第 1 章 緒 論 

1.1 課題研究的背景及意義 
隨著電力行業(yè)不斷發(fā)展，集中式大電網(wǎng)成本高、運(yùn)行難度大、對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重等弊端日益凸顯，用戶對(duì)于用電的安全、可靠及環(huán)保、經(jīng)濟(jì)等方面要求也越來越高，電力供需矛盾越來越大。尤其在世界范圍內(nèi)，近些年接連發(fā)生大面積停電事故，大電網(wǎng)將它的脆弱性暴露出來。同時(shí)，發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)、建設(shè)生態(tài)文明，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展[1]，已經(jīng)成為全人類的迫切愿望，開發(fā)清潔無污染的可再生能源已經(jīng)成為世界各國(guó)的重要發(fā)展戰(zhàn)略。這樣的背景下，分布式發(fā)電應(yīng)運(yùn)而生。分布式電源非常清潔、能源利用率很高、安裝地點(diǎn)極其的靈活[2]，適應(yīng)了低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展，與傳統(tǒng)發(fā)電相比，分布式電源可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電力的就地消化，從而減少大電網(wǎng)輸電資源，減少輸電線損，極大地提高經(jīng)濟(jì)性；分布式發(fā)電在提高電網(wǎng)峰谷性能，改善電壓質(zhì)量，提高負(fù)荷功率因數(shù)等方面也具備極大的優(yōu)勢(shì)，這可以極大提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性，同時(shí)，風(fēng)電、光伏等環(huán)境友好型可再生能源發(fā)電技術(shù)的逐漸發(fā)展成熟，分布式電源發(fā)電結(jié)合大電網(wǎng)發(fā)電日益成為一種趨勢(shì)。現(xiàn)在較成熟的分布式發(fā)電技術(shù)主要有光伏發(fā)電（Photovoltaic，PV）、風(fēng)力發(fā)電（Wind Turbine，WT）、微型燃?xì)廨啓C(jī)（Micro-Gas Turbine，MT）和蓄電池（Battery，Bat）、超級(jí)電容器（Capacitor，Cap）等幾種形式。  然而，隨著分布式電源滲透率不斷地提高，很多問題也逐漸凸顯。對(duì)于大電網(wǎng)來說，分布式電源是一個(gè)不可控電源，分布式電源的接入將影響傳統(tǒng)配電網(wǎng)潮流、電壓、電能質(zhì)量、網(wǎng)損和保護(hù)配置等方面 [3-5]。然而，為了生態(tài)文明能夠更好地建設(shè)，節(jié)約不可再生能源勢(shì)在必行，同時(shí)需要大量減少二氧化碳的排放；而且為了確保電網(wǎng)的安全穩(wěn)定，負(fù)荷中心又必須擁有一定比例的電源，從而形成電能就地平衡的運(yùn)行模式。大電網(wǎng)與分布式發(fā)電間的矛盾日益激化，為了解決這些矛盾，我們必須發(fā)揮在能源、經(jīng)濟(jì)及環(huán)境等方面分布式電源所具有的優(yōu)勢(shì)，因此，微電網(wǎng)，這種新的分布式能源組織方式和結(jié)構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生。分布式電源、負(fù)荷、儲(chǔ)能裝置、控制裝置結(jié)合在一起，構(gòu)成了微電網(wǎng)系統(tǒng)，運(yùn)行非常靈活可控，這成為實(shí)現(xiàn)能源多元化和高效利用的重要技術(shù)手段[6]。
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1.2 微電網(wǎng)研究現(xiàn)狀
美國(guó)微電網(wǎng)會(huì)議于 2006 年開展，美國(guó)能源部詳細(xì)地討論了微電網(wǎng)今后發(fā)展計(jì)劃。基于國(guó)內(nèi)能源短缺、負(fù)荷逐漸增長(zhǎng)的現(xiàn)實(shí)情況，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，同時(shí)滿足用戶對(duì)于多種電能質(zhì)量的要求。目前，該系統(tǒng)被日本作為實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)非常重要的形式。歐盟提出了更加全面和完善的微電網(wǎng)模型，采用不全帶有電力電子的微電源，采用數(shù)字式智能保護(hù)設(shè)備，采用 CAN 總線實(shí)現(xiàn)設(shè)備通信。美國(guó)、日本、歐盟大力開展微電網(wǎng)研究，與此同時(shí)，加拿大、澳大利亞等國(guó)也開展了微電網(wǎng)研究。就可靠性、可接入性、靈活性 3 個(gè)方面，國(guó)外主要國(guó)家進(jìn)行了相關(guān)研究，同時(shí)各個(gè)國(guó)家就開展智能化、利用多元化的能源、個(gè)性化供給電力等方面技術(shù)研究[8]。我國(guó)在微電網(wǎng)研究方面處于實(shí)驗(yàn)、示范階段。我國(guó)自 2000 年起把微電網(wǎng)技術(shù)納入國(guó)家“863”計(jì)劃、“973”計(jì)劃專項(xiàng)資助研究。2006 年，清華大學(xué)對(duì)微電網(wǎng)領(lǐng)域開始展開一系列探索，建設(shè)了包含可再生能源發(fā)電、儲(chǔ)能設(shè)備和負(fù)荷的微電網(wǎng)試驗(yàn)平臺(tái)。2008 年，天津大學(xué)、合肥工業(yè)大學(xué)分別展開了對(duì)于微電網(wǎng)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試研究。天津大學(xué)側(cè)重研究不同形式能源的協(xié)調(diào)調(diào)度；合肥工業(yè)大學(xué)側(cè)重對(duì)于微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)級(jí)運(yùn)行控制的研究。2010 年，國(guó)家電網(wǎng)公司在鄭州建立“分布式光儲(chǔ)聯(lián)合微電網(wǎng)運(yùn)行控制綜合研究及工程應(yīng)用”的示范工程項(xiàng)目，同時(shí)“分布式發(fā)電/儲(chǔ)能及微電網(wǎng)控制技術(shù)研究”示范項(xiàng)目在西安建成。2010年，“863”計(jì)劃中的“分布式功能課題冷電聯(lián)供系統(tǒng)示范工程”由南方電網(wǎng)公司于佛山開展。由國(guó)家能源局公布的《可再生能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃》也進(jìn)行了明確闡述：我國(guó)計(jì)劃于 2015 年將建成以智能電網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和儲(chǔ)能技術(shù)為支撐的 30 個(gè)新能源微電網(wǎng)示范工程[9]。  
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第 2 章 風(fēng)光聯(lián)合發(fā)電微電網(wǎng)系統(tǒng)電源優(yōu)化配置理論及方法 

2.1 引言
微電網(wǎng)可以在獨(dú)立運(yùn)行與并網(wǎng)運(yùn)行模式間平滑切換，獨(dú)立運(yùn)行是在電網(wǎng)需要或發(fā)生故障時(shí)與主網(wǎng)斷開，依靠自身微電源和儲(chǔ)能單元進(jìn)行供能的狀態(tài)。并網(wǎng)運(yùn)行即利用公共連接點(diǎn) PCC 將大電網(wǎng)和微電網(wǎng)相結(jié)合，微電網(wǎng)與大電網(wǎng)可以因此而進(jìn)行電能交換。微電網(wǎng)的兩種運(yùn)行狀態(tài)能夠確保為用戶提供更多收益。針對(duì)微電網(wǎng)不同運(yùn)行模式，配置原則各有區(qū)別。 圖 2-1 展示了微電網(wǎng)基本框架結(jié)構(gòu)，其中，風(fēng)能發(fā)電、光伏發(fā)電等多個(gè)微電源共同構(gòu)成了微電網(wǎng)的供電系統(tǒng)，負(fù)荷分為重要負(fù)荷、過渡負(fù)荷及可中斷負(fù)荷，由于風(fēng)光出力相關(guān)性和負(fù)荷功率相關(guān)性、不確定性等因素會(huì)給系統(tǒng)帶來極大風(fēng)險(xiǎn)，為降低風(fēng)險(xiǎn)，提高系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性，微電網(wǎng)中還引入了微型燃?xì)廨啓C(jī)及多個(gè)儲(chǔ)能裝置。微電網(wǎng)系統(tǒng)采用斷路器、公共連接點(diǎn) PCC 與主網(wǎng)聯(lián)系，對(duì)外看來，微電網(wǎng)即為一個(gè)整體。 
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2.2 微電網(wǎng)電源并網(wǎng)及獨(dú)立運(yùn)行優(yōu)化配置研究
根據(jù)上節(jié)內(nèi)容所述，微電網(wǎng)有獨(dú)立運(yùn)行和并網(wǎng)運(yùn)行兩種運(yùn)行方式。并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，當(dāng)負(fù)荷電能需求大于微電源發(fā)電時(shí)，微電網(wǎng)從主網(wǎng)中吸收部分電能，當(dāng)負(fù)荷電能需求小于微電源時(shí)，微電網(wǎng)向主網(wǎng)輸送多余電能。當(dāng)主網(wǎng)發(fā)生故障或運(yùn)行需求，微電網(wǎng)過渡到獨(dú)立運(yùn)行模式。微電網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行時(shí)，，要保證獨(dú)立運(yùn)行期間微電網(wǎng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行，最大限度地給更多負(fù)荷供電。并網(wǎng)運(yùn)行微電網(wǎng)與大電網(wǎng)連接在一起，它采用了公共連接點(diǎn) PCC 實(shí)現(xiàn)這一連接，當(dāng)微電源電能產(chǎn)出大于負(fù)荷需求時(shí)，將多余的電能賣給大電網(wǎng)；反之，微電網(wǎng)缺電或者微電源發(fā)電成本大于向大電網(wǎng)購(gòu)電成本時(shí)，向大電網(wǎng)購(gòu)電來滿足供應(yīng)需求。 并網(wǎng)運(yùn)行微電電源優(yōu)化配置時(shí)需要從以下幾個(gè)方面展開研究： (1) 基于 Copula 理論，考慮風(fēng)光聯(lián)合出力相關(guān)性，考慮不同負(fù)荷功率間的相關(guān)性，建立風(fēng)光聯(lián)合出力模型和負(fù)荷模型�；诿商乜宸ǎ紤]不確定性因素，構(gòu)建低碳價(jià)格模型。 (2) 假設(shè)系統(tǒng)中只投入新能源發(fā)電，由于新能源發(fā)電出力和負(fù)荷功率不確定性因素會(huì)給系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行帶來極大風(fēng)險(xiǎn)，采用歷史模擬法得到只包含新能源發(fā)電的微電網(wǎng)在不同置信水平下的風(fēng)險(xiǎn)價(jià)值，基于此投入微型燃?xì)廨啓C(jī)和儲(chǔ)能裝置，建立微型燃?xì)廨啓C(jī)和儲(chǔ)能裝置模型。 (3) 在碳排放機(jī)制下建立考慮投資成本和運(yùn)行管理費(fèi)用、燃料費(fèi)用、低碳費(fèi)用和向大電網(wǎng)購(gòu)售電費(fèi)用構(gòu)成的綜合經(jīng)濟(jì)成本為目標(biāo)函數(shù)，采用隨機(jī)潮流算法得到節(jié)點(diǎn)電壓越限率，考慮電壓穩(wěn)定約束，構(gòu)建微電網(wǎng)電源優(yōu)化配置模型。 (4) 提出將雜草優(yōu)化算法應(yīng)用到微電網(wǎng)電源優(yōu)化配置中，并結(jié)合網(wǎng)格法改進(jìn)雜草優(yōu)化算法，分別采用粒子群算法、雜草優(yōu)化算法和改進(jìn)的雜草優(yōu)化算法求解微電網(wǎng)電源優(yōu)化配置方案，比較分析證明改進(jìn)雜草優(yōu)化算法有效性。 (5) 采用算例分析微電網(wǎng)各單元相關(guān)性，闡明相關(guān)性建立的優(yōu)化配置模型的優(yōu)越性，分析系統(tǒng)相關(guān)性對(duì)可靠性指標(biāo)的影響。 
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第 3 章 微電網(wǎng)中各單元模型建立 ...... 14
3.1 基于 Copula 理論的新能源發(fā)電單元及負(fù)荷建模 ......... 14 
3.2 微電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)價(jià)值 ........ 21 
3.2.1 在險(xiǎn)價(jià)值 ......... 21 
3.2.2 歷史模擬法 ....... 21 
3.3 微型燃?xì)廨啓C(jī)模型 ...... 22 
3.4 儲(chǔ)能裝置模型 .... 22 
3.5 微電網(wǎng)中其他不確定因素模擬 .......... 23 
3.6 本章小結(jié) ........ 24 
第 4 章 并網(wǎng)運(yùn)行微電網(wǎng)電源優(yōu)化配置研究 .... 25
4.1 并網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)光聯(lián)合微電網(wǎng)系統(tǒng)電源優(yōu)化配置模型建立 ..... 25 
4.2 算例分析 ....... 30
4.3 本章小結(jié) ....... 35 
第 5 章 獨(dú)立運(yùn)行微電網(wǎng)電源優(yōu)化配置研究 ....... 36 
5.1 獨(dú)立運(yùn)行微電網(wǎng)電源優(yōu)化配置模型 ...... 36
5.2 算例分析 ....... 40 
5.3 本章小結(jié) ....... 42 

第 5 章 獨(dú)立運(yùn)行微電網(wǎng)電源優(yōu)化配置研究

合理地利用地理優(yōu)勢(shì)，開發(fā)利用太陽(yáng)能、風(fēng)能等可再生能源，可以很好地解決山區(qū)、邊防、海島等偏遠(yuǎn)地區(qū)用電問題。風(fēng)能、太陽(yáng)能出力具有波動(dòng)性，不確定性，單獨(dú)使用風(fēng)力發(fā)電或者光伏發(fā)電都存在供電缺陷，為提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性，需要加入大量?jī)?chǔ)能裝置平抑功率波動(dòng)。風(fēng)能、太陽(yáng)能具有相關(guān)性，互補(bǔ)發(fā)電能夠“取長(zhǎng)補(bǔ)短”，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，從而獲得質(zhì)量較好的電能，在滿足供電穩(wěn)定可靠基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)電源的優(yōu)化配置。“十二五”時(shí)期新能源和可再生能源等低碳技術(shù)的發(fā)展得到政策扶持，成為發(fā)展的一大趨勢(shì)。通常偏遠(yuǎn)地區(qū)的電網(wǎng)，利用大電網(wǎng)延伸過來，解決這些地區(qū)的供電問題耗資巨大，因此這些高度自治地區(qū)的電網(wǎng)構(gòu)成微電網(wǎng)往往獨(dú)立運(yùn)行。 然而，目前，石油和天然氣依然是當(dāng)前及未來一段時(shí)間內(nèi)世界最主要一次能源，為滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的需要，我國(guó)為了保障國(guó)家能源安全不斷加大海洋石油勘探開發(fā)力度。“十二五”期間，國(guó)家將進(jìn)一步加強(qiáng)海上石油天然氣資源的勘探和開發(fā) [52]。在低碳理念、節(jié)能減排的壓力背景下，為了盡可能的減少二氧化碳的排放，對(duì)于海上平臺(tái)的電源優(yōu)化配置中我們引入可再生能源，就可以既滿足當(dāng)前石油天然氣的開采，又可以順應(yīng)環(huán)境保護(hù)趨勢(shì)。 海上油氣田的電站燃料主要是油田生產(chǎn)的伴生氣，因此油田組網(wǎng)機(jī)組的發(fā)電量很大程度上受天然氣產(chǎn)量的限制。為解決供電不足，如果引入岸電實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)，實(shí)際油田離岸邊較遠(yuǎn)，海纜價(jià)格昂貴，施工困難等因素導(dǎo)致實(shí)際操作的艱難。而引入可再生能源不僅可以彌補(bǔ)發(fā)電量不足，利用海上充足的風(fēng)能資源并且還可以實(shí)現(xiàn)無污染、零排放的環(huán)境效益。本章以某海上油氣田構(gòu)成的微電網(wǎng)系統(tǒng)為研究對(duì)象進(jìn)行電源配置。 

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結(jié)論 

能源需求不斷地增加，環(huán)境問題也逐漸突顯，低碳經(jīng)濟(jì)、生態(tài)文明、可持續(xù)發(fā)展的實(shí)現(xiàn)成為一大趨勢(shì)。開發(fā)清潔無污染的可再生能源是應(yīng)對(duì)能源環(huán)境挑戰(zhàn)的重要戰(zhàn)略決策。含可再生能源聯(lián)合發(fā)電的微電網(wǎng)——新型能源網(wǎng)絡(luò)化供應(yīng)與管理技術(shù)，可以靈活地將可再生能源接入電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷需求和能源的最大化利用。同時(shí)，它能夠降低線路損耗、提高供電可靠性等。因此，這些都對(duì)于微電網(wǎng)技術(shù)的研究有著不可估量的影響。 微電網(wǎng)優(yōu)化配置是在考慮能源分布、氣候條件、地域環(huán)境，在國(guó)家能源政策基礎(chǔ)之上，結(jié)合電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)度策略，解決微電源與電網(wǎng)協(xié)調(diào)配合問題，綜合考慮微電網(wǎng)并網(wǎng)和獨(dú)立運(yùn)行方式，采用科學(xué)算法確定微電源的最優(yōu)位置和容量，從而實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)可靠、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保運(yùn)行。 本文介紹了國(guó)內(nèi)外微電網(wǎng)發(fā)展歷程及微電網(wǎng)電源優(yōu)化配置取得成果。在此基礎(chǔ)上，對(duì)含有風(fēng)光聯(lián)合發(fā)電微電網(wǎng)系統(tǒng)電源優(yōu)化配置展開了深入研究。論文的總結(jié)及取得成果如下： 
(1) 介紹了微電網(wǎng)基本結(jié)構(gòu)，闡明了微電網(wǎng)在并網(wǎng)運(yùn)行和獨(dú)立運(yùn)行兩種模式下電源優(yōu)化配置的方法思考慮環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、可靠性等方面，提出了不同方式下優(yōu)化建模模型。 
(2) 考慮同一地區(qū)的風(fēng)能和太陽(yáng)能的相關(guān)性，及不同負(fù)荷功率相關(guān)性，基于 Copula 理論建立新能源發(fā)電單元及負(fù)荷單元模型。由于可再生能源發(fā)電間歇性、波動(dòng)性因素，常常會(huì)使系統(tǒng)運(yùn)行具有極大的風(fēng)險(xiǎn)，采用歷史模擬方法計(jì)算得到微電網(wǎng)運(yùn)行規(guī)劃中的風(fēng)險(xiǎn)價(jià)值，實(shí)現(xiàn)對(duì)包含可再生能源發(fā)電的微電網(wǎng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。為有效地促進(jìn)系統(tǒng)節(jié)能減排，合理地建立碳排放價(jià)格模型。 
(3) 以考慮投資成本、低碳費(fèi)用、并網(wǎng)運(yùn)行電能交易等綜合經(jīng)濟(jì)成本為目標(biāo)，構(gòu)建微電網(wǎng)電源優(yōu)化配置模型。采用改進(jìn)的入侵雜草優(yōu)化算法求解最優(yōu)方案。結(jié)果表明改進(jìn)的入侵雜草算法收斂速度快，尋優(yōu)能力強(qiáng)。最后，以某小區(qū)14 節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)為研究對(duì)象，分析了微電網(wǎng)各單元相關(guān)性，闡明了結(jié)合相關(guān)性建立的優(yōu)化配置模型的優(yōu)越性，驗(yàn)證了模型和算法有效性。 
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參考文獻(xiàn)(略)

本文編號(hào)：59671