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智能电网分布式能源优化调度与控制方法研究

周文辉  
【摘要】:智能电网是一种新型的电力供需网络,借助先进的信息和通信技术实时优化电力系统管理,允许双向电力流和信息流相互作用,提高电网的高效性和安全性。与传统电力系统的集中式发电相比,分布式能源具有清洁环保和发电方式灵活等优势,尤其是可再生分布式能源,将是智能电网重要的能源来源之一。但是大量分布式能源并网运行会给电力系统的稳定性带来巨大挑战。如何在智能电网环境下高效调度分布式能源,同时保持电网动态稳定是智能电网技术研究中的一项重要课题。微电网作为一种自治的电力系统,能高效地匹配本地分布式能源的供给和负载的需求,是分布式能源并网问题的有效解决方案之一。电动汽车作为一种特殊的分布式能源,同时具有可控负载和电源的双重身份,还具有移动性、随机性、低服务成本等特点。因此,微电网和电动汽车的电能优化管理是智能电网分布式能源调度与控制研究的重要内容,对提高电网管理的效率和灵活性具有十分重要的意义。本文重点围绕智能电网分布式能源研究中的微电网和电动汽车电能优化管理问题展开,主要贡献如下:微电网电能管理的研究从局部到整体。一是针对微电网内部用户,提出一种基于非合作博弈论的分布式电能调度方法。该方法中,家庭用户相互之间竞争,并控制其负荷以保证自身的舒适度和偏好程度,同时又尽可能减少用电成本;二是面向微电网用户与分布式可再生能源之间的电能调度,提出一种基于自适应动态规划的系统成本优化的集中式能量调度方法。该方法中,调度中心收集微电网所有用户的负载信息和可再生分布式能源信息,并根据实时的电价信息集中调度用户的负载用电,降低微电网用电成本;三是考虑微电网既有内部电能调度又有外部电能交易,设计双层电能博弈机制来实现微电网的最优和弹性能量交易。对单个微电网内多个家庭之间建立非合作博弈机制,对微电网之间的能量交易采用多主多从斯坦克伯格博弈,该双层能量交易机制能够显著提高微电网可再生能源的利用率,并降低用电成本。电动汽车电能管理的研究包含固定和移动充电场景。一是面向电动汽车固定充电场景,提出一种基于自适应动态规划的集中式电价控制策略。该策略中,汇集商集中管理电动汽车的电池,并且考虑电网供电负荷的约束,通过电价控制调整充电的需求量至期望水平,保证电网的安全稳定;二是面向电动汽车移动充电场景,提出一种自适应储能系统控制方法对动态无线充电负荷进行调节。该方法在系统代价函数中联合考虑电网侧功率的变化率和充放电对电池寿命的影响,保证两者在控制过程中的最优性能。三是针对无线充电市场,采用迭代双边拍卖算法进行电能供需匹配,分布式能源作为电能卖方,汇集商汇集电动汽车的充电需求,作为电能买方,买卖双方按照自身效益最大化的原则进行出价。该方法可以在保护买卖方隐私信息情况下最大化总效益。最后,对本文智能电网分布式能源调度与控制研究进行了总结,并对今后的工作进行了展望。


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