【摘要】：傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)充裕性研究在假定一次能源供應(yīng)充足的前提下,考慮發(fā)電容量和輸電容量相對于負(fù)荷需求量的充裕程度,可分為發(fā)電充裕性和輸電充裕性。發(fā)電充裕性又可按時間尺度分為裝機充裕性與運行充裕性,前者涉及發(fā)電容量規(guī)劃問題,后者則涉及運行容量的配置和調(diào)度問題。然而,電力系統(tǒng)是整個能源系統(tǒng)的一部分,一次能源供應(yīng)對電力系統(tǒng)充裕性的影響日益深刻。例如,風(fēng)能、太陽能等間歇性可再生能源(Renewable Energy Source, RES)發(fā)電的大規(guī)模接入給運行充裕性控制帶來了更大的不確定性；電煤等化石類一次能源供應(yīng)不足則會降低系統(tǒng)的實際裝機容量充裕度等。為此,研究一次能源阻塞背景下電力系統(tǒng)充裕性的相關(guān)問題十分必要。大規(guī)模間歇性RES接入下的運行充裕性控制決策是一個最優(yōu)化問題,傳統(tǒng)的做法是在機組組合問題中計及旋轉(zhuǎn)備用容量(Reserve Capacity, RC)約束,并通過最小化其目標(biāo)函數(shù)(包括啟停成本、發(fā)電成本、旋轉(zhuǎn)備用成本以及可能的停電風(fēng)險)來滿足系統(tǒng)對運行充裕性與經(jīng)濟性的要求。本文在現(xiàn)有的優(yōu)化模型基礎(chǔ)上做了如下工作：(1)原優(yōu)化模型中假設(shè)凈負(fù)荷(負(fù)荷減去RES出力)預(yù)測誤差服從高斯分布,并在目標(biāo)函數(shù)中將“發(fā)電成本”與“旋轉(zhuǎn)備用成本”設(shè)定為與場景差異無關(guān)。然而,高斯分布的假設(shè)在實際運行中難以成立,故本文在對不確定性因素的建模時直接根據(jù)概率性預(yù)報數(shù)據(jù)來描述凈負(fù)荷場景集,并據(jù)此將以上兩項成本修改為各場景下不同“電量成本”(包括旋轉(zhuǎn)備用的發(fā)電成本)的加權(quán)和以及各場景下均相同的“旋轉(zhuǎn)備用容量成本”。(2)大規(guī)模RES接入情況下,原優(yōu)化模型中只依賴發(fā)電側(cè)旋轉(zhuǎn)RC的做法在經(jīng)濟性方面有待改善,為此,本文分析了發(fā)電側(cè)與需求側(cè)各等級RC的互補特性,依次考慮增加需求側(cè)旋轉(zhuǎn)RC一一可中斷負(fù)荷(Interruptible Load, IL)、以及發(fā)需兩側(cè)各等級非旋轉(zhuǎn)RC參與控制時的優(yōu)化模型改進。引入IL后,在目標(biāo)函數(shù)中用實際的“主動切負(fù)荷代價”與“剩余停電風(fēng)險”之和代替離線統(tǒng)計的“被動停電風(fēng)險”,并進一步用各類RC配合下的“事故后控制代價”代替單一的“切負(fù)荷代價”；將“啟停成本”、“旋轉(zhuǎn)備用容量成本”、“電量成本”修改為能夠描述發(fā)需側(cè)多等級RC的情況。增加了與IL以及各等級非旋轉(zhuǎn)RC相關(guān)的約束條件。(3)由于市場環(huán)境下RC資源的控制權(quán)不再通過指令獲取,本文將運行充裕性控制決策劃分為在市場上獲取RC控制權(quán)的合約決策、以及對RC實際實施控制的執(zhí)行決策,并分別為兩類決策構(gòu)建了優(yōu)化模型,討論兩者在目標(biāo)函數(shù)、決策變量、優(yōu)化空間、約束條件等方面的差異與聯(lián)系。(4)借鑒大系統(tǒng)優(yōu)化問題中的“分解法”及其在電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定性控制決策優(yōu)化中的應(yīng)用,提出運行充裕性控制優(yōu)化決策的求解方法。將運行充裕性控制劃分為具有互補性的事故前預(yù)防控制(Preventive Control for Adequacy, PCfA)、事故后緊急控制(Emergency Control for Adequacy, ECfA)、以及出現(xiàn)嚴(yán)重的頻率、電壓違規(guī)時實施的校正控制(Correction Control, CC),其中CC與安全穩(wěn)定性控制共用。以該“不同時機控制”的分解為核心,提出了三層分解的思路,將整個問題分解為不同子問題后分別優(yōu)化,再通過協(xié)調(diào)獲得全局準(zhǔn)優(yōu)化的效果。(5)研究大規(guī)模風(fēng)電(間歇性RES的代表)接入下的運行充裕性控制執(zhí)行決策優(yōu)化,初步實現(xiàn)上述優(yōu)化模型與求解方法的應(yīng)用。按控制時機將控制分解為PCfA(包括旋轉(zhuǎn)、熱、冷各類發(fā)電側(cè)RC的調(diào)度)與ECfA(IL的切除),通過三種不同的搜索方法來求取總風(fēng)險代價(PCfA代價與ECfA風(fēng)險代價之和)最小的方案。通過仿真比較了三種搜索方法的效果,說明了改進模型相對原有模型的優(yōu)越性,并驗證了風(fēng)險性的旋轉(zhuǎn)RC配置方法優(yōu)于確定性和概率性方法。作為電力系統(tǒng)滿足長期充裕性的必要手段,發(fā)輸電擴容規(guī)劃日益受到化石能源供應(yīng)的影響。然而,在主流的擴容規(guī)劃研究中化石能源的運輸能力或運輸價格并非重點考慮的因素。本文考慮了這些因素并展開了相關(guān)研究：(6)在電煤(化石能源的代表)資源與電力負(fù)荷中心遠(yuǎn)距離逆向分布的系統(tǒng)中,選擇發(fā)電容量的地理位置時需要權(quán)衡各節(jié)點的電網(wǎng)阻塞情況及其離電煤基地的距離,而新建輸電容量對網(wǎng)絡(luò)阻塞情況的改變則進一步增加了問題的復(fù)雜度。本文以電力系統(tǒng)滿足規(guī)劃年限內(nèi)負(fù)荷需求的供電總風(fēng)險代價(包括購電成本、阻塞風(fēng)險以及投資成本)為指標(biāo),仿真評估不同的電煤運輸成本下各發(fā)輸電擴容規(guī)劃方案的經(jīng)濟性。
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【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TM732

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前4條

1 李霄;胡長生;劉昌金;徐德鴻;;基于超級電容儲能的風(fēng)電場功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)建模與控制[J];電力系統(tǒng)自動化;2009年09期

2 徐立中;楊光亞;許昭;F.MARRA;C.TR■HOLT;;電動汽車充電負(fù)荷對丹麥配電系統(tǒng)的影響[J];電力系統(tǒng)自動化;2011年14期

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本文編號：2451249