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计及分布式光伏发电的分时电价电力优化研究

  • 发布日期:2018-11-01
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本文是一篇硕士电力工程论文,电力工程可承担单项合同额不超过企业注册资本金5倍的单机容量10万千瓦及以下的机组整体工程、110千伏及以下送电线路及相同电压等级的变电站整体工程施工总承包。(以上内容来自百度百科)今天为大家推荐一篇硕士电力工程论文,供大家参考。
 
1 绪论
 
1.1 课题的研究背景及发展现状
1.1.1 光伏发电研究背景
伴随着经济的快速发展,对于能源的需求也呈指数型飞涨,能源危机已经引发人类的关注,人们逐渐将目光投向可再生能源作为化石能源的替代能源。太阳能不但储量非常丰富,而且没有污染物的排放,是一种非常清洁的可再生能源。之所以在近年来才得到飞速的发展一方面是因为早些年成本太高,利润空间小;另一方面是因为光伏电池效率很低。但如今随着科技水平的进步光伏成本已经大幅下降,效率也有所提升:早些年受技术水平的限制,光伏发电成本非常高并且效率较低,但随着人们的不断深入研究终于攻克了这两个难关:10 年来光伏成本下降了 90%;作为最先进的光伏电池制造公司——松下电器的产品效率已是 10 年前的 3 倍。光伏成本的大幅度下降正是得益于科技的飞速进步,1960 年至今价格以下降了近 100 倍【1】。根据先进的研究报告显然光伏成本仍有继续下降的空间。
 
1.1.2 国内光伏发展现状
为了使中国的国民生产总值中的碳排放量大幅下降,所以我国必须实行节能减排,这就需要从可再生能源着手。在我国,大多数地方的平均日照时长将近 2000 个小时,而且我国的太阳能资源十分丰富,每年太阳能的发电量就相当于火电 18000 亿吨煤的发电量。随着国家对光伏发电的大力支持和不间断的深入研究,光伏成本的大幅度下降,再加上一系列的经济政策激励,我国的光伏产业飞速发展【2】。分布式光伏发电一般都安装在用户附近,且由于光伏板的模块性因此容量大小也是可调控的,且相比于集中式光伏更为灵活,并且经济效益不亚于集中式光伏,因此是光伏发电重要形式之一。从 2013 年到 2016 年这三年间由于分布式光伏的商业模式存在问题,投资风险较集中式光伏大,因此导致参与的用户少,缺乏积极性。2017 年以来,分布式光伏增长迅速,一年内增长了大约 1900 万 kW 的装机容量,分布式光伏的发展势不可挡【3】。分布式光伏发电呈指数式增长原因如下:(1)国家能源局针对国内的实际情况采取了针对性措施,针对上网模式的自主选择以及电力交易的经济补贴给出了合理的规范和政策;(2)分布式光伏补贴优厚,当地政府不仅对光伏建设进行经济补偿,而且对装机容量和每度上网电价进行补贴;(3)近年来,单位面积光伏成本基本下降了 90%以上,价格的下降带来了众多商家的投资;(4)是国家开展光伏扶贫项目,屋顶光伏等户用式光伏启动开展了新的商业模式。
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1.2 研究目的和意义
风力发电作为一种新型能源具有强烈的波动性和随机性,当系统中接入风力发电时,分时电价的目的就是尽可能的通过发挥价格杠杆作用引导负荷曲线尽力跟踪风力发电,尽可能的消纳风电出力,减少净负荷的峰谷差同时减缓风电的波动。但是由于风电明显的反调峰特性,在负荷高峰的时候出力少,夜间负荷低谷的时候反而出力多,这一特性也就导致用户跟踪风电出力的难度很大。此外风速的误差在 25%~40%左右【57】,风电功率的预测方法是首先预测风速,再根据其对应关系预测风电输出,这就导致功率的误差比风速误差更大,所以通过 TOU 提高风电与负荷相关性可操作性较差。相对比而言光伏的出力完全在白天,可以有效削减白天的负荷高峰,并且光伏的功率预测误差也低至 9%~10%【58】,因此与负荷相关性更高也更容易根据预测数据安排调度计划。但由于光伏在夜间完全无出力无法削减夜晚负荷高峰,因此不能单一引导用户跟踪光伏出力,而是要用 TOU 是负荷自主转移,此时 TOU 的研究对象也应该是消纳了光伏之后的等效负荷曲线。从另一个角度来讲被就地消纳了的光伏并不受电价的调控,随着接入的分布式光伏数量的增多以净负荷作为研究对象才是合理的。
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2 分时电价的相关理论
 
2.1 需求侧响应理论
随着经济的快速发展,社会用电需求量也在飞速地增长。而一味地增加发电侧的能源供应既造成了能源紧张和环境污染,也无法完全满足社会的需求,因此就提出了 DSM 手段。DSM 分为长期和短期任务,长期任务是建立长期有效的电力节约机制,改变负荷性质提高终端的用电效率;短期任务是建立市场机制并使负荷在短期内参与响应,也就是需求侧响应。从广义上讲,需求侧响应的概念是用户通过市场价格机制或者激励措施的引导,从而改变传统的用电方式的市场参与行为。需求侧响应的重点就是用户拥有自主选择用电商品和用电服务的空间,接受最为合理的价格和用电方式。需求响应能够充分的利用空闲的负荷侧资源,与发电侧共同满足电力用户的需求,并通过双向通讯技术使需求侧资源也参与调度。
 
2.1.1 需求侧响应的分类
需求侧响应有众多的手段,根据不同的用户响应方式主要分为两大类:一种是基于激励的需求侧响应,一种是基于价格的需求侧响应。基于激励的需求侧响应是指供电方采用激励政策奖励用户参与负荷削减的行为,常用措施主要有需求侧竞价(DSB)、直接负荷控制(DLC)、可中断负荷(IL)这三大类。需求侧竞价是指需求侧用投标的方式主动参与到电力市场竞争中来,不再是价格的被动接受者;直接负荷控制是在用电高峰期直接远程控制用电装置的开停,主要作用于可控负荷;可中断负荷指在供电方与用户签订合同的条件下在用电高峰向用户发中断负荷的信号,用户对此作出响应并得到相应的补偿,主要适用于大型工、商业用户。
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2.2 模糊数学
模糊数学是融合了数学和模糊两个概念,先是大致模糊地判别事物,再用数学的方法对具有模糊性特点的事物进行研究和处理。人们在对一些常规事物进行归类或者判别时,并不一定都能给出很明确的词句去形容或者描述。例如要描述一个人是否是胖子,并不能光从体重判断,不但要参考此人的年龄、身高、体重这些能精确得出的信息,还需要结合体脂肪率、体重指数等模糊信息。模糊分类最为关键的一步就是要选择适当的隶属函数,而常见的选择依据包括以下几种:根据主观经验认知选取隶属函数,比如有专家打分;根据问题特性选取典型函数作为隶属函数;根据调查结果统计获得经验曲线,比如 F 统计法等。根据分析方法一和二都带有强烈的主观性,虽然第三种方法具有客观性,但仍然是中和了许多人的主观认知,有很大的局限性。因此需要对实际工程得到的数据进行统计分析和推理,才能使获得的隶属函数更为符合实际的情况。常用的隶属函数包括:矩形隶属函数、梯形隶属函数、抛物型隶属函数、柯西隶属西数、岭形隶属函数等。
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3 峰谷分时电价时段划分及作用机理模型.......23
3.1 光伏发电对时段划分的影响.......23
3.2 时段划分............24
3.3 基于消费者心理学的分时电价下用户响应模型...........26
3.4 分时电价制定....28
3.5 本章小结............30
4 峰谷分时电价的仿真计算与算例分析..........31
4.1 引言...........31
4.2 时段划分............31
4.3 电价制定............33
4.4 光伏消纳率为 50%的电价制定...........37
4.5 本章小结............41
5 结论与展望..........43
5.1 结论...........43
5.2 展望...........43
 
4 峰谷分时电价的仿真计算与算例分析
 
4.1 引言
上一章已经给出了基于模糊隶属函数的理论对等效负荷曲线进行时段划分的方法,并基于消费者心理学原理建立了的峰谷分时电价的用户响应模型,在本章要根据算例来验证该模型对等效负荷曲线的优化效果。第一步先进行时段的划分,体现出了基于模糊隶属函数理论的时段划分的效果,接下来将根据想要达到的不同效果建立采用多种不同目标函数分别进行优化,并且对比优化前后的负荷曲线还有各项参数,从而证明了该优化模型的有效性和灵活性。本文用遗传算法求解模型,在 MATLAB 平台开发程序,遗传算法采用 GATBX 工具包(英国 Sheffield 大学推出的遗传算法工具箱),设置种群规模为 80,交叉概率为 0.7,变异概率为 0.07,最大迭代数目为 100;在进行优化之前,等效负荷曲线的负荷峰值为 22.24MW,负荷谷值 15.06MW,最大峰谷差为 7.18MW,负荷率 84.5%,用户支出为 26.42 万元。
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结论
 
为了提高配电网消纳分布式光伏的能力同时兼顾对负荷曲线的削峰填谷,本文从需求侧着手采用分时电价对等效负荷曲线进行优化,并达到了使负荷曲线平缓化的目的,充分发挥了光伏发电的调峰作用,减少了机组的启停机次数以及电网的投资和运行成本,同时提高了系统的稳定性,也提高了负荷曲线与光伏出力的相关性。
(1)本文在传统的基于消费者心理学的电价理论基础上,将接入配电网的分布式光伏考虑进去,并分别假设了电网对分布式光伏的消纳率不同的情况,计算出了相应的定价方案。可以看出消纳率的不同主要改变了等效负荷曲线的形状,也就导致时段划分的结果会发生重大变化,但所提出的模型针对不同的消纳率都能达到明显的削峰填谷的效果。
(2) 本文以最小化峰谷差和最大化用户舒适度为目标,以用电总量不变与用户方购电费用减小还有峰谷电价之比为约束条件建立分时电价模型。该模型既考虑了资源配置方面,也考虑了经济以及用户体验的方面。在资源配置方面有效的减小了高峰负荷和峰谷差,提高了负荷利用率和系统稳定性;在经济方面既减少了发电企业的投资成本,提高了现有机组的利用效率,也减少了电网的运营成本,减少了用户的投诉索赔,对于用户侧减少了用户的购电费用;在用户体验方面考虑到了用户舒适度,站在用户的角度为用户考虑,提高了用户响应积极性。
(3)在合理的时段划分基础上,采用遗传算法对不同的目标函数进行求解,得出了不同的定价方案。由仿真结果可以看出该方案的实施可以使减小峰荷,增大谷荷,减小峰谷差。同时总用电量不减的约束条件避免了供电方的损失,购电费用减小保证了用户侧的获利,达到了削峰填谷效应。本文所建立的模型既达到了常规的分时电价削峰填谷的目的,又增强了电网对分布式光伏的消纳能力,还保证了用户舒适度在一个较高的水准,说明该模型具有普遍适用性和可实施性。
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参考文献(略)
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