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考虑调节需求的光热-光伏发电优化配置方法研究

安玫  
【摘要】:光伏发电出力的随机性与间歇性等特征,使其不能直接被电网所接收利用,对电网的供电可靠性造成较大的影响。当光热电站、光伏电站组成联合发电系统并独立运行时,为有效实现能源互补,需要对系统中光热电站储热容量进行合理配置,以调节光伏电站的出力,保证系统稳定可靠运行。光热电站储热容量的合理配置是独立运行光热-光伏发电研究中的核心工作,旨在满足供电可靠性的前提下,提高整个发电系统的运行效益和能源利用率。因此开展光热-光伏发电系统的可靠性及其在容量优化配置中的应用研究具有重要的理论意义和实际价值。本文主要针对考虑调节需求的光热-光伏发电优化配置问题,从光热-光伏发电系统的运行特性及其对应的可靠性评估模型入手,引入系统调节需求的概念,并将其贯穿于整个系统规划阶段的光热电站储热容量优化配置研究中。基于这一研究思路,本文完成的工作主要包括以下几个方面:(1)为了建立准确可靠的评估模型,先对光热-光伏发电系统的出力特性进行了分析。首先,以塔式太阳能光热发电为例,介绍了光热电站的基本组成及工作原理,并根据不同工况分析了光热电站运行的五种工作模式,从而建立了光热电站能量流模型;其次,根据光伏电池的工作原理,分析了光伏出力的影响因素,从而建立了光伏电站随机时序概率模型;最后,基于光热、光伏发电出力特性,从能量平衡和爬坡率匹配两个维度,分析了光热电站通过储热系统对光热-光伏发电系统出力进行调节的能量互补原理。(2)针对光热-光伏发电系统运行期间如何协调分配光热电站储热容量,有效提高系统内负荷供电可靠性的问题,提出了一种基于时序模拟的可靠性评估方法。首先,基于系统的基本结构,建立了相应的可靠性模型,同时在分析系统的可靠性评估特性的基础上,定义了可靠性评估指标;其次,采用负荷削减策略以保障系统内重要负荷持续供电,并通过比较系统的功率输出与负荷需求,分析了光热电站储能系统运行策略。最后,利用蒙特卡洛法模拟了系统时序运行状态,进而评估系统的供电可靠性。算例结果验证了可靠性评估方法的有效性。(3)在保证供电可靠性的前提下,基于调节需求的定义及其与可靠性的关系,对调节需求的评价指标进行了量化分析。同时,从光热-光伏发电系统最大程度消纳光伏发电的角度出发,考虑间歇性光伏发电和负荷等随机源的灵活性调节需求,将光热电站作为灵活调节源,以系统负荷失电率最低、投资运行成本最小与光伏发电渗透率最大为目标,建立了光热电站储热容量多目标优化配置模型,并采用带有精英策略的非支配排序遗传算法(NSGA-II)进行求解。算例结果验证了本文所提出的考虑调节需求得到的优化配置方案的有效性和合理性。


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