国民经济的高速发展正使得全球能源急剧消耗,并对能源使用效率提出了新的挑战。综合能源系统作为一种新兴的能量耦合系统,能够实现多种能量的灵活互补并显著提升能量使用效率,已成为未来重要的能源供应的网架结构之一。良好的规划方案是综合能源系统稳定运行的重要保证之一。与单一电力系统相比,综合能源系统中负荷需求种类更多,可再生能源渗透率更高,综合能源系统所面临的源-荷不确定情况更为复杂,多种负荷需求呈现出深度耦合形态。扩展规划能够在现有系统基础上进行网架结构与系统容量的扩展,提升系统应对不确定运行场景的能力。考虑到以电网与天然气网络的电-气互联综合能源系统已经成为综合能源系统的广泛应用形式,本文立足电-气互联综合能源系统数学建模,面向系统中存在的源-荷的复杂运行场景,综合考虑其波动性,做出以下几点工作:首先,介绍了综合能源系统扩展规划的基本模型,对各组成部分进行数学建模;引入在扩展规划背景下传输线重构的基本概念,进而,通过0-1变量表征在综合能源系统规划阶段的电力网中传输线的开断情况。其次,提出一种面向电-气互联综合能源系统的数据驱动分布鲁棒扩展规划模型。针对综合能源系统中的电、气负荷需求的长期波动特性,统筹考虑风电的出力不确定性,提出了面向综合能源系统扩展规划的分布鲁棒模型。在不确定建模方面,通过数据驱动的方法获取大量系统的历史数据,基于相应聚类算法将场景缩减为有限数量的典型场景。为弥补典型场景在概率分布的误差,引入1-范数约束相应典型场景的概率波动范围,进而得出在一定置信度下的概率场景最恶劣分布并得出最终规划结果。最后,提出了一种基于信息间隙决策理论(Information Gap Decision Theory,IGDT)的电-气互联综合能源系统多目标扩展规划模型。在前述工作的基础上,基于基础预测数据,在风电出力的不确定背景下,针对电、气负荷需求,分别构建电、气负荷的不确定集合;进而,基于IGDT模型,求取电、气负荷在一定规划预算成本下各自的最大偏移系数,明确电、气负荷的波动范围。融入传输线重构的IGDT模型能够进一步扩大系统所能接受的不确定量的波动范围,有效提升规划性能。本文将电力传输线重构融入电-气互联综合能源系统扩展规划中,针对规划中所面临的源-荷不确定因素进行了初步探究,提出了分布鲁棒扩展规划模型、IGDT多目标规划模型来应对规划过程中面临的电、气负荷需求与风电出力的不确定性,为综合能源系统规划提供一定的参考。
可再生能源的利用是实现能源结构转型和推动能源革命的关键措施,随着能源互联网以及综合能源系统等理念的不断渗透和技术的不断升级,微电网作为可再生能源的重要组织形式,其能源结构和供能形式也在发生变化,不再是单一的供电系统。传统的能源系统规划、运行局限于电、气、热、冷等单一能源形式内部,无法充分发挥能源间的优势互补,能源利用效率、可再生能源消纳、节能减排等问题遭遇瓶颈。因此,开展多种能源协同互补的微电网规划研究对落实国家能源战略和建设清洁低碳、安全高效的现代能源体系具有重要意义。在了解课题背景意义的基础上,文中首先梳理了多能互补微电网(multi-energy microgrid,MEMG)系统所含设备类型,结合设备的物理特性分别对其进行合理有效的数学建模,分析其供能机制和设备的运行特性,同时以冷热电三种母线为依托,详细的阐述了各种能流的耦合关系和流动过程;然后,在对供能设备的建模基础上,计及MEMG系统中电力网络潮流约束和热管道热传递约束,即考虑系统的网络拓扑结构,以全年的投资成本为目标函数,采用典型日数据对MEMG系统开展最优规划;最后,为充分考虑可再生能源不确定性对系统规划和运行的影响,提出了基于源-荷区间的MEMG系统规划方法,以区间数来描述和刻画不确定性,并通过区间线性规划(interval linear programming,ILP)理论对前文所述的模型进行改造和简化,确保在考虑不确定性的基础上依然能够完成对模型的计算优化。通过算例分析,验证了考虑网络运行约束的必要性及合理性,明确了具体至节点的规划方案和运行策略,采用传统潮流计算方法对所采用的线性化潮流模型进行了对比,实验证明误差微乎其微,在MEMG系统规划中对其应用合理有效;同时也证明了计及不确定性的MEMG区间规划方法能够提高系统供能的鲁棒性,对指导系统未来稳定供能具有重要意义。
暂无评论