体系架构下多微电网系统韧性增强策略与能量管理方法研究

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在“碳达峰”、“碳中和”的战略目标指引下,电力系统低碳转型将成为必然趋势,由清洁能源主导的微电网系统将成为未来配电网的重要组成部分。近年来,全球范围内因台风、洪水、山火、冰灾等自然灾害导致的大停电事故不断发生,引起了能源领域对电力系统灾害应对能力的广泛关注。一旦主网遭到严重破坏,微电网系统能够凭借分布式发电装置维持自身区域内的供电能力。而单微电网系统失去主网供电后的供电量和供电管理区域有限,大范围内的多微电网系统能够通过子微电网之间的协同优化运行共同抵御主网停电情况,提高系统整体的应对能力。但多个微电网集群运行产生的优化和管理问题与单微电网相比维度更高、难度更大,如何有效进行多微电网系统在失去主网供电情况时的能量调度和优化运行管理是目前智能配电网亟待解决的问题之一。为此,本文首先引入体系方法论,基于此方法论提出多微电网能量管理协同优化策略,并阐述多微电网系统“韧性”的概念,即失去主网供电情况下的微电网群运行和供电能力,验证体系方法对孤岛运行情况下微电网群韧性提升的有效性。在此基础上,提出增强系统供电能力的多微电网能量管理模型,通过牺牲少部分经济性换取更高系统韧性的能量管理策略实现多微电网系统的安全运行。最后,考虑到集中式能量管理方法的局限性,构建多微电网系统分布式韧性增强能量管理模型,对系统内的负荷切除和能量交互分别进行优化处理,发挥了多微电网分布式能量管理策略的优势。具体工作如下:首先,对比体系结构与多微电网系统的特征,阐明多微电网与体系构成的相似性,基于体系架构构建针对多微电网系统孤网运行的双层能量管理模型。量化失去主网供电情况下的多微电网韧性指标,结合CPLEX工具求解出各子微电网形成体系后相比单微电网的韧性涌现提升。通过算例分析表明,相较于微电网群独立运行的情况,本模型能够有效提升多微电网区域的韧性指标;并结合经济性的对比,验证了在研究多微电网孤岛运行场景建模与能量管理协同优化问题上与体系方法论结合的可行性。其次,为进一步提升多微电网系统在孤岛运行情况下的韧性,在引入体系方法解决微电网群能量管理的基础上,提出韧性增强能量管理策略并完善韧性评价指标体系。基于此,构建多微电网系统两阶段韧性增强模型,模型能够以降低1%左右的经济性为代价换取20%左右的韧性提升,同时提高多微电网系统对分布式电源的资源利用率。通过滚动优化的方法,定量分析模型的韧性指标提升,综合考虑经济性和韧性,突出模型在孤岛运行情况下的供电优势。并在负荷分级、出现内部故障以及受到极端情况冲击的场景下,证明模型在不同应用场景和时段的有效性。最后,为应对集中式管理方法在孤岛运行时可能产生的局限性,进一步提出多微电网系统韧性提升分布式能量管理方法。由降低负荷切除量为关键切入点,优先构建负荷侧优化管理模型,得到最优负荷切除计划。结合多微电网系统能量交互策略,构建孤网运行的多微电网分布式韧性增强能量管理框架。基于一致性原则使用同步型ADMM(Alternating Direction of Method of Multipliers)算法求解模型,采用韧性供电率的评价标准。结合算例证明模型能够提升多微电网系统在分布式能量管理情况下的区域韧性,并分析功率交互情况,突出模型的算法及体系方法论的运行优势。同时分析收敛情况,验证模型的运算优势,表明所提分布式能量调度模型能够有效应对多微电网系统的孤岛运行。
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