考虑环境效应的微电网运行控制系统建模
摘 要随着用电负荷的快速增加和大规模开发可再生能源发电系统技术的逐渐成熟，含可再生能源清洁环保的微电网系统将广泛地应用，为用户带来稳定可靠的电力供应，从而减缓用电负荷快速增加带来的压力，维持电网供应的稳定。微电网中含有可再生能源光伏和风力发电，这两种能源在我国十分丰富，同时也极具开发前景。光伏和风力在特定时刻的互相补充和协调运行会极大地减轻电网的压力。在电力市场中，必然会产生一定的经济效应，将有限的资源合理地分配从而产生最优的经济效益成为必须关注的问题。在已有的研究技术基础上，我们通过构建含有蓄电池的储能系统、太阳能发电系统、风力发电系统和负荷的微电网系统模型来分析和解决问题，实现模型的经济价值。首先，我对风力发电和光伏发电的基本原理和特性进行了探究，简述了风电机和光伏发电的出力规律和特点，同时，通过对储能系统的研究选择适合本次建模的储能装置；其次，以最优的经济效益为最终目标，并建立相关的目标函数，根据已有的条件和约束要求做细致的变量制约，得到微电网最大的经济收益的数学模型；最后，为了求得模型的结果，进行算法的程序流程图设计，写出算法并在MATLAB中运行和调试，得到了一系列结果，对结果得到的数据进行整理、得到图形进行分析对比，最终得到相关的结论。
目 录
摘 要 I
ABSTRACT II
第1章 绪论 1
1.1 问题提出及研究背景 1
1.1.1 电力发展状况 1
1.1.2 微电网的优势 1
1.2 课题研究现状 2
1.2.1 风能开发利用现状 2
1.2.2 光伏及微电网开发利用现状 3
1.3 本文主要内容 4
第2章 分布式发电系统和储能系统 5
2.1 风力发电系统 5
2.1.1 风资源特性 5
2.1.2 风力发电原理及构成 8
2.1.3 风力出力特性 9
2.2 光伏发电系统 10
2.2.1 光伏发电原理及种类 10
2.2.2 光伏出力计算 12
2.3 电力储能技术概述 14
2.3.1 大规模储能的优点 14
2.3.2
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
储能系统类型及特点 15
第3章 风光协调发电的微电网系统建模 16
3.1 传统发电模型的描述 16
3.2 风光发电系统 16
3.2.1 风光协调发电的微电网模型描述 17
3.2.2 风电场风电出力 18
3.2.3 光伏阵列出力计算 19
3.2.4 蓄电池的配置和出力 19
3.3 最优效益模型建立 20
3.3.1 目标函数的确定 20
3.3.2 约束条件的确定 21
第4章 解决模型的优化算法 23
4.1 蒙特卡罗优化方法 23
4.2 仿真分析及实现 24
4.2.1 基于蒙特卡罗算法的流程设计 24
4.2.2仿真结果分析 26
4.3 对蓄电池放电进行分时计价 31
4.4 两种运行方式下的结果比较 35
第5章 全文总结 37
5.1 总结 37
5.2 展望 38
参考文献 39
致谢 41
附录 42
第1章 绪论
1.1 问题提出及研究背景
1.1.1 电力发展状况
伴随着社会的快速进步和经济水平的飞速提升，用电负荷迅速地增加，用电负荷需求越来越大，由于电网规模不断地扩大，大规模电网的高成本性，安全性和可靠性同时成为棘手的问题，这给整个电网系统的进步增加了一系列特别的难题。
首先是以大型机组和电网以及高电压为主的电力系统的“大系统负效应”很难满足用户对供电多样化的需求和对用电安全可靠性的要求，特别是较大的项目和工程中负荷的供电保障，可能非常需要经过用户一侧的就地电源来弥补其不足。
其次是在配电网建设落后的历史积累和日渐突出的用户对于电能质量和安全可靠性能的要求矛盾。
最后是不可再生能源的逐渐减少，由于环境保护问题而需要快速发展的清洁能源发电技术。
1.1.2 微电网的优势
微网的建立以及发展对我国电力网络以及经济的提升具有重大的影响。微网的投入能够增加电网系统的安全性和可靠性。如今，我国的电力产业发展已经步入大电网、高电压、远距离、大容量的阶段，六大地域的电网已完成互联，网架结构越来越复杂[1]。完成各地区之间的交流和联系，理论上能够起到不同地区间事件相互帮助与备用的作用，达到用电资源的合理分配。可是，如果在大范围内交流，则同步电网会有地区间的低频振荡和不稳定性，它的动态稳定事故是很难得到掌控的，所以引起区域大面积停电的可能性大。
微电网能促使不同新能源分布式发电的并网，帮助我国在清洁能源发电技术上的进步。处在电力系统管理的边际上的分布式电源的大量并网可能会使得电力系统出现难以控制、安全性、稳定性差的状况，因此会影响电网的正常运转和电力市场正常交易，所以新能源发电面对着很多的技术阻碍。微网则能够完全发挥分布式电源的优势、减轻对电网的不良效应。利用系统的方式处理分布式电源并网引发的疑问，通过将地理位置较近的几种微电源、储能设备和负载联结起来进行协调控制。微电网对配电网的表现为“电网友好型”的单个可控集合，既能够和电网进行电能互换，又可以在大电网出现问题时独立地运行[1]。
微网能够增加供电的可靠性和电能的质量，促使电力事业服务水平的提升。微电网能够依据终端用户的需要供给多样化的电能，微网系统通过用户的用电差异将用户分为多种类型。用户分层的思想呈现出微电网个性化提供电能的特点，微网的大量使用可以帮助电网根据不同负荷的需求发出可靠的、多样化的电能 [1]。
微电网能够缓解在电网上的投入，能够减少电网消耗，促使生态的可持续发展。一般的供电方法[1]是由集中式的大型发电厂发电，通过电力网络的远距离、多级变送，最后到达用户。微网可以降低对集中式大型发电厂的依赖、长距离运输电能和多级变送而引起的损失。
在经济上，微网能够帮助社会主义新农村的建设和发展。微电网可以较有效地处理在我国西部地区如今供电存在的输电距离长、功率小、线路损耗大、建设变电站费用高昂等难题，给予我国偏远地区的电力供应大力支持。
1.2 课题研究现状
1.2.1 风能开发利用现状
风能是干净的可再生能源之一，并且风能开发技术相对比较可靠，具有大范围开发的条件。近年来，全球的风电快速得增长，单机容量逐渐变大与风能利用效率的提升，使得世界上的主流机型已然从2000年的500千瓦至1000千瓦增长到2007年的1.5兆瓦至2.5兆瓦，5兆瓦和6兆瓦风电机组也开始投产运行，并逐步进行10兆瓦风电机组的设计与研制[3],[4]。
随着众多企业对风电设备引入的投入，中国风电具有显著快速的发展，国产风电机组占有率不断上升，截止2007年底，我国内资企业制造的风电机设备累计装机容量2647.6兆瓦，占全国累计容量的44.8%。2007年安装的风电机设备平均单机容量1492千瓦，其中750千瓦至1500千瓦风电设备占装机容量45.8%，1500千瓦至2500千瓦风电机组占装机容量的47.6%[9]。
目 录
摘 要 I
ABSTRACT II
第1章 绪论 1
1.1 问题提出及研究背景 1
1.1.1 电力发展状况 1
1.1.2 微电网的优势 1
1.2 课题研究现状 2
1.2.1 风能开发利用现状 2
1.2.2 光伏及微电网开发利用现状 3
1.3 本文主要内容 4
第2章 分布式发电系统和储能系统 5
2.1 风力发电系统 5
2.1.1 风资源特性 5
2.1.2 风力发电原理及构成 8
2.1.3 风力出力特性 9
2.2 光伏发电系统 10
2.2.1 光伏发电原理及种类 10
2.2.2 光伏出力计算 12
2.3 电力储能技术概述 14
2.3.1 大规模储能的优点 14
2.3.2
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
储能系统类型及特点 15
第3章 风光协调发电的微电网系统建模 16
3.1 传统发电模型的描述 16
3.2 风光发电系统 16
3.2.1 风光协调发电的微电网模型描述 17
3.2.2 风电场风电出力 18
3.2.3 光伏阵列出力计算 19
3.2.4 蓄电池的配置和出力 19
3.3 最优效益模型建立 20
3.3.1 目标函数的确定 20
3.3.2 约束条件的确定 21
第4章 解决模型的优化算法 23
4.1 蒙特卡罗优化方法 23
4.2 仿真分析及实现 24
4.2.1 基于蒙特卡罗算法的流程设计 24
4.2.2仿真结果分析 26
4.3 对蓄电池放电进行分时计价 31
4.4 两种运行方式下的结果比较 35
第5章 全文总结 37
5.1 总结 37
5.2 展望 38
参考文献 39
致谢 41
附录 42
第1章 绪论
1.1 问题提出及研究背景
1.1.1 电力发展状况
伴随着社会的快速进步和经济水平的飞速提升，用电负荷迅速地增加，用电负荷需求越来越大，由于电网规模不断地扩大，大规模电网的高成本性，安全性和可靠性同时成为棘手的问题，这给整个电网系统的进步增加了一系列特别的难题。
首先是以大型机组和电网以及高电压为主的电力系统的“大系统负效应”很难满足用户对供电多样化的需求和对用电安全可靠性的要求，特别是较大的项目和工程中负荷的供电保障，可能非常需要经过用户一侧的就地电源来弥补其不足。
其次是在配电网建设落后的历史积累和日渐突出的用户对于电能质量和安全可靠性能的要求矛盾。
最后是不可再生能源的逐渐减少，由于环境保护问题而需要快速发展的清洁能源发电技术。
1.1.2 微电网的优势
微网的建立以及发展对我国电力网络以及经济的提升具有重大的影响。微网的投入能够增加电网系统的安全性和可靠性。如今，我国的电力产业发展已经步入大电网、高电压、远距离、大容量的阶段，六大地域的电网已完成互联，网架结构越来越复杂[1]。完成各地区之间的交流和联系，理论上能够起到不同地区间事件相互帮助与备用的作用，达到用电资源的合理分配。可是，如果在大范围内交流，则同步电网会有地区间的低频振荡和不稳定性，它的动态稳定事故是很难得到掌控的，所以引起区域大面积停电的可能性大。
微电网能促使不同新能源分布式发电的并网，帮助我国在清洁能源发电技术上的进步。处在电力系统管理的边际上的分布式电源的大量并网可能会使得电力系统出现难以控制、安全性、稳定性差的状况，因此会影响电网的正常运转和电力市场正常交易，所以新能源发电面对着很多的技术阻碍。微网则能够完全发挥分布式电源的优势、减轻对电网的不良效应。利用系统的方式处理分布式电源并网引发的疑问，通过将地理位置较近的几种微电源、储能设备和负载联结起来进行协调控制。微电网对配电网的表现为“电网友好型”的单个可控集合，既能够和电网进行电能互换，又可以在大电网出现问题时独立地运行[1]。
微网能够增加供电的可靠性和电能的质量，促使电力事业服务水平的提升。微电网能够依据终端用户的需要供给多样化的电能，微网系统通过用户的用电差异将用户分为多种类型。用户分层的思想呈现出微电网个性化提供电能的特点，微网的大量使用可以帮助电网根据不同负荷的需求发出可靠的、多样化的电能 [1]。
微电网能够缓解在电网上的投入，能够减少电网消耗，促使生态的可持续发展。一般的供电方法[1]是由集中式的大型发电厂发电，通过电力网络的远距离、多级变送，最后到达用户。微网可以降低对集中式大型发电厂的依赖、长距离运输电能和多级变送而引起的损失。
在经济上，微网能够帮助社会主义新农村的建设和发展。微电网可以较有效地处理在我国西部地区如今供电存在的输电距离长、功率小、线路损耗大、建设变电站费用高昂等难题，给予我国偏远地区的电力供应大力支持。
1.2 课题研究现状
1.2.1 风能开发利用现状
风能是干净的可再生能源之一，并且风能开发技术相对比较可靠，具有大范围开发的条件。近年来，全球的风电快速得增长，单机容量逐渐变大与风能利用效率的提升，使得世界上的主流机型已然从2000年的500千瓦至1000千瓦增长到2007年的1.5兆瓦至2.5兆瓦，5兆瓦和6兆瓦风电机组也开始投产运行，并逐步进行10兆瓦风电机组的设计与研制[3],[4]。
随着众多企业对风电设备引入的投入，中国风电具有显著快速的发展，国产风电机组占有率不断上升，截止2007年底，我国内资企业制造的风电机设备累计装机容量2647.6兆瓦，占全国累计容量的44.8%。2007年安装的风电机设备平均单机容量1492千瓦，其中750千瓦至1500千瓦风电设备占装机容量45.8%，1500千瓦至2500千瓦风电机组占装机容量的47.6%[9]。
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