不确定环境下独立微网系统的优化规划设计方法研究

How to scientifically carry out the optimal planning for stand-alone microgrid system is the key issue for ensuring reliable and economic operation of the microgrid. Focusing on the problem, this project from the point of view of the stand-alone microgrid system optimal goals, fully takes into account the uncertain of load, renewable energy resources and market environment, the diversity of distributed generation energy supply system operational characteristics, and the complexity of the stand-alone microgrid system advanced energy management strategies. Based on the above considerations, using uncertain mathematical programming theory and reliability analysis theory, the project researches on the integrated energy optimal planning methods of the stand-alone microgrid system in an uncertain environment, the reliability assessment methods of the stand-alone microgrid system and the solutions to improve the system reliability, the uncertain double-layer optimal planning methods of the whole stand-alone microgrid system, and establishes the mathematical models of the optimal planning. The project will ultimately get a design of the stand-alone microgrid system planning including distributed generation energy supply system, which can meet the user needs of multiple energy sources such as cold, heat, electricity and gas, and satisfy the system operational constraints and load reliability index constraints.

如何科学的开展独立微网系统的优化规划设计是确保独立微网系统可靠、经济运行的关键问题。本项目拟针对这一问题，从独立微网系统的优化规划设计目标出发，在充分计及负荷、可再生能源资源和市场环境不确定性，分布式发电供能系统运行特性的多样性，独立微网高级能量管理策略的复杂性基础上，运用不确定性数学规划理论和可靠性分析理论，研究不确定环境下独立微网系统综合能源优化规划设计方法，独立微网全系统可靠性评估方法和提高措施，独立微网全系统不确定两层优化规划设计方法，建立优化规划数学模型，最终获得能够满足用户冷、热、电、气等多种能源需求、满足系统运行约束和负荷可靠性指标约束、包含分布式发电供能系统的独立微网系统规划设计方案。

在我国许多偏远地区和独立海岛上，受地理条件的限制，建设与大电网互联的常规配电系统显得很不合理，多采用以柴油发电机为主电源的供电模式，具有可靠性低、费用昂贵、污染环境等缺点。居民的生产、生活用电量的日益增加与薄弱的发配电系统之间的不平衡成为制约当地社会整体和谐发展的重要因素之一，综合用能问题亟待解决。本项目在此背景下展开，主要研究内容包括不确定性环境下独立微网系统的综合能源多目标优化规划设计方法，独立微网全系统可靠性评估方法和改进措施，独立微网全系统两层不确定优化规划设计方法。已经取得的研究成果集中于微网的运行调度问题和规划设计问题。在多能源调度策略上，针对一个典型的冷热电型微网系统，建立了以日运行费用最小为优化目标的优化调度模型，从而实现了整个系统的最优运行；围绕风光柴储独立微网系统提出了一种基于超短期预测的实时调度方法，可以有效增大风能利用率，减少系统柴油消耗量，从而降低了系统的运行费用。在规划设计方面，提出了微网系统的多目标优化设计双层模型，以微网经济性、供电可靠性、环保性等经济技术指标作为优化目标，优化过程中包括外层容量优化模块和内层优化调度与协调控制模块，在规划设计中兼顾了运行策略对于规划结果的影响，同时在研究过程中发现，微网的不同目标之间，如经济性与环保性、经济性与供电可靠性之间，存在矛盾性，微网的投资建设应从不同目标之间综合考虑；建立了可再生资源与负荷的随机性模型，提出了以独立微网系统供电可靠性为约束指标的随机机会约束规划模型，通过计算概率性指标，降低了不确定性因素对于规划结果准确性的影响程度；提出了适用于中压独立微电网的可靠性评估方法，采用分区建模的方法降低了系统可靠性建模的复杂性，并在此基础上提出了计及可再生资源随机性、负荷波动性与元件失效不确定性因素的中压独立微电网电池储能优化规划设计方法，相比传统规划设计方法，规划结果考虑了中压网络内的电压约束、无功潮流约束等条件，更加具有实际操作性。通过本项目的开展，提出了不确定环境下能够有效计及独立微网系统控制策略，反映冷、热、电、气各子系统能量平衡的独立微网系统综合能源优化规划数学模型，可对独立微网内的多种分布式发电供能系统进行优化组合。项目研究成果已经在国内外多个独立微网示范系统中得到了一定应用，取得了一定经济效益。