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含电动汽车的微网系统经济调度和优化配置研究

日期:2017/8/29作者:www.51lunwen.com编辑:lgg点击次数:37
销售价格:150元论文编号:lw201708151921399311论文字数:38596 
论文属性:硕士毕业论文论文地区:中国论文语种:中文 

第一章  绪论 

1.1  课题研究背景及意义 
能源是国民经济和社会发展的基础。随着世界各国对石油、煤炭、天然气等燃料需求的不断增加,化石能源日益枯竭。同时化石燃料的燃烧会产生2CO 、2SO及 NOx等温室气体及污染物,加剧温室效应和环境污染。人们逐渐认识到问题的严重,于是寻找新能源以代替化石能源。 针对电力生产、负荷分布不均衡的问题,目前各国多采用集中式大规模发电,超高压远距离输电。这种互联电网模式有利于电网的调度和管理。但是随着电网规模的扩大,其风险也在逐渐增大。区域故障容易扩散,导致大面积停电。比如1965 年北美大停电,2008 年我国南方雪灾,2012 年印度大停电等。由此可见,大规模互联电网也有很大的局限性。此外,世界上仍有很多地区,因为地理环境的原因,不具备集中式发电的条件,也难于建设输电线路,比如我国新疆和内蒙古部分地区、浙江部分海岛等。如何对其供电,亟待解决。 因为上述种种问题,分布式发电(distributed generation,DG)技术引起了人们极大关注,且已成为各国电力研究的热点[1-2]。分布式电源类型多种多样,包含风力发电机、光伏阵列、柴油机、燃料电池、微型燃气轮机等。但大量分布式电源并网,因其可控性差,易造成电网不稳定。且系统故障时,分布式电源即脱离大电网,则其运行效率降低。微网(microgrid)概念产生,就是要处理分布式电源并网问题,并受到了世界各国的重视[3-5]。微网系统是包含分布式电源、储能装置、负荷、电力电子装置及通信设备等的单一可控单元。它能并网运行,也能孤岛运行。它能有效解决分布式电源并网问题,充分发挥其优点,将在未来电网中扮演重要角色。 随着环境污染的加剧,电动汽车(electric  vehicle,EV)作为绿色出行工具,其保有量不断增长[6]。大量的电动汽车就像一个可移动的分布式电源。相关数据表明大多数电动汽车大部分时间都处于停驶状态[7],则考虑将其通过放电装置向大电网馈电,以满足负荷高峰时段的需求,达到“削峰”作用,即电动汽车入网(Vehicle to Grid,V2G)。V2G 指电动汽车与大电网间的电能双向传输[8]。V2G 优点良多,如可以实现削峰填谷,降低大电网运行成本与排放污染等,是未来电动汽车发展的必然趋势。
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1.2  微网的发展和研究现状 
自从微网概念 2001 年被提出来以后,很快就引起了各国研究学者的重视。美国 CERTS(电力可靠性技术解决方案协会)最早搭建了一个微网系统,奠定了微网的基本结构[18]。为了缓解化石燃料稀缺的压力以及对海外进口资源的过度依赖,更多地利用可再生能源,日本也在大力发展微网。NEDO(新能源产业技术综合开发机构)在日本各地推进建设了多项微网工程,如 Aichi Project、Kyotango Project等[19]。欧洲国家也越来越重视微网的研究工作,并建立了多项示范工程[20]。 我国在微网研究方面起步较晚,但是十分重视[21]。国家 863 计划和 973 计划均大力支持微网研究项目,许多科研单位、高校和企业也开展了微网实验平台和工程的建立工作。2007 年,南方电网公司与天津大学共同承担了国家 863 计划的两个课题,建成了一个微网系统示范工程;2010 年 2 月,正式投入运行。2009 年,国家 973 计划项目“分布式发电供能系统相关基础研究”正式启动,涵盖了 8 个相关子课题,2013 年项目验收通过。2011 年,国家 863 计划项目“含分布式电源的微电网关键技术研发”启动,2014 年 9 月,子课题“南麂岛离网型微网示范工程”成功投入正式运行,该工程于 2012 年 5 月份开始建设,其中含有风、光发电系统,储能系统(包括磷酸铁锂电池和超级电容),保留柴油发电系统,是含多种分布式能源的独立型海岛微网系统。
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第二章  电动汽车及分布式电源的数学建模

2.1  概述 
微网系统通常包括分布式电源、负荷、储能和控制设备等。分布式电源多种多样,目前主要使用的分布式电源包括风光等可再生电源、柴油发电机、燃料电池等发电单元以及蓄电池等储能单元。它们的运行特性和数学模型也不相同,研究其工作原理和数学模型[75]是微网规划设计和运行优化的基础。本章将分析微网中常见的分布式能源,并进行数学建模。 在上述分布式能源之外,电动汽车的大规模入网,也显示了其“可移动的分布式电源”特性。作为负荷,它们具有很大的随机性,且大规模电动汽车的时空特性在统计上具有一定的一致性。作为电源,它具有一定的储能特性,国内外有关于 V2G 技术的一系列研究和实践。本文即将电动汽车看作一种可移动的分布式电源,可以通过一定的充放电控制,以参与微网的规划设计和运行优化。因此,本章分析了电动汽车的时空特性,在此基础上建立了电动汽车的充放电模型。其中一种是不受控制的车主自主充电,一种是经过微网运营者协调控制的有序充放电,并通过仿真验证所建电动汽车模型的有效性。
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2.2  光伏发电的数学模型 
太阳能是可再生清洁能源。光伏发电是应用光生伏特效应将太阳能转换为电能的技术。其核心元件是太阳能电池。单个太阳能电池结晶片的输出功率比较小,将多个结晶片串联起来,便构成光伏阵列,即光伏电池板。光伏电池的物理模型如图2.1所示。风力发电机组大体包括风轮、发电机和铁塔三部分。其发电原理,是利用风能带动风车叶片旋转,经由增速机提升转速,以牵引发电机发电。由此实现动能到机械能,再到电能的转换。 风速较低时,风轮不转动。达到切入风速时,风轮开始旋转并牵引发电机发电。随着风速增大,输出功率也会增大。当风速达到额定风速时,风电机按额定功率出力。风速继续增大,输出功率会是恒值。当风速大至切出风速时,风电机为了避免损坏会刹车,输出功率为零。风机实时输出功率与自然风速间的近似函数关系: 
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第三章  含电动汽车的微网系统静态经济调度 .......... 18 
3.1  概述 ......... 18
3.2  微网系统结构 ......... 18 
3.3  微网系统静态经济调度模型 ......... 18 
3.4  求解算法 ......... 21 
3.5  算例仿真 ......... 22 
3.6  本章小结 ......... 27 
第四章  含电动汽车的微网系统


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