论文题目：富有时间弹性的负荷参与电网的频率/电压控制策略研究
摘要：利用可再生能源发电避免过度依赖化石燃料是提供清洁电力供应的有效途径。并且随着电力电子技术的飞速发展,可再生能源接入电网比例不断增加,但其具有固有的间歇性和随机性,可再生能源接入电力系统对电力供应的安全稳定经济运行带来挑战。需求响应参与电力系统频率/电压稳定控制是保证系统稳定运行的一项有效可行的措施。本文首先分析和研究负荷的功率需求弹性。描述了表征负荷特性的指标—负荷时间弹性,其表明负荷在用电时间上的选择裕度,即用户功率需求与用电时间的关系,建立不同时间尺度下的负荷时间弹性相关因素,分别对长时间、短时间和超短时间的不同时间尺度进行弹性识别。采用层次分析法来识别时间弹性大小。选取典型行业或用户来验证不同时间尺度的负荷时间弹性识别模型,证明模型的有效性。提出了分散式电动汽车异步、公平地参与电力系统频率调整的控制策略。电动汽车是典型的富有时间弹性的负荷,在满足用户需求的情况下能灵活地根据电力系统的运行状态调整充放电功率,是理想参与频率调整的弹性负荷。本文提出了分散的电动汽车公平参与频率控制的策略,在无通信网络或控制中心的情况下,分散的电动汽车能够有序地、协调地参与频率调整,通过设置相同的参数和频率检测周期,保证具有相同意愿的电动汽车用户具有相同的概率参与频率调整服务,该控制策略既保证补偿的公平性同时也能有效避免电动汽车同时响应产生过调现象。通过IEEE14节点系统验证了控制策略的有效性和可行性。提出了考虑电网企业电量损失和用户舒适度的均衡低频减载方法。在切负荷的过程中,对于电力供电企业来说通常很少会考虑其电量损失。为了使电网企业在减载过程中的损失最小化,本文提出了一种均衡考虑负荷时间弹性和用户支付度的低频减载控制策略,根据负荷时间弹性大小和用户支付度来决定切负荷的优先级,采用NondominatedSorting Genetic Algorithm II（NSGA-II）算法进行优化。对比只单独考虑用户支付度或负荷时间弹性的低频减载策略和综合考虑两者的低频减载策略,并计算出电量损耗和用户支付费用。仿真比较了不同的低频减载方案,从方案中得到电力企业的电量损失和减载的用户支付费用不能同时达到最优,只能取得它们协调优化的结果。提出了考虑节点电压灵敏度和负荷时间弹性的低压减载控制策略。海岛由于特殊的地理位置,电网基础设施薄弱,主要依靠外界输送燃油发电来提供电力供应,因此电力供应不稳定并且价格高。但海岛可再生能源丰富,充分利用本地的可再生能源是解决海岛能源供应的有效途径。微电网的发展为海岛各种分布式可再生能源的接入提供了平台。建立海岛微电网并利用海岛可再生能源成为解决海岛电力供应的有效措施。但可再生能源通过电力电子装置接入微电网,引起系统的转动惯量变小,在电网遭受扰动后容易产生电压失稳。本文针对上述问题提出了考虑可再生能源接入的低压减载控制策略,结合海岛负荷的时间弹性特性和节点电压灵敏度来进行减载,使系统电压尽快趋于稳定,并且尽量减少减载电量损失,该减载策略不但保证了海岛电网的安全、可靠运行,同时提高了可再生能源的利用率。通过不同场景下的算例验证了低压减载策略的有效性和可行性。本文围绕可再生能源的利用开发及其接入下的电能质量控制问题展开了相关的研究,提出了多时间尺度的负荷时间弹性识别模型、典型时间弹性负荷参与电能质量控制的相关策略,所做工作可以为今后可再生能源接入电网的安全稳定运行及海岛电力的稳定可靠供应提供参考和借鉴。
关键词：可再生能源;负荷时间弹性;频率控制;公平性;电能质量;低压减载
学科专业：电气工程
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 需求响应参与系统频率/电压稳定控制
1.2.2 需求响应促进可再生能源的利用
1.3 本文主要工作
第2章 负荷时间弹性分析与识别
2.1 概述
2.2 负荷时间弹性
2.3 负荷时间弹性识别模型
2.3.1 长时间弹性因素分析
2.3.2 短时间弹性因素分析
2.3.3 超短时间弹性因素分析
2.4 算例分析
2.4.1 长时间负荷时间弹性算例分析
2.4.2 短时负荷时间弹性算例分析
2.5 本章小结
第3章 计及电动汽车负荷时间弹性的电网频率控制
3.1 概述
3.2 电动汽车参与频率调整的模型
3.3 电动汽车参与频率控制策略
3.4 算例分析
3.4.1 系统描述
3.4.2 频率调整分析
3.4.3 公平性分析
3.4.4 用户方便性评估
3.5 本章小结
第4章 考虑负荷时间弹性的低频减载控制策略
4.1 概述
4.2 低频减载控制模型
4.3 负荷减载优化控制
4.4 算例分析
4.5 本章小结
第5章 考虑海岛负荷时间弹性的低压减载控制策略
5.1 概述
5.2 海岛时间弹性负荷建模
5.2.1 冰箱模型
5.2.2 电热水器模型
5.2.3 空调模型
5.2.4 电动汽车模型
5.3 海岛电网的低压减载控制策略
5.4 算例分析
5.4.1 系统模型
5.4.2 不同扰动下的低压减载响应
5.5 本章小结
结论与展望
参考文献
致谢