分布式发电市场化环境下光伏发电规划与电网协调优化运行技术研究

来源 :华中科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:fengyaoying
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分布式光伏发电具有清洁环保、布点广泛、成本低廉和可就近利用等特点,已经成为配电网内的主要发电形式之一,也是推动我国能源结构改革和实现“30·60”战略目标的重要支撑技术之一。为了实现以光伏发电为代表的分布式发电健康、稳定和可持续发展,国家发改委和国家能源局于2017年底联合发布了《关于开展分布式发电市场化交易试点的通知》政策文件,以推动我国分布式发电市场的建设。近年来,分布式发电市场化交易政策为分布式光伏发电提供了多样化的市场交易模式,促进了分布式光伏发电的快速发展。然而,分布式发电市场具有的各参与主体利益诉求不一、交互关系复杂、交易模式多样等特点,不仅深刻地改变了分布式光伏发电商的投建行为和收益模式,对分布式光伏发电优化规划技术提出了新的要求,还影响了电网的电源结构及其与电力用户的供电关系,为电网运行的经济性和安全性带来了新的挑战。因此,深入分析分布式发电市场化运行机制,探讨合理的分布式光伏发电规划方法,提出面向分布式发电市场的电网协调优化运行策略,对于分布式光伏发电友好接入电网、促进分布式光伏的高效消纳、推动分布式发电市场高标准建设和保障电力系统经济安全稳定运行均具有重要的理论研究价值和工程实践意义。鉴于此,本文针对分布式发电市场化环境下光伏发电规划与电网协调优化运行技术进行了深入研究,主要研究内容如下:(1)针对分布式光伏发电入网承载力量化评估问题,提出了考虑谐波耦合约束的分布式光伏发电入网承载力量化评估方法,该方法为后续分布式光伏发电规划和电网协调优化运行的研究奠定约束基础。首先,根据分布式光伏发电并网点谐波电压电流耦合关系,推导频率耦合矩阵,建立分布式光伏发电谐波耦合约束模型;其次,在此基础上,以分布式光伏安装容量最大为目标,建立了分布式光伏入网承载力量化评估模型;然后,针对谐波耦合约束的非凸性问题,利用凸松弛转换方法进行松弛处理;最后,将原始非凸模型转换为易于求解的半正定规划模型,实现了模型的高效快速求解。仿真结果表明,将谐波耦合约束引入到分布式光伏发电入网承载力评估模型后,不仅可以得到更加合理的分布式光伏入网承载力评估结果,而且能够有效降低电网运行风险,为电网企业和政府部门提供决策依据。(2)针对多类型交易模式下分布式光伏优化规划问题,提出了考虑扶贫光伏和普通分布式光伏协同规划需求的分布式光伏优化规划技术。首先,结合分布式发电市场化交易政策推出的多类型交易模式,建立分布式发电市场化约束体系;其次,计及扶贫光伏和普通分布式光伏发电协同规划的实际工程需求,构建了多类型交易模式下分布式光伏双层优化规划模型:下层模型以分布式光伏发电商收益最大为目标,决策分布式光伏投建容量,上层模型考虑电网多类型运行需求,决策分布式光伏接入模式;然后,针对模型中出现的决策变量相乘的非凸型约束,利用凸松弛方法进行凸包替代处理;最后,采用卡罗需-库恩-塔克条件转换方法将多下层相互独立的双层规划模型转换为单层规划模型,实现了模型的高效快速求解。仿真结果表明:采用本文所提分布式光伏优化规划方法,在提高分布式发电商收益、减少电网企业经济损失的同时,还可以有效提升电网运行水平,更大程度地接纳分布式光伏投建容量。(3)在分布式光伏发电规划的研究成果基础上,针对分布式发电市场化环境下电网优化运行问题,提出了面向分布式发电市场的主动配电网优化运行策略。首先,根据分布式发电市场多参与主体的特点,分别建立了分布式发电市场化环境下分布式光伏发电商、电力用户、政府机构和电网企业的响应行为模型;其次,考虑分布式发电市场各主体响应行为的动作顺序特点,以分布式发电商响应行为模型为上层模型,建立了多下层相互影响的双层规划模型,并利用最优性条件证明了下层模型转换方法的有效性;然后,采用多目标进化算法,进一步获取了模型的帕累托最优解集;最后,对各主体市场化响应行为进行了分析,研究了电网不同的运行策略对分布式发电市场和其他各主体造成的影响。仿真结果表明:分布式发电市场化环境中各主体间存在着竞争与合作并存的利益交互关系,与以电网经济运行成本最小的优化目标相比,电网企业以分布式发电消纳量最大为优化目标可以有效降低分布式发电商运行成本和负荷用电成本,促进分布式发电市场化交易电量的进一步提升。(4)针对高比例分布式光伏接入背景下输配电网协调优化运行问题,提出了一种输配电网协调优化运行新算法。首先,建立了输配电网协调优化运行模型,在此基础上,利用二阶锥松弛方法实现了原始模型的凸化处理;其次,考虑松弛后的模型具有大量二次不等式约束推导复杂的特点,采用多面体逼近近似表达的方法,实现了二阶锥约束的线性化表达;然后,在最优性条件变换推导的基础上,利用线性化表达方法,分别将配电网运行目标函数和根节点无功功率表达成关于根节点有功功率的分段线性函数;最后,原始输配电网协调优化运行模型被转化为一个易于求解的混合整数规划模型,实现了模型的高效快速求解。仿真结果表明,相较于传统的输配电网协调优化算法,本文所提算法在求解效率和求解准确度方面均具有更加良好的表现。
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