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工程硕士论文代写
微网环境下的电力交易机制研究
作者:张宇馨 日期:2018/10/8 11:01:18 点击:

摘要

当今人类的发展依赖于能源的发展,也带来了环境的恶化,如今化石能源日 渐稀少、环境污染问题日益突出,如何应对能源短缺与减少环境污染已成为当今 时段的世界性难题。电力系统在应对上述难题时,选择在发电侧及用电侧寻求突 破。在发电侧鼓励风力及光伏等清洁能源发电,减少对传统能源的依赖与对环境 的污染;在用电侧开展电力市场改革,促进能源的合理分配与应用。微网作为分 布式电源的载体接入大电网,可以有效避免新能源发电的间歇性与波动性给电网 运行带来的影响。我国在大力推进电能交易的市场化改革,电力改革将微网作为 切入点,作为小范围试点,相较于大规模试验改革更易于开展。

本文基于微网的电力市场设计,需考虑微网的特性,结合适当的电力市场各 种模式特性,构建起适用于微网电力交易的市场框架,并针对竞价环节设计合理 的交易模型,综合微网内部各分布式电源发电特点,对微网系统内部发电建立调 度模型等进行了研究,具体的研究内容如下:

(1) 针对微网内的各分布式电源进行数学建模,对电力市场的理论知识进行研 究,包括市场经济学基础,电力市场运营模式,与市场类型。

(2) 针对微网的特性,建立了基于微网电力市场的框架。分布式电源的分布 比较广泛、数量较多、且参数各异,使得微网的电力交易难以直接对其进控制, 故将一个区域的微网分为多个片区,每个片区由各自的用户代理商参与电力市场 的交易,而由微网市场交易中心负责各项交易。对每个交易模式进行了详尽的阐 述,并考虑到执行偏差的处理。

(3) 研究了微网市场交易中心的竞价交易问题。对排队法、动态规划法等传统 竞价方法进行研究,针对微网系统,提出了改进的动态排队规划法。分为两阶段 求解竞价问题,第一阶段确定边际电价与求解忽略网络约束的机组组合,第二阶 段考虑网络约束条件进行求解。此种方法可以继承排队法在处理竞价问题时的直 观快速的特点,同时解决了传统方法无法考虑时间相关约束及网络安全约束的问 题。

(4) 研究了微网系统内的调度问题,以经济性与环保性为优化目标,分为联网 模式与孤立模式两种情况,分别建立系统调度模型,从改进调度策略入手,达到 对系统优化结果的改进。

关键词:工程硕士论文代写,微网,电力市场,市场交易机制,竞价方法,系统调度

ABSTRACT

Nowadays,the development of human beings relays on the energy, which has caused the deterioration of environment that fossil energy becomes scarce and environment pollution problem increasingly prominent. How to deal with energy shortage and reducing environmental pollution have become worldwide problems, in today抯 session. To response above problems, the power system chooses to seek breakthroughs on the power side and user side. On the power side, encourage using clean energy generation such as wind and photovoltaic to reduce dependence on traditional energy and the pollution of environment; Carry out electricity market reform on the user side, promote the rational distribution and application of energy. Distributed generators connect with grid through the micro grid, that can effectively avoid the effect of intermittency and fluctuation of new energy generation. China is vigorously promoting the marketization reform of electric power, and electric power reform will take the micro grid as a starting point and a small-scale pilot, which is easier to carry out than the large-scale test reform.

This paper is designed based on the micro grid electricity market, that need to consider the characteristics of micro power grid, combined with proper power market model features, construct suitable framework for micro power grid electricity trading market, and design reasonable trading model based on bidding link. Considering characteristics of distributed power generation in micro power grid, study the grid system internal power generation scheduling model, such as the concrete research content is as follows:

Set up mathematical models of the distributed in the micro grid power, and study of the theoretical knowledge of the electricity market, which include market economics, the electricity market operation mode, and the market type.

Based on the characteristics of micro grid, a framework based on micro grid power market is established. Distributed generations are widely distributed throughout the micro grid, number is high, and they have different parameters. The above points lead to that the micro grid power market is difficult to directly control. Therefore, a micro grid area can be divided into several blocks, each block district by the respective user agents involved in electric power market transaction. And the micro grid market trading center only need to responsible for the various trades with user agents. Each transaction mode is described in detail and the handling of the deviation is considered.

Studied the bidding transaction of the micro grid market trading center. Studied the traditional bidding methods such as queuing method and dynamic programming method. And proposes an improved dynamic queue planning method for micro grid electric market. That is divided into two stages to solve the bidding problem. In the first stage, determined the marginal price of electricity and the unit combination unless the network constraint. In the second stage, the network constraint conditions are considered to be solved. This method can inherit the intuitionistic and fast characteristics of queuing method in dealing with bidding problems, and solve the problems of time-related constraints and network security constraints.

To study the micro grid scheduling problem, economy and environmental protection are as the optimization goal. And it is divided into two kinds of circumstances, networking mode and isolation mode, to set up system scheduling model respectively. Through improved scheduling policy to achieve the improvement of the system optimization.

Keywords: micro grid, power market, market trading mechanism, bidding method, system scheduling

目录

i.i研究背景与意义 1

1.2国内外研究现状 3

1.2.1微网研究现状 3

1.2.2电力市场研究现状 4

1.2.3发电竞价算法研究现状 6

1.2.4微网调度研究现状 7

1.3本论文的结构安排 9

第二章微源数学模型及电力市场理论基础研究 11

2.1微源数学模型 11

2丄1风力发權型 11

2丄2光伏发$ 12

2.1.3微型燃气轮机 13

2.1.4蓄电池 14

2.2电力市场理论基础研究 15

2.2.1经济学基础 15

2.2.2电力市场运营模式 16

2.2.3市场类型 19

2.3本章小结 24

第三章市场化组织结构及其竞价研究 25

3.1系统架构设计 25

3.1.1组织结构 25

3.1.2各部分职能设计 26

3.2交易模式设计 27

3.2.1日前交易市场设计 27

3.2.2合同双边交易市场 28

3.2.3执行偏差处理 29

3.3竞价模式研究及算法实现 30

3.4算例分析 39

3.5本章小结 41

第四章微网系统日前调度研究 43

4.1参与电力市场交易模式的调度模型 43

4丄1调度策略 43

4.1.2目标函数 44

4.1.3约束条件 47

4.2孤立模式的调度模型 48

4.2.1调度策略 48

4.2.2目标函数与约束条件 49

4.3模型求解 49

4.3.1混合整数规划相关处理 49

4.3.2仿真参数设定 51

4.4算例分析 53

4.5本章小结 58

第五章全文总结与展望 60

5.1全文总结 60

5.2后续工作展望 61

S; i射 62

参考文献 63

攻读硕士学位期间取得的成果 67

第一章绪论

1.1研究背景与意义

近年来,能源短缺及环境污染等问题愈发严重,能源转型己成为全球各个国 家的焦点问题。光伏发电及风力发电,因其电能来源清洁、便利、且资源丰富, 其研究及应用得到了各国重视。新能源发电的发展在国际上备受关注,许多国家 都在大力发展,我国也取得了较大成果。2017年我国可再生能源发电占增加到 26.4%,参与发电的电量已达1.7亿千瓦时,同比增长15000万千瓦时,其中风力 发电装机容量增长1503万千瓦,已达到16873万千瓦,风电上网电量为2410亿 千瓦时,2011年风力发电量占总发电比例为1.7%,如今已上升至4%,光伏发电 装机量增加了 5220万千瓦,已经达到7742万千瓦,占总比例的7.3%,至2017 年末,风电已达12962万千瓦,我国将进一步提升风电占比,预计2020年,风电 累计并网装机容量达2.1亿千瓦以上W。

国际能源署《世界能源展望2017中国特别报告》中提出,我国能源结构将向 清洁能源发电方向发展,电力、天然气、及可再生能源正成为我国日益增长的能 源需求的依靠,会逐渐减少对煤炭等传统资源的依赖。煤炭发电的比例将从2016 年的三分之二变40%以下,我国能源结构将逐步转化为清洁发电模式,我国认为 光伏发电为最经济的发电方式,以太阳能、水能、及风能引领的低碳装机容量将 迅速增长,到2040年达到装机总容量的60%[2]。

图1-1为预计全球2040年的发电 结构。万千瓦

 

微网环境下的电力交易机制研究

图1-1预计2040年全球发电结构

 

然而在新能源的发展过程中,出现了大量弃风弃光弃水的现象,2016年甘肃 省弃风量已至43%,新疆、内蒙古、吉林已高于20%;弃风率平均已高达12%, 弃光率为6%[3]。新能源在利用时出现了很多的问题,相关的体制机制没有跟随新 能源装机容量的上升而改变;新能源发电装置建设地区与电力消费地区不匹配; 新能源也因其并入大电网时存在很多技术问题,导致对大电网的稳定运行有较大 影响。针对这些问题,微网作为新能源发电的载体,是指由分布式电源、储能装 置、能量转换装置、负荷、监控和保护装置组成的小型发配电系统,可实现分布 式电源的灵活、高效应用,解决数量庞大、形式多样的分布式电源并网问题。开 发和延伸微网能够充分促进分布式电源与可再生能源的大规模接入,实现对负荷 多种能源形式的高可靠供给,是实现主动式配电网的一种有效方式。同时为促进 微网更合理的优化资源,需推进微网电力市场化。

上世纪80年代,有些人认为垂直一体化的电力运营模式弊端太多,已无法与 经济发展相匹配,故开始了电力改革的研究。电力行业长期笼罩在垄断运行模式 下,很难保证电力能够有效运行,造成资源的利用不当;政府也会对电力行业的 运行形成一定的干扰,并不能体现电能其作为商品本来的属性;消费者的用电行 为无法反映到商品的价钱属性上,无法指导对电能生产多少产生指导性作用[6]。建 立电力市场,代替原有的垄断性经营,可还原电能的商品属性,降低电能价格, 提高能源利用率,使我国的电力市场改革已进入了一个全新的阶段。

国家发改委能源局发布的《针对弃光解决弃水弃风弃光问题实施方案》中指 出:“要落实可再生能源发电制度,推进可再生能源电力参与市场化交易;拓展 电网消纳途径和模式,随着增量配电网改革试点的推进,可逐步断增加可再生能 源消费需求,将新能源发电与微网相结合,鼓励发展微网、局域网、能源互联网 等新模式,其可通过增加可再生能源、分布式电源的接入能力,鼓励可再生能源 等清洁能源的就地消纳,加快分布式电源中可再生能源的发展。展开以分布式电 源为主的电力市场化交易的改革,分布式电源中的可再生能源发电为主要发展对 象,通过市场化交易满足就近消纳”。2015年9月有国家发改委下发的电改9号 文中更是提出要推广分布式电源参与电力市场交易[5]。

建立微网环境下的电力交易机制,是微网电力市场的关键性、基础性问题, 是使微网电力市场能够推行的前提条件,一个电力市场的形成,其电力交易机制 是必要的条件之一。同时微网电力交易机制的研究面临着许多问题,微网内部含 有大量的分布式电源,所有权及管理权较为分散,利益诉求不尽相同,这些与传 统电网有较多不同,且系统较大电网结构简单,故需要设计与微网环境相匹配的 电力交易机制。

综上所述,大力推广可再生能源微网及微网电力市场化已成为电网发展的必 然趋势,微网环境下的电力市场,是一种全新形式的市场化改革,如何建立适合 于微网环境下的电力市场交易框架,如何建立购售双方的竞价机制,建立微网内 部在电力市场环境下的调度模型,具有十分重要的理论及现实意义。

1.2国内外研究现状 

1.2.1微网研究现状

《微网管理办法》中将微网定义为“由分布式电源、用电负荷、配电设施、 监控和保护装置等组成的小型发配用电系统(必要时含储能装置)”。由分布式电源、 储能装置、能量转换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系 统,是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统,微网的电压等级比较低, 一般在35kV及以下,系统容量在20MW以下。

微网按其运行方式划分可以分为独立型与并网型。独立型微网是一种可单独 建设、运行的供电方式,和外部大电网不存在任何连接点,其可以保证微网内发 电和供电的平衡,实现电网内供电的稳定性;而并网型微网是和外部电网一起联 网运行,与外网通过连接点相连,当外部电网出现故障,这个时候要和外网断开, 控制网内的电源和储能系统,这样才可以保障重要用电负荷的供电,但其同样可 运行于独立运行模式m。

微网按其结构可以划分交流微网、直流微网及交直流混合微网。微网按其地 理位置、用途、应用场所等可以分为很多小类,其由图1-2给出。

工业微网、企业微网、民用微网的建立,是为能降低用电成本,节约开支; 校园微网往往是为实验研究所建立;偏远地区及海岛架设传统大电网比较困难, 费用也较高,所以利用微网解决供电问题[8]。

最早开始对微网研究的是美国、欧洲等国家,美国在微网研究领域处于领先 地位,作为最早提出微网概念的国家,实践方面也走在世界前端,拥有200多个 示范微网[9]。美国示范微网投资主体多元、地域分布广泛、应用场景丰富、结构组 成多样,主要可以用于提高供电可靠性,为分布式的可再生能源发电提供载体, 及为电网提供支持。

欧洲十分重视清洁能源的发展,1998年就开始开展对微网系统的研发,也是 开展微网研究和示范工程较早的地区。表1-1列出了欧洲地区一些国家的典型微网 案例™。

表1-1欧洲典型微网发展现状

分类

地点

微网结构


希腊

5kW柴油发电机、10kW光伏电源供应12户居民的用电


葡萄牙

80kW微型燃气轮机

并网型

意大利

风电、光电、微型燃气轮机、柴油发电机、燃料电池、构 成350kW微网


柏林

在市中心,40kW光伏电源供应家庭用电


西班牙

5.8kW光电、两台5kW柴油发电机、50kW微型燃气轮机、 250kVA飞轮储能、6kW风电


荷兰

200个度假村的小屋搭建了 316kW光伏板

独立型

丹麦

风电、柴油发电机、微型燃气轮机供应岛上居民供电

 

我国对微网的研究相对欧美等发达国家较晚,但我国已逐步展开对微网的研 究,国内已有众多科研机构、高校、企业建设了一批微网示范工程,主要以风、 光等可再生能源作为发电形式[11]。

1.2.2电力市场研究现状

电力市场的发展都是各国根据自己的国情,建立合适的电力市场模式,市场 模式经过实际检验,不断调整完善,以形成最终完全市场化的模式。美国、欧洲、 日本等国家较早开展的电力改革的探索,并取得了一定成果。美国的PJM电力市 场在1927年由三个公用事业单位建立,成为了世界上第一个电力联营体,1997年 成功转型为第一个基于报价的电力市场,成为为一个电力市场的经营者,按照边际电价成交(System Marginal Price,SMP)为运营模式;1998年选择加入容量市场,以实际报价成交(Pay as Bid,PAB),并开放在宾州的零售商经营权,市场成员不断 增加,市场得到不断的发展;于2000年开始加入日前市场与实时市场两种市场模 式,加入调频市场,成为较为完备的电力市场模式[12]。

美国的德州电力市场也是美国较大的电力市场之一,1996年ERCOT作为独 立系统运营商参与电力市场交易,为非盈利性组织。1999年,德州立法机构发布 的7号法案代表ERCOT将要开发零售电力市场,成为第一个开放零售交易的市场, 并要求将三发输配三个职能完全分开。2012年其零售市场正式开放,是美国一个 较为成功的电力市场改革。ERCOT的批发市场采取独特的分区电价机制,每个报 价单元可能含有一个及以上的机组或负荷,为解决输电阻塞的问题引入了金融输 电权方案[13]』尺03了并不直接与零售商进行结算,零售商通过“市场合格计划体” 作为代表参与到电力市场交易中,结算时也由“市场合格计划体”作为中间组织 完成两方的结算[14]。“市场合格计划体”作为ERCOT独特的组织结构,促成发电 商与零售商之间的交易,负责平衡其所代理的发电商与零售商之间的电量交易情 况,其也可以自己拥有零售商或者发电公司。

欧洲也较早开始了电力体制的改革,现欧洲各国大部分都已建立了电力市场, 其中北欧、英国、德国等电力体制改革发展较早。英国在电力改革期间经历了三 个阶段,1990年实行了电力库交易模式,2001年实行新电力交易机制,由电力库 的集中竞价模式变为了双边自由竞价模式,2005年推行现行的电力交易和传输机 制,将市场划分为远期、长期、短期、实时四个部分,由合同市场、平衡市场、 不平衡结算三个环节组成[15]。德国与1998年推行新的能源法,正式进入电力市场 改革阶段,建立了日前交易及期货交易市场,由欧洲能源交易所提供场外交易清 算服务。德国的发、输、配电公司虽然在表面上各自独立,但其实是大公司的一 些子公司来进行交易,电力市场的改革仍存在较多漏洞。北欧的跨国电力市场, 最早开始于1993年,挪威建立电力交易所,随后丹麦、瑞典、芬兰也随之加入到 电力市场交易中,各国之间能源互补,紧密配合[16]。北欧电力市场发展较为快速, 市场也较为开放,拥有期货交易、期权交易、差价合同交易市场。

我国随着工业的不断发展,电力行业也在不断的改革。我国经历了很长一段 时间的垂直一体化电力模式,由于工业的快速发展及电力发展较缓慢的因素,上 世纪80年代经历了拉闸限电的计划用电阶段。用电短缺的现象在1997年得到了 缓解,全国大部分地区不用再实行计划用电,故从1998年推行了“厂网分开,竞 价上网”的改革政策,在发电厂上网部分引入竞争,首先在浙江、上海、山东及 东北三省建立了改革试验点,开始了电力市场化的改革[17]。2002年由国务院下发 了电力改革5号文,电力市场的改革进入另一阶段,传统的垄断型电网被拆分两 大电网公司、分别是南方电网公司与国家电网公司;五大发电集团与四大辅业集 团公司。2015年颁布的“电改九号文”,电力市场的改革更进一步。

1.2.3发电竞价算法研究现状

电力市场中的竞价问题是日前电力市场的重要环节,竞价过程中,发电商与 买电方需将自己的报价曲线提交给交易中心,由交易中心根据竞价算法决定成交 与否、成交的价格、成交的电量等信息。报价曲线可以分为两种类型,等微增率 报价与分阶梯报价。

针对不同的报价方式,有不同的竞价算法。针对分段阶梯式报价通常处理的 算法为排队法、动态规划法、网络流规划法等,此类方法较为简单易懂,解决问 题方式直观清晰,但是对于系统较为复杂或有较多机组参与竞价的情况处理起来 较为困难,适用于比较简单的系统或者电力市场开发的初期阶段[18]。针对连续性 报价通常处理的算法可分为线性规划法与非线性规划法,遗传算法、粒子群算法 等智能算法。此类算法适用于机组较为多,系统较复杂的情况;但智能算法在求 取最优解时,每一次的运算都会产生不同的结果,影响个别电厂的利益,对市场 的公平性有一定的影响,或者也可能存在无解的情况,影响电力市场的正常运行。

本文研究的为基于微网的电力市场,故涉及到的系统比较简单,分段式阶梯 报价完全可以满足市场交易的需求。文献[19]中以处理三机组的报价为例详细的介 绍了排队算法的计算原理,排队算法适用于求解各机组的功率分配问题,但是属 于静态规划,不能求解时间约束及网络安全约束的问题,优势在于处理时间短、 原理简单易懂。文献[20]通过两台机组与三个时段的负荷为例介绍了动态规划方法 原理,除可以解决机组的功率分配问题外,还可以考虑与时间相关的机组启停的 约束。动态规划方法的核心思想为穷举法,所以变量会相对较多,计算量较大,

但是一定会求解出一个最优解。文献[21]中分别从原始对偶法与原始单纯型法两方 面介绍网络流规划算法,此类算法在计算时的原理比较直观,以网络节点为计算 单位,比较善于处理维度较高的规划问题,处理与网络安全约束相关的问题。

以上几种方法,都有其自身使用的条件,但是每种方法都存在一定的缺陷。 排队法只能用于求解静态规划问题,只能针对单独时间段内的机组输出功率进行 规划,无法处理与时间约束和网络安全相关的问题,并且在同一个价格段内出现 多种机组的选择时无法操作,只能寻求人工的帮助或者提前规定相应的竞价规则。 文献[22]中对排队法进行了改进,但是也只考虑了边际价格段内最小机组出力约束, 并且计算量大,其在计算同样的问题时会耗费较多的时间,虽然可以处理机组最小出力相关的约束问题,但依然无法处理网络安全的问题。故需要进行进一步的 研究。

1.2.4微网调度研究现状

电力市场环境下的微网调度的核心是与大电网的机组组合(UC,Unit Commitment)相同,即保障系统运行的经济性。机组组合是安排发电计划时的重要 环节,其促进了资源的合理配置。考虑网络安全约束的机组组合(SCUC)是近些年 国内外的研究热点,不仅要考虑系统运行的经济性,还需考虑网络安全等问题。 国外有关SCUC的文献中,大多数研究与网络基态和故障状态下的相关问题,国 内则大多文献只包含有网络基态约束。

微网的调度研究决定了微网未来的技术发展道路[23],是国内外研究的热点问 题,微网的调度问题与大电网的机组组合问题较为不同的一点是分布式电源的建 模问题,今年来有不少的学者对于分布式电源的建模问题做了很多的研究。微网 调度的核心问题是优化问题,研究的内容包括目标函数、约束条件、与优化方法, 这些方面国内外的学者也做了较多的研究。

分布式电源的建模问题,包括风力发电机模型、光伏发电机模型、微型燃气 轮机模型、燃料电池模型、蓄电池模型等。通过模型的不断改进,可以更接近分 布式电源发电的真实状态。文献[24]针对可再生能源发电的不确定性及波动性,提 出了区间描述的方法,在风机及光伏发电的模型中,加入了考虑其不确定性的区 间,建立了含有风机、光伏、燃料电池及蓄电池的微网模型,利用CPLEX求解此 优化问题,证明此方法有很好的鲁棒性和适应性。文献[25]则对蓄电池的建模进行 研究,因可再生能源发电具有不确定性及波动性,蓄电池在微网中的作用十分重 要,因此需要充分利用蓄电池,提高微网的经济性,在蓄电池的建模中加入了利 用加权吞吐量的方法来加入蓄电池的使用寿命考虑因素。

微网各分布式电源的发电优化问题的目标函数,主要目的是减少系统的消耗, 提高其经济性,近些年还将安全性及环保性考虑进去。文献[26]中除电网运行的经 济性与环保性外,由于对系统不确定因素的错误估计会对系统的运行造成一定的 影响,在目标函数中加入高估或低估费用,以减少新能源发电或者负荷的不确定 性所带来的影响,约束条件中加入电压安全裕度与缺负荷率的考量,以保障系统 安全稳定运行,最终利用改进的膜计算算法对模型进行求解。文献[27]在建立目标 函数时将用户侧的满意度也考虑其中,用户的用电电量多少会对电价产生影响, 变化的电价也会对用户行为产生引导,用户的行为因电价的变化而选择做出改变,用户的满意度就会下降,通过对分时电价的改变兼顾了系统经济性与用户侧的满意度。

创建数学模型时需要考虑的约束条件也是很多学者研究的热门问题,不同的 系统运行要求需要不同的约束条件相匹配。文献[28]针对钢铁企业自己的微网系统 自发电时的优化调度的特点,在约束条件中加入了混烧比例、煤气平衡约束、煤 气柜安全操作约束,在该模型中采用盒式不确定集合描述此煤气柜安全操作约束, 以达到此系统的经济安全运行。另外还有一些学者考虑了含有大用户大企业系统 的优化调度问题,大用户大企业可与系统签订可中断负荷合同,在系统负荷高峰 期或者出现故障时,由系统向签订合同的用户发送中段请求,由于用户中断部分 或者全部负荷而需要支付一些补偿费用,在约束条件中加入了场景树约束及可中 断负荷调用约束;在考虑居民等小用户时,居民在负荷高峰时可选择中断不影响 使用的负荷,同时可以收到部分补偿,此种情况在描述功率平衡约束时采用机会 约束形式[29]。

对于微网经济调度,还有一大部分的学者对其优化方法进行研究。优化模型 的求解通常有两类方法,数学规划法和智能算法[3()]。文献[31]将免疫算法与粒子群 算法相结合,粒子群算法在优化过程中虽然可以较快的收敛到最优解附近,但其 对个体的多样性有一定的损伤,且计算的精度受到限制,与免疫算法相结合,可 以保留优化过程中适应度高的个体,记忆个体将替换不符合要求的新生个体,增 加个体多样性,有效抑制了优化过程中个体多样性的退化。文献[32]对粒子群算法 进行了改进,传统的多目标粒子群算法(MOPSO)局部性较好但是全局性较差,在 此基础上,在迭加时加入模糊相似矩阵,可以提高个体的多样性,从而保证全局 性,综合两种算法,提出了 HSMOPSO算法,即能保障个体的多样性,又能保障 与真实的帕雷多前端更接近。文献[33]在动态调度优化时采用了三种不同的方法, 釆用两阶段式混合整数规划方法,线性化后的混合整数规划方法,这两种方法是 针对发电阀点效应及机组禁运区的复杂调度模型,当考虑网络损耗时,如果每条 线路的损耗都用二次函数来描述,会加大模型的复杂程度,作者采用带惩罚因子 的方式及松弛处理方式来求解模型。文献[34]针对有风电并网的大大电网,由于风 电并网的不确定性会给电网造成较大的影响,提出了基于机会约束目标规划的思 想,来优化这种不确定性的随机调度模型;总运行成本考虑了运行成本、弃风成 本、储能运行成本、备用偏差成本,其中火电运行成本考虑煤耗成本、备用成本、 及备用成本;模型约束条件考虑了系统功率平衡约束、火电机组的系统约束、还 有系统备用约束,在系统约束中加入机会约束目标规划思想求解。

1.3本论文的结构安排

本文针对微网环境下的电力市场,通过对各国电力市场改革先例及各种经典 电力市场模式的研究,设计了微网的电力市场交易框架,提出了分级微网交易结 构,对竞价方法及调度方法进行了研究;在微网市场交易中心参与竞价时,提出 了改进的动态排队规划法来确定参与市场交易的交易商所成交的电量;在确定了 成交电量后,提出了基于优化储能策略的经济调度方法来确定各交;易商内部的 各类分布式电源的出力组合。本文共分为5章,框架如图1-3所示,其详细内容分 别如下:

 

微网环境下的电力交易机制研究

第一章介绍了对基于微网的电力市场的研究背景与研究意义;分为微网研究 现状、电力市场研究现状、竞价算法研究现状及微网调度研究现状四个部分来阐 述国内外的发展情况;并对微网的类型做出了详细的分类及说明,论述了微网当 前世界各地的建立情况。最后简要概括了本文的主要内容,并针对每一章的内容 做出进一步的阐述。

第二章首先对微网内的各分布式电源进行了研究,介绍其运行原理并建立了 相应数学模型,为第四章的微网调度建模打下基础。随后对电力市场展开研究, 介绍了电力市场的经济学理论基础,归纳了电力市场中包括的市场形式,介绍了 电力市场发展过程需要经历的四个不同模式,并对交易类型展开了研究,为后续 章节的研究提供理论基础。

第三章首先针对基于微网环境下的电力市场,设计了两层交易模式组织结构。 随后根据组织结构及微网自身的特点,设计了交易模式,详细的讲述了交易规则 及结算规则。然后,针对微网市场交易中心参与市场交易时竞价模式,在排队法 的基础上,结合动态规划法与网络流规划法这两种方法,设计了改进的动态排队 规划法,以求解此电力市场的竞价问题。最后,以一个五机组及五个负荷报价的 系统算例,详细讲述了此方法的应用。

第四章主要是研究对微网市场交易中心在参与电力市场交易后对于自身各分 布式电源发电的优化问题。首先,储能作为微网运行中最重要的部分,设计了针 对参与市场交易模式与孤立状态下的储能优化策略。随后,针对参与市场交易模 式的系统,建立了以系统成本及环境污染最小为目标的函数,系统成本主要考虑 了燃料成本、投资折旧成本、参与电力市场时的交互成本和人工维护成本,环境 污染最小则转化为环境治理成本最小加入到目标函数中。然后,约束条件考虑了 系统内的功率平衡、分布式电源出力上下限约束、爬坡速率约束、及蓄电池优化 是的相关约束。而后,简单介绍了孤立模式下的目标函数与约束条件。最后,结 合第二章中建立的分布式电源模型,对建立的模型利用混合整数方法来进行仿真 验证。

第五章是全文的总结,对文章的主要内容进行了概括,并针对文章内容提出 了未来可能的研究方向。

第二章微源数学模型及电力市场理论基础研究

2.1微源数学模型

2.1.1风力发电模型

风能作为一种可再生能源,是各国可持续能源战略的重要组成部分,因此, 如今越来越多的国家更加重视风力发电的发展。风力发电的输出功率主要是受风 速以及风机自身参数的影响,所以研究风速的随机分布情况是得到风电输出功率 的必要准备。

国内外对风速分布的研究现己有如下几个理论:Weibull分布、Rayleigh分布、 Pearson分布、Gamma分布、Gumbel分布和对数正态分布[35]。其中Weibull分布

最符合大多数地区的风速分布情况且形式简单,得到了较为广泛的应用,其概率 密度函数为:

式中:v为风机的风速,yt为weibull分布的形状参数,c为其尺度参数。

风能通过风力发电机将先被转化为旋转能量,再转换为电能。图2-1为风力发 电系统的通用示意图。回旋叶片在风力的带动下旋转,并且通过调节叶片的倾斜 角度来得到和风速相应的旋转数[36]。

每个风机的输出情况可由一条理想化的风机输出功率特性曲线表示,如图2-2所示。

由图2-2可知,当风速高于切入风速&时,风机开始输出功率;当风速达到额 定风速V,后,将以最大功率6输出;当风速超过切除风速^时,为避免风机受到 损伤,暂时停机[37]。其关系可转化为下列函数关系式表示:

2.1.2光伏发电

光伏发电利用太阳光而产生电能,太阳能是比风能更好捕捉的能源,不用考 虑地域与海拔的限制。因为其内部没有机械装置,在发电时不会产生像风机一样 的噪声污染,也不用使用燃油等燃料,故对环境没有污染。其使用起来比较灵活, 寿命也比较长,对放置地点无需太多要求,故随着其造价的不断变低,太阳能电 池近年来得到了广泛的应用[38]。光伏发电原理比较简单,太阳能照射到光伏板后 产生光伏效应而产生直流电压,之后通过电力调节装置将其转换为交流供应给负 荷。如图2-3为光伏发电的结构示意图。


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