發(fā)布時間：2016-05-11 06:40

第1章緒論

1.1選題背景與意義
隨著人類社會的發(fā)展,人們對能源的需求量日益增加。煤庚、石油等傳統(tǒng)化石能源在人類文明的發(fā)展進(jìn)程中起到了十分重要的作用,并將在未來的一段時間內(nèi),繼續(xù)成為人類社會不可或缺的重要能量來源之一。根據(jù)2014年6月BP世界能源統(tǒng)計年鑒發(fā)布的消息,由于新興經(jīng)濟(jì)體的持續(xù)發(fā)展,全球石油消費量繼續(xù)保持穩(wěn)中有升的趨勢,其中2013年全球石油消費增長率為1.4% (即140萬桶/曰),高于2012年的增長率及過去十年中的平均增長水平[1]。然而,傳統(tǒng)的化石能源儲量有限、不可再生,導(dǎo)致全球能源供應(yīng)緊張,價格大幅波動的不利情形時有發(fā)生。另一方面,傳統(tǒng)化石能源的燃燒,不可避免地會帶來二氧化硫、氮氧化物等有毒有害氣體的排放,而大量產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w還會進(jìn)一步加劇全球氣候變暖,引起海平面持續(xù)升高。因此,大力推動可再生新能源的開發(fā)和利用,正在逐步成為各國政府的共識之一。丹麥在新能源利用方面處于世界領(lǐng)先水平,計劃于2025年將丹麥電力系統(tǒng)中的風(fēng)電滲透率提高至50%,并相應(yīng)地開展了 EDISON項目,即通過電動汽車的智能充放電管理來達(dá)到提高含有大量可再生能源的電力系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性[2]。作為世界第一科技強(qiáng)國的美國,通過立法和政府補(bǔ)貼的方式支持新能源項目的開發(fā)。奧巴馬政府于2009年簽署了《2009年美國復(fù)興與再投資法案》,并通過稅收抵扣、減免以及特殊融資的方式對新能源項目進(jìn)行支持[3]。在此背景下,我國政府于2010年9月頒布了《國務(wù)院關(guān)于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》,其中大力發(fā)展可再生能源被確定為戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的重點發(fā)展方向之一,并在“十二五”發(fā)展規(guī)劃中明確了對核能、風(fēng)能、太陽能以及生物質(zhì)能的重點開發(fā)。圖1-1展示了 2013年全球范圍內(nèi)各種能源使用量的增長率。相比于傳統(tǒng)能源,近年來可再生能源的使用量獲得了迅猛的增長,其2013年的增幅高達(dá)16.3%[1]。大力發(fā)展可再生新能源符合綠色低碳經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略,是人類社會未來的發(fā)展方向。
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1.2本文主要工作

1.2.1課題來源
本碩士論文的研究工作同時受到了國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)“海島新能源電站智能監(jiān)控與能量管理平臺”(2001AA050203 )、國家自然科學(xué)基金“考慮設(shè)備動態(tài)健康評價的智能電網(wǎng)多維度風(fēng)險分析方法"(51177143)、浙江省自然科學(xué)基金“基于電力變壓器可載性分析的智能電網(wǎng)狀態(tài)調(diào)度方法研究”(LZ14E070001 )資助。

1.2.2論文主要內(nèi)容
本文的主要工作是在已知一定誤差水平的新能源發(fā)電系統(tǒng)出力預(yù)測的基袖上制定小時級的配電網(wǎng)調(diào)度計劃以及電動汽車的曰前調(diào)度計劃。具體工作如下所述:
1)在獲得一定誤差水平的光伏發(fā)電系統(tǒng)出力預(yù)測以及負(fù)荷預(yù)測的基礎(chǔ)上,提出一種考慮配電網(wǎng)不確定性的優(yōu)化調(diào)度策略,使得配電網(wǎng)在所有具有不確定性的注入功率(光伏發(fā)電系統(tǒng)有功輸出、負(fù)荷)處于預(yù)測值時擁有較小的網(wǎng)絡(luò)損耗,同時保證注入功率在可能的變化范圍內(nèi)波動不會導(dǎo)致配電網(wǎng)線路潮流、節(jié)點電壓越限。文中利用遺傳算法求解該混合整數(shù)規(guī)劃問題,并獲得小時級的配電網(wǎng)調(diào)度策略。文中通過算例對比了確定性調(diào)度策略與考慮光伏功率及負(fù)荷不確定性的配電網(wǎng)調(diào)度策略的魯棒性和網(wǎng)絡(luò)有功損耗。
2)根據(jù)家用車輛使用的統(tǒng)計數(shù)據(jù),建立電動汽車充電功率模型。在此基袖之上,提出電動汽車延遲充電策略,該策略能配合一天之內(nèi)光伏出力的波動特性(正午出力較多)和負(fù)荷水平的變化,起到削峰填谷的作用,從而平抑配電網(wǎng)日內(nèi)有功功率的波動和減小光伏出力波動對配電網(wǎng)的沖擊。文中以一天(24小時)為周期制定考慮電動汽車群和光伏發(fā)電系統(tǒng)接入的電動汽車延時充電策略。文中通過算例說明了電動汽車通過充電延時控制能獲得相比于無序充電時擁有更好的負(fù)荷曲線。
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第2章考慮負(fù)荷及光伏功率不確定性的配電網(wǎng)調(diào)度方法

2.1概述
傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的不確定性主要是由負(fù)荷的隨機(jī)波動造成的。根據(jù)負(fù)荷預(yù)測以及所制定的發(fā)電機(jī)組日前調(diào)度計劃,常規(guī)發(fā)電機(jī)組通過一次調(diào)頻、二次調(diào)頻可以使供電量與負(fù)荷需求始終保持平衡。然而,可再生新能源發(fā)電單元的有功出力會受到外界環(huán)境條件的巨大影響,其出力的波動性和不確定性遠(yuǎn)大于常規(guī)負(fù)荷,給含有大規(guī)�？稍偕�能源發(fā)電單元的電力系統(tǒng)調(diào)度帶來了巨大的挑戰(zhàn)。對于常規(guī)配電網(wǎng),由于不包含常規(guī)發(fā)電機(jī)組,其控制手段主要包括投切并聯(lián)電容器及調(diào)節(jié)其它無功補(bǔ)償設(shè)備、調(diào)節(jié)有載調(diào)壓變壓器分接頭等;而對于新興的主動配電網(wǎng),相應(yīng)的控制手段還包括調(diào)節(jié)微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電單元出力、調(diào)節(jié)儲能設(shè)備充放電功率等。為增加可再生新能源發(fā)電機(jī)組的接入容量,以及應(yīng)對其出力的較大不確定性,提出一種相應(yīng)的調(diào)度策略具有十分重要的意義。對于光伏發(fā)電系統(tǒng)出力不確定性的描述,國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量的研究。文獻(xiàn)[21]從大氣澄凈指數(shù)、太陽總照射量和反射量等環(huán)境因數(shù)到系統(tǒng)輸出功率對光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的建模,并將該模型代入到福射型配電網(wǎng)中,通過概率潮流計算接入的光伏發(fā)電系統(tǒng)對配電網(wǎng)造成的影響。由于光伏發(fā)電系統(tǒng)的出力同時受到多個因素的共同影響,如文獻(xiàn)[22]中在考慮光伏發(fā)電系統(tǒng)出力不確定時,認(rèn)為光伏電板的偏差服從正態(tài)分布,而光照強(qiáng)度的偏差服從貝塔分布,在最終計算光伏發(fā)電系統(tǒng)功率輸出時需要假設(shè)兩者相互獨立。為了簡便起見,同時也為了增加所制定調(diào)度策略的魯棒性,本章通過光伏發(fā)電系統(tǒng)出力的預(yù)測區(qū)間來刻畫其不確定性。對于配電網(wǎng)中的負(fù)荷,由于其波動相對較小,通常被認(rèn)為服從正態(tài)分布[23]。
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2.2配電網(wǎng)網(wǎng)損優(yōu)化與不確定性考慮
對配電網(wǎng)的各種優(yōu)化通常是以網(wǎng)損最小為目標(biāo)函數(shù)的。在配電網(wǎng)各個節(jié)點注入功率恒定的情況下(潮流計算中的P2節(jié)點),提高平衡節(jié)點的電壓可整體提高配電網(wǎng)中各個節(jié)點的電壓,從而在傳輸相同功率的情況下減小配電網(wǎng)線路中的電流值,達(dá)到降低網(wǎng)損的目的。因此,在以確定性方法(即不考慮配電網(wǎng)中的不確定因素)對配電網(wǎng)網(wǎng)損進(jìn)行優(yōu)化時,為了求得最優(yōu)解,配電網(wǎng)中平衡節(jié)點的電壓一般會被盡量抬高,直到至少有一個節(jié)點(包括平衡節(jié)點)的電壓達(dá)到其上限值。因為,若所求得的某一可行解并未使配電網(wǎng)中至少有一點電壓達(dá)到其上限值,則可以通過向上調(diào)節(jié)平衡節(jié)點電壓來進(jìn)一步減小配電網(wǎng)網(wǎng)損,即該可行解還不是最優(yōu)解。
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第3章配電網(wǎng)中電動汽車與光伏發(fā)電系統(tǒng)有功協(xié)同調(diào)度方法......22
3.1概述......22
3.2電動汽車充電功率建模......23
3.3電動汽車延時充電策略......29
3.4算例分析......31
3.5考慮剩余電量的電動汽車延時充電策略......33
3.6算例分析2......34
3.7本章小結(jié)......39
第4章考慮光伏及電動汽車不確定性的配電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度方法......41
4.1 減......41
4.2電動汽車充電功率的不確定性與配電網(wǎng)越限......4
14.3區(qū)間數(shù)簡介......42
4.4配電網(wǎng)區(qū)間潮流計算......43
4.5考慮光伏發(fā)電系統(tǒng)及電動汽車不確定性的配電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度模型......44
4.6求解方法......48
4.7算例分析......50
4.8本章小結(jié)......58

第4章考慮光伏及電動汽車不確定性的配電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度方法

4.1概述

在給定某地區(qū)車輛日行駛里程數(shù)及到達(dá)時刻概率密度函數(shù)的情況下,通過蒙特卡洛抽樣,我們可以根據(jù)3.2節(jié)的模型獲得電動汽車群在無序充電的情況下一天之內(nèi)各個時刻充電功率的期望及標(biāo)準(zhǔn)差。在3.3節(jié)和3.5節(jié)中,我們通過所得的電動汽車在各個時刻的充電功率期望,提出了兩種電動汽車延時充電控制策略,該延時充電控制策略可以平抑負(fù)荷及光伏發(fā)電系統(tǒng)出力不確定性所帶來的配電網(wǎng)功率波動。在此基細(xì)上,本章利用3.2節(jié)所求得的各個時刻電動汽車充電功率標(biāo)準(zhǔn)差來刻畫其充電功率的不確定性,并將其代入配電網(wǎng)中,提出了考慮光伏發(fā)電系統(tǒng)出力及電動汽車充電功率不確定性的配電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度方法。對于配電網(wǎng)中的隨機(jī)元素(如負(fù)荷、光伏發(fā)電系統(tǒng)有功出力、電動汽車充電功率),本章均釆用區(qū)間數(shù)的形式來刻畫其不確定性。因為相對于獲得配電網(wǎng)中的隨機(jī)元素預(yù)測值的期望和標(biāo)準(zhǔn)差,運(yùn)行調(diào)度人員可以憑借操作經(jīng)驗對其分布區(qū)間作出更加準(zhǔn)確的估計[24]。因此,在僅知配電網(wǎng)中隨機(jī)元素分布區(qū)間的情況下對配電網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度具有實際的工程意義。目前,考慮不確定性的優(yōu)化方法主要包括魯棒性優(yōu)化、概率優(yōu)化以及區(qū)間數(shù)優(yōu)化等。而區(qū)間數(shù)優(yōu)化方法在求解過程中不需要知道不確定變量的精確概率信息,而僅需知道其分布區(qū)間的大小[39],故具有非常廣泛的應(yīng)用。本章在考慮了負(fù)荷、光伏發(fā)電系統(tǒng)及電動汽車不確定性的情況下,建立相應(yīng)的區(qū)間數(shù)優(yōu)化模型,并通過智能算法進(jìn)行求解。

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結(jié)論

在第三章的基礎(chǔ)上,本章將電動汽車群的充電行為放到配電網(wǎng)中進(jìn)行潮流計算,從而使電動汽車充電延時控制與配電網(wǎng)中其它控制手段整合起來進(jìn)行協(xié)同調(diào)度。該調(diào)度方法不但能平抑配電網(wǎng)日內(nèi)有功負(fù)荷的波動,還能減小網(wǎng)損,防止配電網(wǎng)越限事故的發(fā)生。本章中利用區(qū)間數(shù)來刻畫配電網(wǎng)中的不確定因素,并對各種不確定因素的區(qū)間數(shù)表示進(jìn)行了闡述。與以往的電動汽車充電調(diào)度方法不同,本章所提配電網(wǎng)協(xié)同調(diào)度策略考慮了電動汽車充電功率的不確定性,并通過算例考察了用區(qū)間數(shù)刻畫這種不確定性的合理性。此外,針對電動汽車充電功率不確定性可能導(dǎo)致配電網(wǎng)越限事故發(fā)生的情況,本章描述了兩個典型的場景。在這兩個場景中,通過算例分別對比了確定性調(diào)度方法及本章方法在網(wǎng)損優(yōu)化與魯棒性方面的優(yōu)劣,從而證明配電網(wǎng)調(diào)度中考慮電動汽車充電功率不確定性的必要性。
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參考文獻(xiàn)(略)

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本文編號：43792