微电网的概念。

微电网是一种规模较小、能够独立或并网运行的新型电力系统,它通常由分布式发电单元、储能设备、需求侧负荷和控制管理平台等构成。当微网内部的发电单元大多数为清洁能源时,系统能够对自主产生的电能完成就地消纳,具有电能损耗低、环保且无污染的明显优势。如今,随着现代电网不断引入以风力、光伏为代表的新能源发电形式,传统电网的能源结构正在由无源系统架构向有源系统架构进行转变,同时电网的优化调度和控制管理也面临着新的挑战。这种挑战虽然难度很大,但也给电网未来的改革迎来了新的机遇[2]。目前,传统电网的运营管理模式已无法实现对新能源发电的有效调控。

1.2国内外研究现状

1.2.1微电网研究现状

微电网的概念最早是由美国威斯康辛大学R.H.Lasseter教授率先提出的,主要是利用电力电子相关技术,把微电网应用到生产供电的实际工程中[3]。当时的微电网虽然规模较小、结构简单,但也能够自主管理,满足当地居民的用电需求。2006年,美国电力协会(CERTS)在美国能源部和加州能源委员会的资助下,完成了对微电网技术的实验测试,并取得了许多珍贵的实验数据。这一成果的出现,直接加快了美国微电网技术的发展。在美国能源“Grid 2030”发展战略规划中,美国能源部明确指出,未来十年将加大对微电网研究的投入。因此,从现代电网发展的角度来看,微电网技术仍然是美国电力领域发展的重点。

欧洲因地理特征与美国相比相差很大,各国的领土面积小,而且都是独立自主的国家,但为了能源效益最大化,各个国家选择将电力系统整体联系在一起,形成欧洲电网的“一体化”模式。2005年,欧洲国家提出了“智慧电网”的发展规划,强调要充分利用智能技术加强电网各个组成单元之间的联系,提高电网运行的稳定性、经济性。现在欧洲各国的电力系统,与电力改革后的美国大为相似,即发电和输电分离管理、自主运行,保障对电力用户供电的可靠性。如今,欧洲国家已经初步完成对微电网技术的基础研究,后续任务将主要集中于研究更加高效的优化调度策略、制定更加合理的系统优化配置方案等。

日本自身资源缺乏,能源短缺,但需求始终随着时代的发展不断上涨。因此,日本微电网的发展更多的偏向于能源多样化,目的是采用灵活的多能供电方式,满足不同用户的用电需求。日本的能源发展组织在最新的研究报告中指出,日本的微电网主要服从顶层能量管理策略,统一对全国的分布式电源进行控制和调度,从而抑制微网对主网安全、稳定运行的影响。目前,日本在微电网领域的发展领先于世界上其他国家。

第二章微电网组成结构及类型

2.1微电网结构类型及特点

随着时代的发展和科技的进步,微电网的概念和类型也在不断发生变化[8]。总体来看,微电网是一个可自主控制和能量管理的小型电力系统,组成结构类型与大电网相似,但生产规模比较小。具体结构如图2.1所示,其内部结构包括各种分布式发电单元、储能装置,以及负荷单元等等。

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此外,微电网的类型根据内部各用电单元连接外电网母线结构的不同,可将其分为:直流型微网、交流型微网以及交直流混合型微网[9]。其中,直流型微网一般适用于需求侧直流负荷占比较大的电厂,适合光伏、风电等清洁能源的接入。交流型微网采用交流母线与外电网连接,其电能传输的过程中不需要逆变器,是目前微电网运行的主要形式。交直流混合型微网不仅拥有前两者独立运行的特点,自身还具有投资成本少、功率损耗低等优势,在未来微电网的应用中具有广阔的前景。

2.2微电网组成单元建模

2.2.1风力发电单元

在新能源发电技术中,风力发电属于不可控的分布式电源,与大规模、集中式的风力发电相比,小型风力发电机因自身具有初始投资成本低、环境污染少、后期维护方便等优势而受到广大用户的青睐[26]。目前,随着智能电网的快速发展,小型风力发电机组已被广泛应用于微电网领域。

2.2.2光伏发电单元

光伏发电是近年来发展迅速的清洁能源发电技术,目前已经基本实现产业化应用。随着国家对分布式能源发电扶持力度的不断加大和太阳能电池组件的生产、制造成本不断降低,越来越多的社区、商场以及企业选择使用光伏发电的形式来满足人们的用电需求[27]。

众所周知,光伏发电是通过半导体电子器件的光生伏特效应将太阳能转变为电能的一种直接发电方式,在当今新能源发电的浪潮中应用广泛。但在实际生产应用中,由于光照强度受自然环境中众多因素的影响,导致光伏发电的出力状况存在波动性。

2.2.3储能装置

储能装置作为微网系统中的关键部件,虽然其本身不能提供电能,但自身可以随时充、放电的特征打破了常规电网在时空上的限制,可以在电能充裕的情况下进行储存;当系统电能短缺时,再将电能放出,充分发挥储能装置的充放电能力,使电力系统最大限度地利用电能。同时储能装置还能通过削峰填谷作用来追求一定的经济效益,是微网系统中必不可少的常规设备[28]。

通过在微网系统中设置储能装置,能够使微网灵活应对不同类型的运行情况,从而更好地适应复杂多样的工作环境。根据分布式发电单元的出力情况、需求侧负荷的波动规律以及分时电价机制,合理安排和调整储能装置在不同时间段的充、放电次数,可以减少微网系统的综合运行成本、实现整体经济效益最优[28]。发展至今,储能装置的种类繁多,由于蓄电池储能技术相对成熟、应用广泛,所以本文选用最具代表性的蓄电池作为微网系统的储能元件。

第三章 基于风光出力特性的微网源荷储优化调度模型及策略 ........ 16

3.1 微网源荷储优化调度数学模型 ................. 16

3.1.1 模型简介 .............................. 16

3.1.2 目标函数 ............................. 17

第四章 基于风光出力特性的微网源荷储优化调度仿真分析 ............ 37

4.1 微网运行基本参数 ................. 37

4.2 BAS-APSO 算法在微网源荷储优化调度中的应用 .................... 39

4.3 算例分析 ............................... 40

第五章 微网源荷储能量监测与管理系统设计 .................... 51

5.1 系统总体结构 ..................................... 51

5.2 能量监测与管理系统硬件设计与实现 ........................ 52

第五章微网源荷储能量监测与管理系统设计

5.1系统总体结构

近年来,随着智能电网先进技术的不断普及与应用,企业逐渐开始关注能源的消耗,因此实现对日常能耗的监控与管理显得尤为重要。针对微网源荷储能量调度的信息化管理,本文设计了微网能量监测与管理平台。主要是对分布式发电单元、储能系统、负荷以及外电网等设备的运行数据进行采集,然后将采集到的信息通过通讯模块传递到上位机,再由上位机完成数据的解析处理,最后通过主界面显示设备的运行信息,以便工作人员进行监控和管理。

总体结构采用了模块化设计的思想[56]。其中,分布式电源控制器主要负责采集光伏机组、风电机组和蓄电池等的输出功率参数,以及对蓄电池进行充放电保护;智能电表负责采集微网系统与外电网的交互信息;MCU主控制器负责信息整合并将信息上传到上位机能量监测与管理平台。系统总体结构图如图5.1所示:

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第六章总结与展望

6.1工作总结

面对能源短缺、环境污染等日益严重的全球问题,我国一直采用可持续发展的理念,推动社会向节能环保方面转型。随着分布式能源在电网系统里的高比例渗入和智能电网关键技术的不断发展,我国的能源结构不断发生变化,导致微电网的运行控制由传统的单一模式变成双向模式,这样的转变在一定程度上给微电网的可靠、稳定运行和经济性优化调度带来了新的挑战。因此,本文在对国内外微电网发展历程以及优化调度方法了解的基础上,结合微网各组成单元的特性,建立了微网源荷储双层优化调度模型,结合日前、日内优化调度策略,采用天牛须-自适应粒子群算法进行求解,同时设计了微网源荷储能量监测与管理系统。本