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計及分布式光伏發電的分時電價電力優化研究

  • 發布日期:2018-11-01
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本文是一篇碩士電力工程論文,電力工程可承擔單項合同額不超過企業注冊資本金5倍的單機容量10萬千瓦及以下的機組整體工程、110千伏及以下送電線路及相同電壓等級的變電站整體工程施工總承包。(以上內容來自百度百科)今天為大家推薦一篇碩士電力工程論文,供大家參考。
 
1 緒論
 
1.1 課題的研究背景及發展現狀
1.1.1 光伏發電研究背景
伴隨著經濟的快速發展,對于能源的需求也呈指數型飛漲,能源危機已經引發人類的關注,人們逐漸將目光投向可再生能源作為化石能源的替代能源。太陽能不但儲量非常豐富,而且沒有污染物的排放,是一種非常清潔的可再生能源。之所以在近年來才得到飛速的發展一方面是因為早些年成本太高,利潤空間小;另一方面是因為光伏電池效率很低。但如今隨著科技水平的進步光伏成本已經大幅下降,效率也有所提升:早些年受技術水平的限制,光伏發電成本非常高并且效率較低,但隨著人們的不斷深入研究終于攻克了這兩個難關:10 年來光伏成本下降了 90%;作為最先進的光伏電池制造公司——松下電器的產品效率已是 10 年前的 3 倍。光伏成本的大幅度下降正是得益于科技的飛速進步,1960 年至今價格以下降了近 100 倍【1】。根據先進的研究報告顯然光伏成本仍有繼續下降的空間。
 
1.1.2 國內光伏發展現狀
為了使中國的國民生產總值中的碳排放量大幅下降,所以我國必須實行節能減排,這就需要從可再生能源著手。在我國,大多數地方的平均日照時長將近 2000 個小時,而且我國的太陽能資源十分豐富,每年太陽能的發電量就相當于火電 18000 億噸煤的發電量。隨著國家對光伏發電的大力支持和不間斷的深入研究,光伏成本的大幅度下降,再加上一系列的經濟政策激勵,我國的光伏產業飛速發展【2】。分布式光伏發電一般都安裝在用戶附近,且由于光伏板的模塊性因此容量大小也是可調控的,且相比于集中式光伏更為靈活,并且經濟效益不亞于集中式光伏,因此是光伏發電重要形式之一。從 2013 年到 2016 年這三年間由于分布式光伏的商業模式存在問題,投資風險較集中式光伏大,因此導致參與的用戶少,缺乏積極性。2017 年以來,分布式光伏增長迅速,一年內增長了大約 1900 萬 kW 的裝機容量,分布式光伏的發展勢不可擋【3】。分布式光伏發電呈指數式增長原因如下:(1)國家能源局針對國內的實際情況采取了針對性措施,針對上網模式的自主選擇以及電力交易的經濟補貼給出了合理的規范和政策;(2)分布式光伏補貼優厚,當地政府不僅對光伏建設進行經濟補償,而且對裝機容量和每度上網電價進行補貼;(3)近年來,單位面積光伏成本基本下降了 90%以上,價格的下降帶來了眾多商家的投資;(4)是國家開展光伏扶貧項目,屋頂光伏等戶用式光伏啟動開展了新的商業模式。
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1.2 研究目的和意義
風力發電作為一種新型能源具有強烈的波動性和隨機性,當系統中接入風力發電時,分時電價的目的就是盡可能的通過發揮價格杠桿作用引導負荷曲線盡力跟蹤風力發電,盡可能的消納風電出力,減少凈負荷的峰谷差同時減緩風電的波動。但是由于風電明顯的反調峰特性,在負荷高峰的時候出力少,夜間負荷低谷的時候反而出力多,這一特性也就導致用戶跟蹤風電出力的難度很大。此外風速的誤差在 25%~40%左右【57】,風電功率的預測方法是首先預測風速,再根據其對應關系預測風電輸出,這就導致功率的誤差比風速誤差更大,所以通過 TOU 提高風電與負荷相關性可操作性較差。相對比而言光伏的出力完全在白天,可以有效削減白天的負荷高峰,并且光伏的功率預測誤差也低至 9%~10%【58】,因此與負荷相關性更高也更容易根據預測數據安排調度計劃。但由于光伏在夜間完全無出力無法削減夜晚負荷高峰,因此不能單一引導用戶跟蹤光伏出力,而是要用 TOU 是負荷自主轉移,此時 TOU 的研究對象也應該是消納了光伏之后的等效負荷曲線。從另一個角度來講被就地消納了的光伏并不受電價的調控,隨著接入的分布式光伏數量的增多以凈負荷作為研究對象才是合理的。
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2 分時電價的相關理論
 
2.1 需求側響應理論
隨著經濟的快速發展,社會用電需求量也在飛速地增長。而一味地增加發電側的能源供應既造成了能源緊張和環境污染,也無法完全滿足社會的需求,因此就提出了 DSM 手段。DSM 分為長期和短期任務,長期任務是建立長期有效的電力節約機制,改變負荷性質提高終端的用電效率;短期任務是建立市場機制并使負荷在短期內參與響應,也就是需求側響應。從廣義上講,需求側響應的概念是用戶通過市場價格機制或者激勵措施的引導,從而改變傳統的用電方式的市場參與行為。需求側響應的重點就是用戶擁有自主選擇用電商品和用電服務的空間,接受最為合理的價格和用電方式。需求響應能夠充分的利用空閑的負荷側資源,與發電側共同滿足電力用戶的需求,并通過雙向通訊技術使需求側資源也參與調度。
 
2.1.1 需求側響應的分類
需求側響應有眾多的手段,根據不同的用戶響應方式主要分為兩大類:一種是基于激勵的需求側響應,一種是基于價格的需求側響應。基于激勵的需求側響應是指供電方采用激勵政策獎勵用戶參與負荷削減的行為,常用措施主要有需求側競價(DSB)、直接負荷控制(DLC)、可中斷負荷(IL)這三大類。需求側競價是指需求側用投標的方式主動參與到電力市場競爭中來,不再是價格的被動接受者;直接負荷控制是在用電高峰期直接遠程控制用電裝置的開停,主要作用于可控負荷;可中斷負荷指在供電方與用戶簽訂合同的條件下在用電高峰向用戶發中斷負荷的信號,用戶對此作出響應并得到相應的補償,主要適用于大型工、商業用戶。
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2.2 模糊數學
模糊數學是融合了數學和模糊兩個概念,先是大致模糊地判別事物,再用數學的方法對具有模糊性特點的事物進行研究和處理。人們在對一些常規事物進行歸類或者判別時,并不一定都能給出很明確的詞句去形容或者描述。例如要描述一個人是否是胖子,并不能光從體重判斷,不但要參考此人的年齡、身高、體重這些能精確得出的信息,還需要結合體脂肪率、體重指數等模糊信息。模糊分類最為關鍵的一步就是要選擇適當的隸屬函數,而常見的選擇依據包括以下幾種:根據主觀經驗認知選取隸屬函數,比如有專家打分;根據問題特性選取典型函數作為隸屬函數;根據調查結果統計獲得經驗曲線,比如 F 統計法等。根據分析方法一和二都帶有強烈的主觀性,雖然第三種方法具有客觀性,但仍然是中和了許多人的主觀認知,有很大的局限性。因此需要對實際工程得到的數據進行統計分析和推理,才能使獲得的隸屬函數更為符合實際的情況。常用的隸屬函數包括:矩形隸屬函數、梯形隸屬函數、拋物型隸屬函數、柯西隸屬西數、嶺形隸屬函數等。
.........
 
3 峰谷分時電價時段劃分及作用機理模型.......23
3.1 光伏發電對時段劃分的影響.......23
3.2 時段劃分............24
3.3 基于消費者心理學的分時電價下用戶響應模型...........26
3.4 分時電價制定....28
3.5 本章小結............30
4 峰谷分時電價的仿真計算與算例分析..........31
4.1 引言...........31
4.2 時段劃分............31
4.3 電價制定............33
4.4 光伏消納率為 50%的電價制定...........37
4.5 本章小結............41
5 結論與展望..........43
5.1 結論...........43
5.2 展望...........43
 
4 峰谷分時電價的仿真計算與算例分析
 
4.1 引言
上一章已經給出了基于模糊隸屬函數的理論對等效負荷曲線進行時段劃分的方法,并基于消費者心理學原理建立了的峰谷分時電價的用戶響應模型,在本章要根據算例來驗證該模型對等效負荷曲線的優化效果。第一步先進行時段的劃分,體現出了基于模糊隸屬函數理論的時段劃分的效果,接下來將根據想要達到的不同效果建立采用多種不同目標函數分別進行優化,并且對比優化前后的負荷曲線還有各項參數,從而證明了該優化模型的有效性和靈活性。本文用遺傳算法求解模型,在 MATLAB 平臺開發程序,遺傳算法采用 GATBX 工具包(英國 Sheffield 大學推出的遺傳算法工具箱),設置種群規模為 80,交叉概率為 0.7,變異概率為 0.07,最大迭代數目為 100;在進行優化之前,等效負荷曲線的負荷峰值為 22.24MW,負荷谷值 15.06MW,最大峰谷差為 7.18MW,負荷率 84.5%,用戶支出為 26.42 萬元。
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結論
 
為了提高配電網消納分布式光伏的能力同時兼顧對負荷曲線的削峰填谷,本文從需求側著手采用分時電價對等效負荷曲線進行優化,并達到了使負荷曲線平緩化的目的,充分發揮了光伏發電的調峰作用,減少了機組的啟停機次數以及電網的投資和運行成本,同時提高了系統的穩定性,也提高了負荷曲線與光伏出力的相關性。
(1)本文在傳統的基于消費者心理學的電價理論基礎上,將接入配電網的分布式光伏考慮進去,并分別假設了電網對分布式光伏的消納率不同的情況,計算出了相應的定價方案。可以看出消納率的不同主要改變了等效負荷曲線的形狀,也就導致時段劃分的結果會發生重大變化,但所提出的模型針對不同的消納率都能達到明顯的削峰填谷的效果。
(2) 本文以最小化峰谷差和最大化用戶舒適度為目標,以用電總量不變與用戶方購電費用減小還有峰谷電價之比為約束條件建立分時電價模型。該模型既考慮了資源配置方面,也考慮了經濟以及用戶體驗的方面。在資源配置方面有效的減小了高峰負荷和峰谷差,提高了負荷利用率和系統穩定性;在經濟方面既減少了發電企業的投資成本,提高了現有機組的利用效率,也減少了電網的運營成本,減少了用戶的投訴索賠,對于用戶側減少了用戶的購電費用;在用戶體驗方面考慮到了用戶舒適度,站在用戶的角度為用戶考慮,提高了用戶響應積極性。
(3)在合理的時段劃分基礎上,采用遺傳算法對不同的目標函數進行求解,得出了不同的定價方案。由仿真結果可以看出該方案的實施可以使減小峰荷,增大谷荷,減小峰谷差。同時總用電量不減的約束條件避免了供電方的損失,購電費用減小保證了用戶側的獲利,達到了削峰填谷效應。本文所建立的模型既達到了常規的分時電價削峰填谷的目的,又增強了電網對分布式光伏的消納能力,還保證了用戶舒適度在一個較高的水準,說明該模型具有普遍適用性和可實施性。
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參考文獻(略)
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