考虑储能和需求响应协同的主动配电网两阶段规划研究

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主动配电网作为未来智能电网中重要组成部分,不再是简单的电能分配环节,而是将成为集成发、配、用等多环节共存的供电枢纽。由于大量可再生能源的接入,主动配电网中的发电侧具有强烈的不确定性,使得源-网-荷三元结构间难以达到动态平衡。无论是主动配电网的规划还是运行管理环节,其技术关键问题都在于如何协调该三元结构间的平衡关系。分布式储能或需求响应具备电能缓存功能,其电气特性能够在源、荷之间相互转换,能够实现电能缓存或转移特性的调节资源是源-网-荷三元结构能够实现动态平衡的关键所在,也是主动配电网技术实现的基础保证。本文主要针对传统配电网向主动配电网过渡阶段,面向分布式储能与需求侧响应规划问题,解决配电网升级改造过程中,不确定性条件下经济性与安全性无法兼顾这一矛盾,为以主动配电网技术的广泛实现与应用提供一种行之有效的科学途径。本文立足于两阶段优化方法的相关理论,对考虑不确定性条件下,主动配电网储能与需求响应的优化配置问题展开研究。论文的主要工作如下:(1)对可再生能源快速发展的背景下,传统配电网向主动配电网过渡过程中的问题进行了归纳与总结,阐明了本文研究的意义,然后对此背景下主动配电网规划研究的关键问题进行了归纳与提炼;针对上述关键问题,从主动配电网可再生能源消纳策略、储能优化配置方法、需求响应挖掘与应用和应对不确定性的规划方法四个方面,阐述了国内外研究现状;最后结合现有研究的不足和欠缺之处,提出本文所研究的重要问题,并对本论文的组织结构和主要内容进行了梳理与概述。(2)从含不确定性的主动配电网规划方法着手,介绍了主动配电网规划的不确定性因素和含不确定性的优化问题的一般数学模型,然后建立了鲁棒优化和随机优化两种数学方法下的两阶段优化模型;最后归纳了两阶段优化问题的求解算法的基本原理,并给出了一般步骤,为下文的研究工作提供理论支撑。(3)针对保证安全运行的前提下主动配电网对可再生能源的全消纳,提出一种基于可行性检测的主动配电网储能鲁棒优化配置方法。该方法在考虑分布式可再生能源不确定性的基础上,通过两阶段鲁棒优化模型实现基于在期望场景的预规划与在最劣场景下可行性检测间的解耦互动,从而保证规划结果的可行性和鲁棒性。采用基于列约束生成方法和Big-M线性方法相结合的算法对所提模型进行求解,算例结果验证了所提模型的有效性。(4)从挖掘和优化电力市场环境下主动配电网需求响应资源出发,提出一种主动配电网需求响应鲁棒优化配置模型。该方法利用逐步函数逼近理论将非线性的负荷-价格弹性模型进行线性化重构,使得问题求解简便。模型着眼于实时电价的市场环境下需求响应两阶段规划,在规划决策和系统运行层面,综合考虑投资成本、电源运行成本与主网供电成本最小的同时,通过运行越限成本最小化保证主动配电网的安全可靠运行。(5)考虑储能与需求响应的优势互补,提出一种主动配电网储能与需求响应联合规划方法。考虑不确定性变量间的随机相关性,基于Copula函数理论,生成考虑随机相关性的不确定性场景集,并通过场景削减技术选择出典型场景,然后基于两阶段随机优化方法,建立主动配电网储能与需求响应联合规划模型。由于模型在运行层面考虑了需求响应与储能协同运行,能在降低整体成本的同时,有效应对风电、光伏以及负荷的不确定性波动。
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