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《东南大学》 2015年
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多源微网典型应用的优化设计

刘柏良  
【摘要】:随着我国社会经济的发展,经济增速与环境问题之间的矛盾日益凸显。以化石燃料作为电力供应一次能源的局面使得化石燃料迅速消耗,并且产生大量污染物和温室气体。同时在经济发展中,社会对供电可靠性和电能质量提出了更高的要求。因此改善能源结构、高效可靠地供电是我们需要面对的现实问题。分布式发电技术可以有效地改善能源结构和缓解环境污染问题,但是不适合大规模接入电网。微网技术可以有效解决分布式电源接入的问题。微网是将分布式电源、储能装置和负荷通过集中控制与保护装置集合成的一个小型的发配电系统,它既可以看作是清洁能源接入电网的平台,也可以看作是提高电力系统灵活、经济运行的手段。微网是智能电网体系中的新成员,是符合未来电力发展需求的新技术与新方向。发展微网的首要任务是对微网进行优化设计研究,这是一个多维度的复杂问题。本文主要围绕微网的优化设计问题展开研究,分别从单目标和多目标两个方面入手,从不同角度对多种典型应用场景的微网进行建模,并对相应模型的求解方法有针对性地探究。论文主要从微网的定容选址优化设计、含可时移负荷的海岛微网电源优化配置、计及不确定性的冷热电联供型微网能源优化配置和兼顾电动汽车充电站和分布式电源的微网优化设计四个方面进行了研究,具体研究内容包括:(1)微网的定容选址优化设计研究。针对分布式电源接入并网型微网的规划问题提出了总投资成本最低、总网络损耗最小和电压稳定性最高的三目标优化模型。然后,改进并拓展了自由搜索算法,运用组合适应度选取策略和自适应网格策略,使其能够求解多目标优化问题。并通过算法的性能测试验证多目标自由搜索算法的有效性。最后采用IEEE-33节点系统作为微网算例,对分布式电源的定容和选址进行研究。算例结果证明了所提模型及算法的有效性,可以在对分布式电源定容和选址的同时使总成本、总网损和电压稳定性三个目标达到最优。并为后面的研究内容进行了铺垫。(2)对于含可时移负荷的海岛微网规划研究。首先建立了各种分布式电源稳态输出模型。其次在考虑储能充放电次数对其寿命影响的基础上,设计了一种新的放电策略。接着对可时移负荷进行了分析并进行数学建模,根据实际运行情况设计了典型运行方式。然后,建立了离网型微网优化配置问题的目标函数和约束条件。最后,改进了单目标自由搜索算法,结合混沌优化方法,采用精英竞争策略形成了混沌自由搜索算法。并通过算法的性能测试验证混沌自由搜索算法的可行性与优越性。算例中采用一典型海岛作为研究对象,分四种情况对海岛微网进行优化配置研究,结果表明所提模型可以有效降低投资冗余,提高系统效率。(3)在计及不确定性的冷热电联供型微网能源优化配置问题研究。考虑了风、光、负荷的不确定性并采用了基于机会约束规划的方法对系统进行建模。首先,研究了冷热电联供微网中的供热设备功率外特性模型,建立了风力发电、光伏发电和负荷的概率模型。之后,结合年度平均成本与联络线功率约束,建立了基于机会约束规划的优化配置模型。最后采用蒙特卡洛模拟对机会约束规划问题进行求解。算例分析表明,所提随机规划模型能够处理相关风险,在计及电源与负荷的不确定性的基础上能够提高系统的经济性与可靠性。(4)兼顾电动汽车充电站和分布式电源同时接入微网的优化定容与选址问题研究。在考虑行驶时间的基础上,采用最短行驶路径选择方法建立电动汽车的路径选择模型。利用p-中值模型和最大覆盖选址模型的折中,建立电动汽车充电站选址问题的交通满意度模型。然后根据不同种分布式电源的时序特性分别研究了含时序特性的电源输出模型。最后,建立了总成本最小、总网损最小和交通满意度最高的三目标优化模型,并采用多目标自由搜索算法进行求解。算例结果表明合理的配置充电站和分布式电源接可以有效降低投资成本和网损,并且提高交通满意度。其结论可以为决策人员提供决策参考,进而可以根据不同的实际情况进行选择。
【学位授予单位】:东南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TM727

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