發(fā)布時(shí)間：2020-08-23 14:34

【摘要】：“十三五”時(shí)期是我國(guó)小康社會(huì)建設(shè)的決勝期、全面深化改革的攻堅(jiān)期。而電力是關(guān)系國(guó)計(jì)民生的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè),電力供應(yīng)和安全事關(guān)國(guó)家安全戰(zhàn)略,事關(guān)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展全局。電力發(fā)展,規(guī)劃先行。在此背景下,2016年11月7日,國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局正式發(fā)布了《電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃》,內(nèi)容涵蓋了核電、水電、煤電、氣電、風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電、輸配電網(wǎng)建設(shè)等方方面面,為電力工業(yè)的發(fā)展提供了基本遵循。然而,能源互聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)、新理念的發(fā)展將使電力系統(tǒng)物理架構(gòu)、信息交互方式、電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)模式發(fā)生改變,給傳統(tǒng)電力系統(tǒng)規(guī)劃和運(yùn)營(yíng)工作帶來了新挑戰(zhàn)。對(duì)此,本文建立了一套面向能源互聯(lián)網(wǎng)的電力系統(tǒng)時(shí)空多維規(guī)劃方法及市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)模式,旨在回答:什么是能源互聯(lián)網(wǎng)?能源互聯(lián)網(wǎng)將給電力系統(tǒng)規(guī)劃和運(yùn)營(yíng)帶來哪些影響及挑戰(zhàn)?如何從不同維度來應(yīng)對(duì)?應(yīng)該設(shè)計(jì)怎樣的配套機(jī)制?希望通過回答這些問題,為未來電力系統(tǒng)相關(guān)工作提供新思路、新方法、新工具。本文的主要工作總結(jié)如下:首先,提出了能源互聯(lián)網(wǎng)的演化過程及其對(duì)電力系統(tǒng)的影響。從能源互聯(lián)網(wǎng)提出的背景和意義出發(fā),明確了能源互聯(lián)網(wǎng)的定義、特征和基本架構(gòu),重點(diǎn)剖析了能源互聯(lián)網(wǎng)物理層、信息層、市場(chǎng)層三個(gè)層級(jí)的架構(gòu)元素,刻畫了能源互聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)從微觀層級(jí)到市場(chǎng)層級(jí)再到多市場(chǎng)層級(jí)的演化過程和市場(chǎng)體系,重點(diǎn)提出了能源互聯(lián)網(wǎng)交易的五個(gè)特點(diǎn)、三類產(chǎn)品和三種基本交易模式。結(jié)合傳統(tǒng)電力系統(tǒng)規(guī)劃和運(yùn)營(yíng)面臨的瓶頸及不足,明確了能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展給電力系統(tǒng)規(guī)劃和市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)帶來的時(shí)間維度、空間維度、多能源系統(tǒng)維度、市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)角度等多方面的影響,并提出了改進(jìn)思路,為提出面向能源互聯(lián)網(wǎng)的電力系統(tǒng)規(guī)劃方法和運(yùn)營(yíng)模式奠定理論基礎(chǔ)。其次,基于能源互聯(lián)網(wǎng)給電力系統(tǒng)帶來的影響分析,分別從時(shí)間維度、空間維度、多能源系統(tǒng)維度提出了面向能源互聯(lián)網(wǎng)的電力系統(tǒng)規(guī)劃方法。在時(shí)間維度上,結(jié)合能源互聯(lián)網(wǎng)的多階段特性、博弈形態(tài)和系統(tǒng)清潔低碳化要求,基于Stackelberg博弈理論提出了以社會(huì)福利最大化為主目標(biāo),運(yùn)行階段個(gè)體收益最大化和規(guī)劃階段發(fā)電商總體收益最大化為輔目標(biāo),重點(diǎn)關(guān)注主體博弈、系統(tǒng)低碳特性和可再生能源發(fā)電的電力系統(tǒng)源-網(wǎng)多階段協(xié)調(diào)規(guī)劃模型及求解算法。在空間維度上,鑒于能源自平衡單元內(nèi)規(guī)劃與系統(tǒng)多自平衡單元之間規(guī)劃存在著主從遞階關(guān)系,根據(jù)雙層規(guī)劃模型設(shè)計(jì)原理,首次提出了面向能源互聯(lián)網(wǎng)的電力系統(tǒng)多區(qū)域綜合規(guī)劃模型:上層模型以系統(tǒng)可靠性最大為目標(biāo),以RMI為評(píng)判指標(biāo),下層模型以自平衡單元成本最小化為目標(biāo),上層和下層優(yōu)化規(guī)劃存在耦合迭代特征。在多能源系統(tǒng)維度上,通過擴(kuò)展自平衡單元的能源組件將多能源自平衡單元從電力系統(tǒng)擴(kuò)展到多能源綜合系統(tǒng),基于不同能源子系統(tǒng)特征,以綜合成本最小化為目標(biāo)構(gòu)建了天然氣網(wǎng)絡(luò)設(shè)施規(guī)劃模型、電動(dòng)汽車充電設(shè)施規(guī)劃模型、電力系統(tǒng)網(wǎng)源規(guī)劃模型。尋求天然氣網(wǎng)絡(luò)、交通網(wǎng)絡(luò)、電力系統(tǒng)的耦合點(diǎn),首次將三個(gè)系統(tǒng)模型整合形成面向能源互聯(lián)網(wǎng)的綜合能源系統(tǒng)規(guī)劃模型,使其能在統(tǒng)一框架下實(shí)現(xiàn)優(yōu)化規(guī)劃;同時(shí),三個(gè)系統(tǒng)模型與總模型之間有反饋機(jī)制,當(dāng)總模型方案無(wú)法滿足子系統(tǒng)模型時(shí)將進(jìn)行重置,并利用改進(jìn)的Garver測(cè)試系統(tǒng)驗(yàn)證了模型的有效性。第三,針對(duì)傳統(tǒng)電力系統(tǒng)規(guī)劃評(píng)價(jià)體系與新電力系統(tǒng)規(guī)劃方法不匹配的、不適用的問題,提出了面向能源互聯(lián)網(wǎng)的電力系統(tǒng)規(guī)劃綜合效益評(píng)價(jià)方法。結(jié)合能源互聯(lián)網(wǎng)框架下電力系統(tǒng)規(guī)劃需要體現(xiàn)的特點(diǎn)和要求,借助系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)揭示了面向能源互聯(lián)網(wǎng)的電力系統(tǒng)規(guī)劃所帶來的綜合效益增益內(nèi)在邏輯。在此基礎(chǔ)上,從規(guī)劃的清潔低碳效益、經(jīng)濟(jì)效益、智能高效效益和安全穩(wěn)定效益四個(gè)指標(biāo)維度,設(shè)計(jì)并建立了面向能源互聯(lián)網(wǎng)電力系統(tǒng)規(guī)劃綜合效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及指標(biāo)的數(shù)學(xué)表達(dá),并采用改進(jìn)ELECTRE算法求解面向能源互聯(lián)網(wǎng)的電力系統(tǒng)規(guī)劃綜合效益評(píng)價(jià)問題,以提升評(píng)價(jià)體系在實(shí)際工作中的適用性。第四,為了保證在能源互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下,規(guī)劃結(jié)果能夠與市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)更好的銜接,本文對(duì)面向能源互聯(lián)網(wǎng)的電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)模式展開了研究。通過總結(jié)電力市場(chǎng)化改革措施、刻畫改革后的電力市場(chǎng)架構(gòu),結(jié)合能源互聯(lián)網(wǎng)的基本特征和交易特點(diǎn),從市場(chǎng)主體、交易模式、市場(chǎng)結(jié)構(gòu)、市場(chǎng)監(jiān)管四個(gè)方面設(shè)計(jì)了面向能源互聯(lián)網(wǎng)的電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)模式。此外,為保障電力市場(chǎng)健康有序高效發(fā)展和運(yùn)營(yíng),提出了面向能源互聯(lián)網(wǎng)的電力市場(chǎng)監(jiān)管模式及保障措施,明確了在能源互聯(lián)網(wǎng)背景下電力市場(chǎng)監(jiān)管的基本原則、監(jiān)管重點(diǎn)和保障措施。
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：F426.61
【圖文】：

圖２－１能源互聯(lián)網(wǎng)基本架構(gòu)逡逑Ｆｉｇ．２－１邋Ｂａｓｉｃ邋Ｆｒａｍｅｗｏｒｋ邋ｏｆ邋Ｅｎｅｒｇｙ邋Ｉｎｔｅｒｎｅｔ逡逑由圖２－１所示，能源互聯(lián)網(wǎng)基本架構(gòu)包含物理層－信息層－市場(chǎng)層的多個(gè)要素，逡逑形成一定內(nèi)在邏輯。逡逑物理層：能源互聯(lián)網(wǎng)的物理層主要是指能源整個(gè)生產(chǎn)、傳輸、存儲(chǔ)和消費(fèi)過程逡逑中物理設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)該包含了多個(gè)能源子系統(tǒng)。物理層是要保證能源互聯(lián)網(wǎng)中物逡逑理能源的正常交易、傳輸和利用，是能源互聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行的基礎(chǔ)。從上圖中可以看到，逡逑能源互聯(lián)網(wǎng)物理層猶如一個(gè)生物組織體，這個(gè)組織體中存在若干個(gè)相對(duì)獨(dú)立又廣泛逡逑互聯(lián)的物理單元。這些物理單元在執(zhí)行任務(wù)時(shí)相對(duì)獨(dú)立，同時(shí)正常情況下每個(gè)單元逡逑能夠?qū)崿F(xiàn)自我平衡，稱之為能源自平衡單元，即ＳＵＭＥ。在ＳＵＭＥ中，供能端由石逡逑油、煤炭、天然氣、核能等傳統(tǒng)能源系統(tǒng)和風(fēng)能、太陽(yáng)能、水能等清潔能源系統(tǒng)構(gòu)逡逑成多能源供能系統(tǒng)，供能方式由集中式供能和分布式供能兩種；網(wǎng)絡(luò)輸送端以微型逡逑網(wǎng)絡(luò)為主，每個(gè)微型網(wǎng)絡(luò)承擔(dān)局部區(qū)域的能量傳輸，這些微網(wǎng)包含了分布式能源系逡逑統(tǒng)、儲(chǔ)能裝置以及多元化負(fù)荷設(shè)備；用能端有微網(wǎng)中的分散用戶

３．５．１基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及模型參數(shù)逡逑利用改進(jìn)的ＩＥＥＥ－２４節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)分析面向能源互聯(lián)網(wǎng)的電力系統(tǒng)源－網(wǎng)多階段協(xié)逡逑調(diào)規(guī)劃問題，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖３－３所示。系統(tǒng)中有２４個(gè)獨(dú)立的節(jié)點(diǎn)，其中有１７個(gè)節(jié)逡逑點(diǎn)具備可再生能源電源安裝條件。模型優(yōu)化的目的在于綜合考慮未來負(fù)荷需求、發(fā)逡逑電和輸電成本變化以及可再生能源發(fā)電大規(guī)模并網(wǎng)，保證電源與電網(wǎng)規(guī)劃的協(xié)調(diào)性逡逑和一致性，最終實(shí)現(xiàn)社會(huì)福利最大化目標(biāo)。逡逑假設(shè)第一階段和第二階段的規(guī)劃期都為５年，第三階段運(yùn)行期為１５年。折現(xiàn)逡逑率ｒ?yàn)椋担�，線損率為６％，系統(tǒng)備用容量率＜５不低于３０％，初始發(fā)電容量、各節(jié)逡逑點(diǎn)之間的輸電線路參數(shù)、負(fù)荷數(shù)據(jù)參見文獻(xiàn)［１２１－１２２］。各種發(fā)電方式的機(jī)組運(yùn)行特逡逑征參數(shù)如表１所示，設(shè)定各發(fā)電商同一類型機(jī)組參數(shù)無(wú)差異。各節(jié)點(diǎn)允許接入的逡逑ＲＥ最大容量為６０ＭＷ，節(jié)點(diǎn)電壓允許波動(dòng)范圍為±５％；邋ＲＥＧ功率因數(shù)可調(diào)范圍為逡逑［０．９５，０．９５］。參考國(guó)內(nèi)外實(shí)際情況，輸電價(jià)格取為０．３８元／ｋＷ．ｈ，碳交易價(jià)格為逡逑４５邋元／ｔ。逡逑＠＿＿０邐—０—．邐＠逡

如前文所述，假設(shè)光伏發(fā)電和風(fēng)電出力基本服從Ｂｅｔａ分布和Ｗｅｉｂｕｌｌ分布。為逡逑了更直觀表達(dá)，此處結(jié)合實(shí)際數(shù)據(jù)，描繪了風(fēng)機(jī)出力曲線和光伏發(fā)電出力曲線，如逡逑圖３－４和圖３－５所示。假設(shè)典型日代表了該區(qū)域內(nèi)光伏發(fā)電和風(fēng)電的出力分布，不逡逑同日期無(wú)差異，則其全年出力可通過典型日推導(dǎo)。逡逑９０％邋｜邐—逡逑？？最大出力曰逡逑８0Ｐ0邐一費(fèi)出力曰逡逑４０Ｈ邐７０％邐出力日逡逑６０％邋、逡逑＾邐５０％邐■邐＼逡逑：邐：：！逡逑＾邐６邐８邐１０邐１２邐１４邐１６邐１８邐２０邐２２邐２４邐ｆ逡逑＼７0ｎ／ｓ）邐０：００邋２：００邋４：００邋６：００邋８：００邋１０：００邋１２：００邋１４：００邋１６：００邋１８：００邋２０：００邋２２：００逡逑圖３－４典型日風(fēng)電出力曲線逡逑Ｆｉｇ．３－４邋Ｏｕｔｐｕｔ邋Ｃａｒｖｅｓ邋ｆｒｏｍ邋Ｗｉｎｄ邋Ｔｕｒｂｉｎｅｓ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋Ｔｙｐｉｃａｌ邋Ｄａｙｓ逡逑ｉ（ｉ＂丨逡逑—晴天逡逑—陰天逡逑８０％邋ｌ逡逑６０％邋卜邋／邋＼逡逑０邐７：００邐９：００邐１１：００邐１３：００邐１５：００邐１７：００邐１９：００逡逑圖３－５典型日光伏發(fā)電出力曲線逡逑Ｆｉｇ．３－５邋Ｏｕｔｐｕｔ邋Ｃａｒｖｅｓ邋ｆｒｏｍ邋Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ邋Ｓｙｓｔｅｍｓ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋Ｔｙｐｉｃａｌ邋Ｄａｙｓ逡逑３．５．２優(yōu)化結(jié)果及對(duì)比分析逡逑為驗(yàn)證本文所提模型方法的有效性，設(shè)定以下３種情景進(jìn)行對(duì)比分析：逡逑４９逡逑

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2801644