電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟運行是以可靠的電源供應和較為精確的負荷預測為基礎的,大規(guī)模風電并網(wǎng)造成的強不確定性給電網(wǎng)調度運行帶來了嚴峻挑戰(zhàn)。而隨著風電并網(wǎng)規(guī)模的不斷增大,化石能源發(fā)電(主動電源)的主導地位不斷被削弱,僅依靠主動電源被動應對風電強不確定性的傳統(tǒng)思路已難以使調度擺脫強不確定性的困境,亟需挖掘新的調控手段,并從風電側入手,力求在其并網(wǎng)前就全部或部分消除其不確定性,降低對電網(wǎng)帶來的沖擊。在風電大規(guī)模并網(wǎng)和電動汽車迅速發(fā)展的背景下,本文將風電與電動汽車換電站的協(xié)同優(yōu)化作為核心問題展開研究,挖掘二者的協(xié)同效應,建立以換電站直接消除風電強不確定性為目的的合作機制,以合作的方式化解風電的不確定性,對于促進風電的開發(fā)利用,推動電動汽車產業(yè)的發(fā)展,緩解能源危機和環(huán)境污染的雙重壓力,具有重要的理論和現(xiàn)實意義。與被動應對風電并網(wǎng)的傳統(tǒng)思路不同,本文利用換電站可同時兼作儲能電站與主動負荷的多元效益,通過對換電站和風電的協(xié)同優(yōu)化,主動應對風電的不確定性。首先,基于集中充電統(tǒng)一配送的換電模式,建立了集中型充電站與風電場的聯(lián)合運營框架,提出將集中型充電站依托風電匯集站建設并與風電場構成聯(lián)合系統(tǒng),以獨立的企業(yè)經(jīng)營者身份參與電網(wǎng)運行。然后結合風電場和集中型充電站的實際運行特點,建立了聯(lián)合系統(tǒng)的多維度運營指標評價體系。在聯(lián)合系統(tǒng)的運營框架下,分別對其容量優(yōu)化配置問題、發(fā)電計劃決策問題和協(xié)同優(yōu)化調度問題進行了系列研究。為了權衡聯(lián)合系統(tǒng)的初始投資和運營收益,需要合理配置集中型充電站的容量。本文在風電場容量確定的情況下提出了集中型充電站的多目標容量優(yōu)化配置模型和算法。模型以聯(lián)合系統(tǒng)的未滿足換電量指標、棄風電量指標以及年化收益指標實現(xiàn)的概率最大化為目標,通過考慮風電功率和換電需求等不確定性因素對規(guī)劃結果的影響,提高了規(guī)劃結果在實際運行中的可行性。利用蒙特卡洛模擬與遺傳算法相結合的方式對模型進行了求解,仿真結果驗證了模型和算法的有效性:模型能夠綜合考慮初始投資、風電上網(wǎng)電價和電池壽命等多個因素,權衡集中型充電站“低充高放”的盈利空間,從而確定集中型充電站的容量優(yōu)化配置。在滿足換電需求和風電利用率要求的基礎上,提高聯(lián)合系統(tǒng)的盈利能力。作為特殊的發(fā)電廠,聯(lián)合系統(tǒng)的發(fā)電計劃不但影響自身的運營收益而且影響電網(wǎng)的安全運行。本文結合相關機會目標規(guī)劃思想,提出了聯(lián)合系統(tǒng)的多目標發(fā)電計劃決策方法。首先,基于聯(lián)合系統(tǒng)的運營框架,提出了其運行控制策略。然后,在已知風電功率和換電需求預測誤差概率分布的基礎上,結合風電上網(wǎng)電價,構建了聯(lián)合系統(tǒng)的日前發(fā)電計劃優(yōu)化決策模型。最后,通過對三種場景的對比分析,表明模型能夠依據(jù)決策者對不同指標的重視程度和風險承受水平制定出盡可能滿足其預期的發(fā)電計劃,通過發(fā)揮風電場和集中型充電站間的協(xié)同效益,促進風電、電動汽車、電網(wǎng)多贏局面的達成。為提高聯(lián)合系統(tǒng)應對風電出力和換電需求隨機性的能力,提出了日前和日內相協(xié)調的兩階段協(xié)同調度模型和算法。日前調度模型以多個指標實現(xiàn)的概率最大化為目標函數(shù),以剩余電量代替充放電功率作為決策變量,為日內優(yōu)化決策模型提供有效的指導信息,實現(xiàn)了對集中型充電站調節(jié)能力的全局優(yōu)化配置。在日內運行階段,基于集中型充電站的備用容量,建立日內優(yōu)化決策模型,滾動優(yōu)化其充放電功率,以應對風電出力和換電需求的隨機波動。仿真結果表明,與單一時間尺度的調度模型相比,本模型更有利于挖掘集中型充電站的多元效益,避免調節(jié)能力被過早用盡的情況出現(xiàn),提高了聯(lián)合系統(tǒng)的發(fā)電計劃跟蹤能力。針對風電和換電站分屬不同投資主體且無意愿聚合成聯(lián)合系統(tǒng)的場景,本文基于充換電模式,進一步提出了分散式風電與充換電站的合作框架。基于博弈論思想,將二者各自追求自身利益最大化過程建模為風電運營商為領導者、充換電站為跟隨者的Stackelberg博弈模型,并根據(jù)模型的強Stackelberg均衡和弱Stackelberg均衡的特點分別提出相應的求解方法。仿真結果表明,所提模型能夠在風電運營商和充換電站追求各自利益最大化的同時自動實現(xiàn)資源的優(yōu)化配置,達成共贏的局面。
【學位單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：U469.72;TM614
【部分圖文】：

圖 2-2 集中充電統(tǒng)一配送模式的業(yè)務流程圖Fig. 2-2 Diagram of the centralized charging and unified distributing pattern配送站僅提供電池更換服務，由于不需要對電池進行充電，因而不存在問題，而且占地面積小，主要建在離電動汽車用戶更近的市中心區(qū)域。用戶在配送站更換下來的空電池將通過物流系統(tǒng)配送至集中型充電站統(tǒng)

【參考文獻】

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1 袁鐵江;蔣平;孫誼Z

本文編號：2815593