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主动配电网规划关键技术研究

刘宇  
【摘要】:随着世界能源问题的日益突出,电力网作为主要能源消费系统正向着可再生、清洁化、可持续的方向发展。配电网作为电力消费的终端,也由传统的简单被动式网络向着多源可控网络演变,逐渐升级成为主动配电系统。主动配电网作为未来配电系统的主流形态,由于分布式可再生能源的接入、主动管理系统的建立和不同形态能源的互联而呈现出复杂新特性,因而给电网规划带来了新的挑战。本文针对主动配电网规划问题开展研究,以主动配电网不确定性、主动管理特性和能源互联属性为主要特征,构建了以双层优化数学模型为核心的主动配电网研究框架,并对该框架下的各项关键技术展开研究。具体包括以下内容:针对主动配电网的不确定性,从非时序统计特征和时序动态特征两个方面开展研究,分别构建了基于概率密度的非时序不确定性处理方法和基于动态场景的时序不确定性处理方法。在非时序方面,首先,根据可再生能源概率密度曲线的阶跃和拖尾特征,提出自适应带宽核密度估计方法,实现了对具有奇异性的概率密度分布的准确描述,为分布式可再生能源的不确定性概率建模提供了有效方法;其次,为了在规划问题中实现快速准确的系统分析,提出了基于随机化拟蒙特卡洛采样和Johnson分布转换的概率潮流计算方法,在保证计算精度的同时有效降低了计算时间,提高了主动配电网规划不确定分析的效率。在时序不确定性方面,提出了均匀分布动态场景构建方法,通过对随机变量进行均匀表达,生成表征系统不确定性的动态时序场景集;更进一步,计及电动汽车和储能等主动管理元件对主动配电网运行影响的差异性,对原始动态场景集进行修正或扩展,实现了不同类型主动管理元件的动态场景建模。针对主动配电网的运行可控特性,为了在规划问题中有效地表征和计及主动管理的影响,提出“上层规划-下层运行”的双层优化数学模型。上层优化面向配电网规划,基于可再生能源的间歇性特征构建含有松弛机会约束的随机规划数学模型,并采用基于随机化拟蒙特卡洛采样和Johnson分布转换的概率潮流计算方法实现系统不确定性分析;下层优化面向配电网运行控制,通过对均匀分布动态场景分析技术生成的典型场景进行最优化控制来计及主动管理对配电网运行的影响。上下层问题通过区间数进行统一量化,并在粒子群优化计算框架中引入区间数满意度理论进行双层优化问题的最优化排序,从而实现了在规划问题中对多种不确定性特征及时序控制特征的有效计及。针对主动配电网的能源互联属性,以燃气轮机耦合的电力-天然气互联网络为代表,研究了主动配电网参与能源互联的规划问题。首先,以电力系统作为建模标准,建立天然气网络和燃气轮机热电联产系统的能量流模型,并以电力系统潮流计算为基础构建了电力-天然气互联网络统一潮流计算方法,为电-气能源互联系统的统一分析提供了一般化的技术手段;其次,针对燃气轮机热电联产系统提出了基于状态偏移率和虚拟电热比的主动控制策略,构建了燃气轮机参与主动管理和规划分析的模型;最后,针对电力-天然气能源互联系统规划问题构建多目标规划数学模型,分别基于上层规划-下层运行的双层优化方法求解电力子系统和天然气子系统的规划配置,从而实现了考虑能源互联的主动配电网合理规划。


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