论文题目：计及储能特性的电热联合供应系统在南方某园区电网的应用研究
摘要：随着电力系统的发展日新月异,储能在电力系统中的重要性也在不断提高,储能装置和热电机组的配合可缓解电网的调峰压力,降低电网的经济成本,然而目前热电联产系统多工作在以热定电的运行条件下,其深度耦合的潜力并未得到充分发挥。针对这个问题,本文从电热能的供给侧出发,就运行过程中的经济成本和网内储能的深度耦合两个角度对微电网进行了分析。本文首先分析了电热联合供应系统的整体架构及网内能源的基本流向,在此基础上,分析了网内分布式电源和联合辅助设备的发电特性及经济成本的数学模型,通过对常规调度在运行过程中主要经济成分的研究,探讨了一种降低微电网运行成本的可行性方法,最后,本文在常规电热调度系统中引入了电热耦合元件和热储能设备,构建了电热联合调度的分层结构模型,并考虑附加收益和可控机组的启停特性,结合南方某园区电网的设备参数及预测电热负荷的时序特征对电热联合供应系统进行了研究。本文主要的工作内容可简要的概括为以下三个方面:（1）提出了园区电网能源流向的主要框架及相关设备的数学模型。园区电网设备繁冗,能源交互复杂会导致建模困难,对此,本文对园区电网的基本能源流向进行了梳理,对电热耦合过程中的关联设备进行了提取分析。本文在能源互联及高比例新能源并网的发展趋势下,概括的阐述了分布式电源大规模应用所存在的困境,从能源侧和故障侧,分析了分布式发电技术的控制手段及现有研究针对分布式电源出力波动性的处理方法,在此基础上,分析了微电网中电热能源的基本流向和关键要素,针对微电网内部的分布式电源和关联辅助设备进行了详细的解释和建模,并对各个单元在运行过程中的经济成本函数做出了探讨,同时,阐述了各设备单元在电热联合供应系统中的作用方式:微电网中的风力、光伏、冷热电联合系统、燃料电池等分布式电源负责网内的电热能源供应,空调机、电锅炉、电热储能等关联辅助设备负责网内的电热中转。（2）研究了计及储能特性的微电网动态收益调度策略。传统的电热联合调度研究中对微电网运行优化的目的一般是为了提高能源利用率或解决网内分布式电源的出力波动性等问题,由此忽视了微电网的运行成本,本文从该角度切入,提出了计及储能特性的微电网动态收益调度策略:通过对储电系统充放电进行调控获取潜在收益来平衡常规调度策略运行过程中的经济损失,以牺牲部分能源利用率的代价获取微电网的最优经济成本,并利用了模拟退火粒子群算法的双群体搜索机制对微电网的动态收益模型做出了简化。结合南方某园区电网的设备参数和预测电热负荷的时序特征,采用了夏季及冬季两种典型日对所提策略进行了验证,求得了系统各变量在调度周期内各时段的最佳出力及该调度策略下的微电网最优成本,通过和常规调度策略进行对比,显示了在其他条件基本相同的情况下,夏季含动态收益调度策略的微电网经济运行成本仅为常规调度的97.43%及98.69%%,冬季含动态收益调度策略的微电网运行成本仅为常规调度的97.22%及98.68%,充分的验证了计及储能特性的微电网动态收益调度策略的有效性。（3）建立了计及可控机组启停特性的电热联合调度模型。由于以热定电模式热电联产系统的出力限制,使得热电机组在参与电热能调度的过程中能动性严重不足,为打破以热定电的固有约束,本文在电热联合调度系统中引入了电热耦合元件及热储能,通过对电热耦合设备、热储能及热电机组的灵活配置来协调各个单位的供热比例,对热电机组的足额供热约束进行了解耦。通过考虑附加收益和可控机组的启停成本,在前文的基础上,建立了计及可控机组启停特性的电热联合调度模型,并结合具体算例,通过混合整数线性规划对网内各设备的实时出力进行了优化。通过在MATLAB中调用GUROBI求解器对所提模型进行求解,得到了微电网在电热联合供应模式下的运行经济成本和典型日电热联合调度模型24h的供电出力、供热出力及电热储能的功率和容量值,并通过与以热定电模式下24h的电功率平衡和热功率平衡进行对比,验证了计及可控机组启停特性的电热联合调度系统的耦合潜力,通过南方某园区的具体算例分析,显示了电热联合供应系统的运行成本仅为以热定电模式下电热调度成本的92.95%,充分的表明了电热联合供应系统的经济优势。
关键词：热电联产;优化调度;微电网;混合整数线性规划
学科专业：工程硕士（电气工程）（专业学位）
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题研究背景与意义
1.1.1 课题研究背景
1.1.2 课题研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 电热储能技术的研究现状
1.2.2 电热联合调度的研究现状
1.3 本文的研究思路和主要工作
第二章 电热联合供应系统整体架构与相关设备数学模型
2.1 园区电网的基本结构及能源流向
2.2 分布式电源数学模型及其发电特性
2.2.1 光伏发电模型
2.2.2 风力发电模型
2.2.3 CCHP联合供应系统
2.2.4 燃料电池发电模型
2.2.5 柴油机发电模型
2.2.6 燃气锅炉供热模型
2.3 微电网联合辅助设备特性及其数学模型
2.3.1 空调机基本数学模型
2.3.2 电锅炉基本数学模型
2.3.3 储电及储热系统基本数学模型
2.4 本章小结
第三章 计及储能特性的微电网动态收益调度策略
3.1 计及储能特性的微电网动态收益模型
3.1.1 微电网经济模型及相关约束
3.1.2 微电网动态收益模型及调度策略
3.1.3 模拟退火粒子群算法简化方法
3.2 算例分析与讨论
3.2.1 算例基本参数
3.2.2 算例结果分析
3.3 本章小结
第四章 计及可控机组启停的电热联合系统优化控制
4.1 电热联合调度系统分层结构模型
4.2 电热联合调度系统经济优化建模
4.2.1 电热联合调度经济成本函数
4.2.2 可控机组启停及能量平衡约束
4.2.3 混合整数线性规划求解方法
4.3 算例分析与讨论
4.3.1 算例基本参数
4.3.2 算例结果分析
4.4 本章小结
结论
参考文献
致谢