促进新能源消纳的调峰资源优化配置

论文总字数：52993字

摘 要

21世纪以来，随着化石燃料的逐渐枯竭和环境污染的日益加剧，以风电、光伏为代表的新能源发电产业开始蓬勃发展。然而，新能源大规模并网后，其出力随机性、波动性强的特征也使电力系统调峰面临严峻挑战。在我国，传统电力系统的调峰能力不足，调峰容量小和调节速度低直接导致了大规模的弃风、弃光，阻碍了风电、光伏的发展。如何提高电力系统调峰能力以促进风电、光伏的消纳，是当前电力系统所面临的重要问题。针对该问题，本文首先建立了根据历史数据模拟风电、光伏出力的风-光-负荷联合随机时序生产模型并验证了其合理性，而后在此基础上分析了新能源接入后系统的调峰需求特点，接着研究了需求侧响应参与调峰的多资源联合调峰策略，建立了多资源调峰模型并给出了求解算法，最后在模拟的葡萄牙30节点系统中利用该调峰模型进行随机时序生产模拟，验证了该调峰模型的合理性。本文的研究对于提高电力系统调峰能力、促进新能源的消纳和系统的经济运行具有指导意义。

关键词：新能源消纳，随机时序生产，需求侧响应，多资源调峰模型

Abstract

Since the 21st century, with the gradual depletion of fossil fuels and increasing environmental pollution, the new energy power generation industry represented by wind power and photovoltaics has begun to flourish. However, after the large-scale integration of new energy sources, the characteristics of randomness and volatility of output are also facing severe challenges in power system peaking. In China, the traditional peaking capacity of power systems is insufficient. The small peak capacity and low regulation speed directly lead to large-scale abandonment of wind and light, which restricts the development of new energy power generation. How to improve the peaking capacity of power systems to promote the consumption of wind power and photovoltaics is an important issue facing the current power system. Aiming at this problem, this paper firstly establishes a wind-light-load combined stochastic time series production model based on historical data to simulate wind power and photovoltaic output and verifies its rationality. Then, based on this, it analyzes the peaking of the system after new energy access. The characteristics of demand, then the multi-resource joint peaking strategy of demand side response to peak shaving is studied. A multi-resource peaking model is established and the algorithm is given. Finally, the peaking model is used to simulate random time series production in the simulated Portuguese 30-node system. The rationality of the peaking model is verified. The research in this paper has guiding significance for improving the peaking ability of power system, promoting the absorption of new energy and the economic operation of the system.

KEY WORDS: new energy consumption, stochastic time series production, demand side response, multi-resource peaking model

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1课题背景 1

1.2国内外研究现状 1

1.3本文的主要工作 3

第二章 风-光-负荷联合随机时序生产模型 4

2.1风电随机时序生产模型 4

2.1.1模型建立 4

2.1.2模型可靠性验证 6

2.2光伏随机时序生产模型 7

2.2.1模型建立 7

2.2.2模型可靠性验证 9

2.3风-光-负荷联合随机时序生产模型 10

2.4本章小结 11

第三章 新能源大比例接入的调峰需求分析 12

3.1净负荷曲线分析 12

3.1.1新能源对电网负荷波动贡献率指标 13

3.1.2负荷峰谷差 14

3.1.3负荷峰谷点出现时间 16

3.1.4负荷变化速率 16

3.2预测误差的影响 17

3.3调峰需求与对策 18

3.4本章小结 19

第四章 考虑需求侧响应的调峰资源优化配置 20

4.1系统常规调峰资源综述 20

4.1.1煤电机组 20

4.1.2燃气轮发电机组 20

4.1.3可调节水电机组 20

4.1.4调峰原则 21

4.2需求侧响应参与调峰的数学模型 21

4.2.1分时电价简介 21

4.2.2峰平谷时段划分 21

4.2.3用户响应模型 22

4.2.4负荷类型 24

4.3机会约束规划理论 25

4.4模型构建与求解 25

4.4.1目标函数 25

4.4.2约束条件 27

4.4.3模型求解 29

4.4本章小结 29

第五章 算例分析 30

5.1基础数据 30

5.1.1煤电机组参数 30

5.1.2燃汽轮机组 31

5.1.3可调节水电机组 31

5.1.4不可调节热电、水电机组 31

5.1.5典型日负荷与需求侧响应参数 32

5.1.6风电、光伏预测出力与净负荷曲线 32

5.2算例结果及分析 33

5.2.1峰平谷时段划分 33

5.2.2调峰资源配置 34

5.2.3结果分析 37

5.3本章小结 37

第六章 结论与展望 38

6.1结论 38

6.2展望 38

参考文献 40

致谢 42

附录 43

第一章 绪论

1.1课题背景

随着煤、石油等传统发电能源的日渐短缺以及环境污染的日益加剧，清洁可再生的新能源的利用逐渐成为了21世纪的热门研究。电力是当今应用最为广泛的二次能源，具有使用高效、无污染、使用方便、易于控制的特点^[1]，新能源发电是新能源利用的首选方式。

新能源的大规模并网，对于缓解能源不足压力、节约资源、减少污染、保护环境等具有重大意义，风电、光伏等新能源发电技术正受到各国的关注。但由于新能源发电出力具有显著的随机性与波动性，且属于出力不可调节的电源，其接入导致整个系统中净负荷随机性增加，这将给系统的调峰带来巨大压力。一方面，新能源发电出力的反调峰特性将增大净负荷峰谷差，较大的净负荷峰值将迫使输电线路及其他电力设备进行扩容，且将增加系统的调峰成本，导致系统的总运营成本增加；另一方面，系统的调峰能力不足，尤其是向下调峰能力不足时，将迫使系统弃风弃光，造成极大的浪费^[2]。

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