面向共享储能的微能源网运行优化研究

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在能源危机逐步扩大的背景下,加快建设能源互联网可为能源转型提供有力保障和重要支撑。微能源网作为用户侧的一种微型供能系统,是能源互联网的最小组成单元,加快微能源网的建设是实现节能减排目标的有效途径。微能源网内部的分布式能源发电功率与冷热电负荷需求的不确定性,以及微能源网中多种异质能源的强耦合性,给微能源网的安全稳定控制和经济运行带来了巨大的挑战。在此背景下,本文以微能源网为研究对象,围绕供需协同、能量共享、“源-荷”不确定性、需求侧灵活性等问题,对微能源网的运行策略进行研究,主要内容如下:(1)针对微能源网的多时间尺度协同优化运行问题,通过研究微能源网供需双侧的不确定性以及需求侧资源的灵活性,构建了考虑需求侧灵活性的微能源网日前-日内-实时的多时段协同优化运行模型:在日前阶段,结合对柔性电负荷的调控,提出了基于鲁棒线性优化的日前经济运行策略,得到了微能源网内部各分布式单元的日前计划;在日内滚动优化阶段,通过动态调整室内温度实现对柔性冷、热负荷的调控,实现对日内“源-荷”波动功率的平抑;在实时调整阶段,利用蓄电池高效的充放电特性及可中断负荷的灵活性,来解决电力供应与需求之间不平衡的问题。通过算例验证了所提的考虑需求侧灵活性的微能源网多时段协同运行方法的合理性与有效性。(2)基于微能源网中风电场,光伏电站以及冷热电联供系统隶属于不同利益主体的背景,结合纳什议价理论提出了面向市场交易的微能源网多运营主体合作运行模型。文章证明了该模型等价于各主体利益共同趋优问题,说明了合作博弈的稳定性。并将原优化问题等价转换为两个序贯凸子问题:社会福利最大化问题与支付效益最大化问题。采用交替方向乘子法对上述两个子问题进行分布式求解,并分析了可再生能源发电的上网电价对微能源网多主体合作运行的影响。通过算例验证了所提的面向市场交易的微能源网多主体合作运行策略的合理性与有效性。(3)针对高比例可再生能源接入微能源网时清洁能源消纳率低和储能设备配置不合理等问题,分析了共享储能电站的运行模式,研究了共享储能电站与多个微能源网的能量交互机理,构建了面向共享储能电站的多微能源网协同运行优化模型。构建了共享储能电站与多个微能源网之间的分布式交易框架,其中每个微能源网仅需跟共享储能电站交换期望的交易电量与交易电价,便可实现对储能服务的购买。算例分析表明面向共享储能电站的多微能源网协同运行策略可以实现微能源网与共享储能电站的互利共赢。(4)针对多微能源网系统和能源供应商、共享储能运营商所有权不同,提出基于主从博弈的双层协调优化运行模型。其中,能源供应商是博弈的领导者,微能源网运营商、共享储能运营商是博弈的跟随者。微能源网间通过能量互济提高新能源的就地消纳能力,研究采用基于非对称纳什谈判方法对微能源网合作剩余进行分配的机制。研究了微能源网动态租赁共享储能容量的机理。仿真结果验证了所提方法可在兼顾微能源网的储能需求以及共享储能运营商的盈利空间的同时,有效提高能源供应商、共享储能运营商、微能源网运营商的收益。
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