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含多微网配电系统多元主体互动运行策略研究

吕天光  
【摘要】:微电网作为一个相对独立的电力单元,能够有效整合风光等可再生能源,电动汽车等需求响应,以及本地负荷和储能系统。作为配电系统的一部分,多个微电网可以互联的并入到配电网来进一步提升运行质量、经济性等指标,解除区域配电管理的限制。因此,在低碳、环保、可持续发展的倡导下,多微网主动配电系统将成为现代电力系统分布式电源大规模并网、负荷多元化发展等新兴问题的有效解决手段。随着多微网主动配电系统这一概念的提出,如何细化概念并构筑系统,如何解决微电网之间,以及微电网与用户、微源、配网之间的互动运行问题,如何对需求响应和分布式电源进行有效能量管理和交易,最后如何通过多微网主动配电系统实现配网的高效运行和经济效益,这些问题都是微网群系统的研究热点。当今,以博弈论和机器学习为代表的人工智能技术已经开始应用到包括电力系统在内的各个领域;根据配电网的架构层次和其中的多元智能主体(微网、配网、用户),本文将含多微网的主动配电系统分为配网层、微网层和用户层,以微电网为中心,以三类核心互动关系(微网-配网、微网-微网、微网-用户)为基础,由顶层(配网层)到底层(用户层)采用多种人工智能技术和优化方法构建多元主体间的互动运行策略体系并尝试解决以上热点问题。具体工作和创新点体现在以下几个方面:1.利用双层博弈以及多目标优化搭建了多微网层与配网层的互动运行能量管理模型,提出了不同运行环境(调度运行和市场运行)下微网群与配网的互动策略,在此基础上又提出了微网群备用容量支持体系。将配网的用电损耗、电压水平、联络线波动等运行指标作为控制变量,采用基于非线性规划的自适应NSGA-II算法对模型求解。分析了在不同配电规模下运行策略和间歇分布式电源容量对运行指标的影响,比较了不同运行策略下微网群与配电网之间的互动运行效果,验证了模型的有效性。2.在建立了微网-配网双层互动运行策略的基础上,提出了基于信息流博弈矩阵(多代理技术)和动态决策的微网与微网间合作与非合作运行策略和能量管理模型,建立了基于可控微源备用容量和储能容量的扩展式储能系统用来与其他微网互动,利用随机优化对间歇分布式电源进行建模。通过阶梯遗传算法和模糊集理论对多种分布式能源在不同区域微电网中的整合进行了优化,比较了微网间不同运行策略的影响,达到了提高配电可靠性、提升能源利用率、减少运行成本以及改善用电质量的多重优化效果。3.在微网-配网和微网-微网互动运行的基础上加入微网与用户的互动,针对多微网系统与需求响应用户(配网-微网-用户)的互动运行策略,利用逆优化理论将用户群隐含的描述经济运行行为的特征信息定位和提取出来,结合降噪函数将特征信息进一步优化,使其能够最好地表征经济行为,解决大数据量、高维度数据结构的运算效率低和数据训练过度问题,提高微网经济运行行为的预测精度和广度;提出基于Stakelberg博弈的多微网需求响应经济运行互动模型,将预测信息整合到基于Stakelberg模型的配电市场需求侧管理中,并结合分布式拉格朗日解耦算法对动态交易和用电过程进行求解。该模型有效的预测了用户用电行为,优化了配电市场交易,为需求响应提供了新的管理策略。4.在多微网配电市场环境下,提出用户与多微网的互动策略。站在用户角度建立以深度Q网络为基础的用电决策系统,经过与环境的实时互动训练和优化决策模型,针对基于市场价格的不同类型用电套餐,为电力用户做出提高用电满意度、以经济节能用电为导向的决策。本文针对本领域研究热点,根据多微网配电系统中的多元主体(配网、微网、用户),结合当下热门有效的人工智能技术,提出了一个比较全面的互动运行体系和运行优化(能量管理和经济运行)方法,给出了大量仿真分析结果和部分工程实际运行结果加以验证。本文的研究成果可有效提升配电网供电可靠性,改善电能质量,提高电网经济效益,为未来配电网乃至能源互联网的分布式、智能化运行提供理论参考。


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