含高渗透率分布式电源的配电网可靠性评估

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随着化石能源的日益枯竭以及环境治理问题逐渐加剧,清洁能源和电动汽车等柔性负荷得以广泛推广应用。利用清洁能源替代传统能源为电网供电,同时将燃油燃气机动车逐渐替换成电动汽车已经成为当前解决能源危机以及环境污染最为有效的措施。但是越来越多的分布式清洁电源和电动汽车接入配电网后,会改变配电网原有的运行方式和结构,同时也将改变传统配电网的可靠性评估方法。分布式电源的出力具有波动性、间歇性与不确定性,这种出力特点将会与电动汽车的充电负荷和配电网的原始负荷相叠加,会进一步增加配电网的峰谷差。电动汽车因为储能电池的存在而同时具备储能和负荷的双重性质,且其用电特性取决于出行行为,因此可以调控电动汽车的充放电行为来优化电动汽车整体负荷曲线。需求侧响应从负荷端改变用户用电行为,可对配电网整体削峰填谷,提高配电网的运行可靠性。此时,当高渗透率分布式电源、电动汽车和需求侧响应负荷等多元负荷接入配电网后,配电网可靠性评估方法也需要进一步改变来适应。本文以高渗透率分布式电源和多元负荷接入配电网的可靠性评估为研究对象,主要研究内容分为三个方面。首先,介绍了配电网可靠性评估的指标体系和评估方法,论述了光伏、风机、储能等分布式电源时序出力建模方法以及负荷的实时波动性模型,提出了三种风光储联合发电系统的协调运行策略,同时提出了配电网孤岛运行的区域划分策略;最后概述了基于序贯蒙特卡洛方法的可靠性评估流程,并对比分析了不同协调运行策略对各个负荷点的供电影响和对配电网整体可靠性的影响,得出在配电网的不同规划阶段,应考虑采用不同的协调运行策略,提高配电网的供电可靠性,降低系统的运行成本。高渗透率分布式电源接入背景下,负荷类型也呈现多元化特点。选取电动汽车和需求侧响应负荷作为高渗透率分布式电源接入背景下的两种典型负荷分别进行可靠性建模分析。在电动汽车充放电负荷模型方面,首先根据私家燃油车的出行特点拟合得到了其出行行为数学模型,基于出行链结构通过蒙特卡洛抽样方法建立了电动汽车充放电模型,同时研究了电动汽车充放电约束条件,基于粒子群方法建立了大规模电动汽车接入下的有序充放电模型。在需求侧响应方面,概述了可转移负荷和可削减负荷进行了建模分析,并结合可靠性评估方法的特点建立了故障时期基于需求侧响应的二阶段负荷优化模型;最后运用序贯蒙特卡洛方法,采用发电-需求的简化可靠性评估模型对分布式电源、电动汽车和需求侧响应负荷接入的分布式发电系统进行可靠性分析,得出了故障时期电动汽车的有序充放电和需求侧响应均能不同程度的提高配电网的运行可靠性,降低配电网峰谷差,且不同需求侧响应比例同样能不同程度的影响配电网可靠性指标。当高渗透率分布式电源与多元负荷接入到具体配电网结构时,配电网可靠性评估将面临新的问题,不仅需要考虑系统中元件的时序状态,还需要考虑分布式电源与储能系统和系统中负荷的匹配情况。采用系统状态转移抽样的蒙特卡罗模拟法,结合随机模拟得到的元件时序状态转移过程,对配电网划分不同的场景进行可靠性定量评估,算例分析表明基于系统抽样转移的蒙特卡罗法在收敛速度和计算速度上均优于传统蒙特卡洛法;最后针对引入电动汽车和需求侧响应的系统与储能系统的经济性进行了对比分析,引入需求侧响应不仅可以带来供电可靠性的提升,同时能够降低储能设备的容量上限和储能电池数量配置,降低储能系统的维护成本,提高系统的经济性。
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