含分布式电储热的电热联合系统优化调度策略及风险评估

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在全球能源互联网与加快实现中国“双碳”目标的背景下,由于固体电储热具有耗电储热、电热时移特性,因此,在电力系统中得到广泛应用。目前电力系统中位于网侧集中式的固体电储热主要用于紧急调峰备用,其储热容量受投资成本限制。而位于用户侧的分布式固体电储热(distributed solid electric thermal storage,DSETS)总体容量较大,且灵活性较高,可作为电网优化调度的柔性资源。但由于DSETS用户类型呈现多样化,且地理位置分布广泛,电网对含DSETS的电热联合系统(combined electricity and heat systems,CEHS)进行优化调度有一定难度。并且随着用户对热舒适性要求越来越高,传统单一的调度策略无法满足多种类型用户需求,导致调度结果与用户期望不一致,严重阻碍了电网调度DSETS的发展。因此,研究含DSETS的CEHS优化调度策略,对提高弃风消纳,实现全球能源互联网和“双碳”目标具有重要意义。针对电网调度DSETS时面临的一系列问题,重点研究了固体电储热负荷变化规律,提出一种新的固体电储热负荷预测方法;在CEHS的优化调度中考虑了DSETS用户消费行为特性(consumer behavior characteristics,CBC),以及对DSETS实施了能量分配的调度策略;对系统运行风险进行了评估,当系统出现故障,提出了预防控制方法等研究内容。通过多种工况仿真验证相关结论,为电网在CEHS中调度DSETS提供了理论依据和技术支撑。论文的主要研究工作包括以下几个方面:(1)为了解DSETS用户CBC,掌握其负荷变化规律,将DSETS应用于CEHS日前优化调度,建立了固体电储热负荷预测模型。分析了多种环境因素、启停工作特性对固体电储热负荷变化的影响,阐述了各种预测方法针对固体电储热负荷进行预测时面临的问题,提出了信息物理融合的负荷预测方法。并将此方法预测结果与实际运行值、多模型预测结果进行对比分析,验证了所提预测方法有效性。(2)研究分析了多种DSETS不同类型用户CBC,提出在CEHS的优化调度中考虑DSETS用户CBC。以固体电储热负荷预测研究为基础,联合信息物理融合的负荷预测方法与迭代二叉树三代算法,预测能够体现用户CBC的用电功率曲线。并将其作为优化调度约束条件,根据用户所处市区或郊区不同的地理位置对其实施差异化的调度策略。为评价优化调度结果与用户期望偏差情况,提出了电、热功率调度一致性评估指标。利用三种实际运行工况,对所提优化调度策略的调度结果与评估指标进行对比分析,验证了所提调度策略有效性与实用性。(3)在考虑DSETS用户CBC的研究基础之上,针对风力发电出力的间歇性、波动性、随机性等特点导致的弃风问题,利用DSETS能量储存与消耗的时间异步过程,提出一种基于DSETS能量分配的CEHS优化调度策略。并且设计了电网与DSETS用户之间实施能量分配的调度协议,对DSETS调度功率实施阶段性电价补贴。根据用户入网签订的调度协议偏差阈值,对每个自愿参与电网调度的用户DSETS实施不同等级的能量分配控制,包括等值能量分配和增值能量分配两种方式。通过与传统优化调度结果进行对比分析,验证了所提策略有效性与可行性。(4)针对含DSETS的CEHS,面临多种环境因素影响时存在的运行风险问题,提出了含DSETS的CEHS运行风险评估及预防控制方法。研究建立了一个两阶段优化模型:第一阶段以系统运行成本最小为目标。针对含DSETS的CEHS建立预想事故集,模拟DSETS能量分配过程中负荷突变和支路N-1预想事故扰动,并根据提出的支路重载评估指标,评价故障后系统的安全性;当第一阶段优化结果出现支路重载情况时,进入第二阶段采取预防控制,本阶段以系统各单元有功调节量最小为目标,且在目标函数中设置风电机组调节量权重系数,提高风电消纳优先级。然后通过调节系统各机组出力,使支路有功潮流降低至安全裕度之下,从而对重载支路进行校正。通过对比预防控制前、后系统的安全性及经济性,验证预防控制模型及评估指标的有效性。
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