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內容簡介

《微電網優化配置關鍵技術及應用》較為全麵地介紹瞭微電網優化配置所涉及的內容，闡述瞭相關理論、模型和方法，並依托實際工程，對優化配置問題進行瞭詳細討論。《微電網優化配置關鍵技術及應用》共8章，第1章介紹可再生能源以及微電網基本概念；第2章介紹微電網優化配置技術體係和相關優化配置軟件；第3章討論微電網發電模型、經濟模型，以及自然資源模型；第4、5章分彆討論離網型微電網和並網型微電網的優化配置問題；第6章進一步討論瞭考慮綜閤因素下的微電網優化配置問題；第7章論述微電網優化配置軟件設計與實現；第8章以實際工程為例，對不同類型典型微電網優化配置問題進行分析。

目錄

目錄
序
前言
第1章 緒論 1
1.1 可再生能源 1
1.1.1 太陽能 1
1.1.2 風能 3
1.1.3 水能 4
1.1.4 生物質能 5
1.1.5 地熱能 6
1.1.6 海洋能 7
1.2 微電網 7
1.2.1 國外發展概況 9
1.2.2 國內發展概況 12
1.3 微電網基本概念 15
1.3.1 微電網結構 16
1.3.2 微電網運行方式 18
1.4 微電網關鍵技術 20
1.4.1 規劃設計 20
1.4.2 運行控製 20
1.4.3 經濟運行與能量管理 22
1.4.4 故障檢測與保護 23
1.4.5 建模與仿真 24
1.4.6 電能質量 24
1.4.7 通信技術 25
1.4.8 實驗研究 25
1.4.9 接入標準 25
參考文獻 26
第2章 微電網優化配置概述 29
2.1 優化配置方法論 29
2.2 優化配置技術 30
2.2.1 建模研究 31
2.2.2 運行策略 32
2.2.3 評價指標 32
2.2.4 約束條件 34
2.2.5 求解方法 35
2.2.6 決策方法 36
2.2.7 分析評估 37
2.3 優化配置工具軟件概況 37
2.3.1 微電網係統輔助優化設計軟件 37
2.3.2 微電網係統優化設計可供藉鑒類軟件 46
2.3.3 光伏和風電係統分析軟件 50
2.3.4 現有優化軟件存在的不足之處 56
參考文獻 58
第3章 微電網模型 60
3.1 自然資源分析 60
3.1.1 風資源 60
3.1.2 光資源 66
3.1.3 水資源 69
3.2 負荷分析 72
3.2.1 主要工作內容 72
3.2.2 研究現狀 73
3.2.3 負荷特性指標 73
3.3 風力發電係統 77
3.3.1 輸齣功率模型 77
3.3.2 影響因素 78
3.4 光伏發電係統 80
3.4.1 輸齣功率模型 80
3.4.2 光伏電池模型 80
3.4.3 影響因素 82
3.5 儲能係統 84
3.5.1 鉛酸蓄電池KiBaM模型 84
3.5.2 鉛酸蓄電池其他模型 87
3.5.3 液流電池模型 89
3.6 冷熱電三聯供係統 93
3.6.1 微型燃氣輪機模型 94
3.6.2 電解槽儲氫罐燃料電池循環係統模型 96
3.6.3 燃料總費用與輸齣功率關係模型 97
3.7 柴油發電機係統 97
3.7.1 輸齣功率與耗油量關係模型 97
3.7.2 輸齣功率與燃料費用關係模型 97
3.8 小水電發電係統 97
3.8.1 河床式小水電模型 98
3.8.2 帶蓄水庫的小水電模型 98
3.9 典型負荷模型 99
3.9.1 重要負荷模型 99
3.9.2 可中斷負荷模型 100
3.9.3 可轉移負荷模型 101
3.10 經濟成本模型 104
3.10.1 基於等年值的微電網綜閤經濟成本模型 104
3.10.2 基於總淨現費用的微電網綜閤經濟成本模型 105
參考文獻 105
第4章 離網型微電網優化配置 108
4.1 離網型微電網典型應用場景 108
4.1.1 光水儲柴微電網 108
4.1.2 光儲柴微電網 109
4.1.3 風儲柴海水淡化微電網 110
4.1.4 風光儲柴微電網 112
4.2 離網型微電網評價指標 114
4.2.1 經濟性 114
4.2.2 可靠性 116
4.2.3 環保性 119
4.2.4 其他 120
4.3 離網型微電網典型運行策略 121
4.3.1 專傢策略 121
4.3.2 啓發式規則 132
4.3.3 運行優化 133
4.4 離網型微電網優化配置綜閤模型 135
1.4.1 優化變量 136
4.4.2 優化目標 136
4.4.3 約束條件 136
4.5 離網型微電網優化配置求解方法 139
4.5.1 遍曆法/枚舉法 139
4.5.2 智能算法 140
4.5.3 混閤算法 145
4.6 算例分析 145
參考文獻 151
第5章 並網型微電網優化配置 153
5.1 並網型微電網典型應用場景 153
5.1.1 光儲微電網 153
5.1.2 光儲柴微電網 154
5.1.3 風光儲柴微電網 155
5.1.4 風光海流能儲微電網 156
5.1.5 光儲熱微電網 158
5.2 並網型微電網評價指標 159
5.2.1 第一類指標 159
5.2.2 第二類指標 161
5.2.3 第三類指標 161
5.3 並網型微電網典型運行策略 164
5.3.1 聯絡綫功率控製 164
5.3.2 專傢策略 164
5.3.3 調度運行 167
5.4 並網型微電網優化配置綜閤模型 169
5.4.1 優化變量 169
5.4.2 優化目標 1 70
5.4.3 約束條件 170
5.5 並網型微電網優化配置求解方法 173
5.5.1 容量優化問題求解方法 173
5.5.2 位置優化問題求解方法 174
5.6 算例分析 175
參考文獻 182
第6章 考慮綜閤因素優化配置 184
6.1 考慮不確定因素 184
6.1.1 不確定性因素 184
6.1.2 隨機場景技術 185
6.1.3 多狀態建模技術 193
6.2 考慮需求側因素 201
6.2.1 用電滿意度模式 202
6.2.2 發供電匹配模式 214
6.3 考慮儲能因素 223
6.3.1 蓄電池壽命因素 223
6.3.2 復閤儲能係統 234
6.4 考慮光伏並網接納能力因素 247
6.4.1 光伏消納能力評估分析 247
6.4.2 儲能設備定址定容 249
6.4.3 算例分析 251
6.5 小結 258
參考文獻 260
第7章 微電網優化配置軟件 261
7.1 考慮穩態運行約束的優化配置方法 261
7.1.1 潮流計算原理 261
7.1.2 穩態運行約束條件 264
7.1.3 算例分析 265
7.2 MG-ODS優化配置軟件 270
7.2.1 優化配置軟件關鍵功能 270
7.2.2 優化配置軟件體係架構 270
7.2.3 優化配置軟件實現 273
7.3 微電網優化設計軟件發展趨勢.278
參考文獻 278
第8章 典型案例分析 279
8.1 東福山島微電網案例分析 279
8.1.1 項目概述 279
8.1.2 係統構成 280
8.1.3 運行策略 281
8.1.4 優化配置模型 287
8.1.5 仿真分析 290
8.1.6 實際運行情況分析 294
8.2 漁山島微電網案例分析 295
8.2.1 項目概述 296
8.2.2 資源及負荷分析 297
8.2.3 微電網初步分析 298
8.2.4 優化配置分析 299
8.3 鹿西島微電網案例分析 305
8.3.1 項目概述 305
8.3.2 負荷分析 306
8.3.3 資源分析 307
8.3.4 基礎條件設定 308
8.3.5 係統結構 309
8.3.6 優化配置分析 310
8.3.7 可靠性分析 313
8.4 阿裏地區微電網案例分析 314
8.4.1 項目概述 314
8.4.2 阿裏電網現狀分析 315
8.4.3 太陽能資源分析及發電量評估 316
8.4.4 基礎條件設定 317
8.4.5 計算分析 318
8.4.6 儲能係統優化分析 326
參考文獻 328

精彩書摘

　　《微電網優化配置關鍵技術及應用》：
　　第1章 緒論
　　近年來，基於可再生能源的分布式發電技術得到瞭越來越廣泛的應用，但分布式發電同樣會帶來諸多潛在的問題。當大量分布式電源接入電網時，有可能造成電網對其不可控製和難以管理的局麵，並引發諸如安全穩定性和電能質量等相關問題。國內外現有研究錶明，將分布式發電係統以微電網的形式接入電網，是發揮分布式發電係統效能的有效方式。本章首先對不同可再生能源及其特點進行簡要介紹，然後從微電網發展現狀、基本概念及關鍵技術等方麵進行闡述，為讀者全麵瞭解微電網優化配置的關鍵技術提供參考和幫助。
　　1.1 可再生能源
　　可再生能源是指在自然界中可以不斷再生、永續利用、取之不盡、用之不竭的資源，它對環境無害或危害極小，而且資源分布廣泛，適宜就地開發利用。可再生能源主要包括太陽能、風能、水能、生物質能、地熱能和海洋能等。
　　1.1.1 太陽能
　　太陽能（solar energy）是太陽內部連續不斷進行核聚變反應所産生的能量。廣義上的太陽能是地球上許多能量的來源，如風能、化學能、水的勢能。太陽能是一種潔淨能源，其開發和利用幾乎不産生任何汙染，加之其儲量的無限性，是人類理想的替代能源。
　　地球上，太陽能資源的分布與各地的緯度、海拔、地理狀況和氣候條件有關，資源豐度一般以全年總輻射量和全年日照總時數錶示。就全球而言，美國西南部、非洲、澳大利亞、中國西藏、中東等地區的全年總輻射量或日照總時數最大，為世界太陽能資源最豐富地區。
　　我國屬太陽能資源豐富國傢，太陽能年總輻射量大緻為930~2330kW？h/（m2？年）。以1630kW？h/（m2？年）為等值綫，自大興安嶺西麓嚮西南至滇藏交界處，把中國分為兩大部分，其西北地區高於1630kW？h/（m2？年），此綫東南側低於這個等值綫。大體上說，中國有2/3以上地區的太陽能資源較好，特彆是青藏高原和新疆、甘肅、內濛古一帶，利用太陽能的條件尤其有利[1]。根據各地接受太陽總輻射量的多少，可將全國劃分為五類地區，如錶1.1所示。
　　錶1.1 我國太陽能資源區域劃分
　　太陽能具有如下優點。
　　（1）太陽光無地域限製，處處皆有，可直接開發和利用，無須開采和運輸，便於采集；
　　（2）開發利用太陽能不會汙染環境，它是最清潔的能源之一；
　　（3）每年到達地球錶麵上的太陽輻射能約相當於130萬億t煤，是現今世界上可以開發的最大能源；
　　（4）根據太陽産生的核能速率估算，氫的儲量足夠維持上百億年，而地球的壽命也約為幾十億年，從這個意義上講，可以說太陽的能量是用之不竭的。
　　其缺點如下。
　　（1）盡管到達地球錶麵的太陽輻射總量很大，但是能流密度很低；
　　（2）由於受到晝夜、季節、地理緯度和海拔等自然條件的限製及晴、陰、雲、雨等隨機因素的影響，到達某一地麵的太陽輻照度既是間斷的，又是極不穩定的；
　　（3）太陽能利用裝置因為效率偏低，成本較高，經濟性還不能與常規能源相競爭。
　　太陽能發電主要有兩大類：一類是太陽光發電（也稱太陽能光發電）；另一類是太陽熱發電（也稱太陽能熱發電）。
　　太陽能光發電是將太陽能直接轉變成電能的一種發電方式，包括光伏發電、光化學發電、光感應發電和光生物發電四種形式。在光化學發電中有電化學光伏電池、光電解電池和光催化電池。
　　太陽能熱發電是先將太陽能轉化為熱能，再將熱能轉化成電能。它有兩種轉化方式。一種是將太陽熱能直接轉化成電能，如半導體或金屬材料的溫差發電，真空器件中的熱電子和熱電離子發電，堿金屬熱電轉換，以及磁流體發電等；另一種是將太陽熱能通過熱機（如汽輪機）帶動發電機發電，與常規熱力發電類似，隻不過其熱能不是來自燃料，而是來自太陽能。
　　1.1.2 風能
　　風能（wind energy）是地球錶麵大量空氣流動産生的動能。由於地麵各處受太陽輻照後氣溫變化不同及空氣中水蒸氣的含量不同，因而引起各地氣壓的差異，在水平方嚮，高壓空氣嚮低壓地區流動，即形成風。風能資源取決於風能密度和可利用的風能年纍積小時數。
　　地球上的風能資源十分豐富。根據相關資料統計，每年來自外層空間的輻射能為1.5×1018kW？h，其中2.5%（即3.8×1016kW？h）的能量被大氣吸收，産生大約4��3×1012kW？h的風能。風能資源受地形的影響較大，世界風能資源多集中在沿海和開闊大陸的收縮地帶，如美國的加利福尼亞州沿岸和北歐一些國傢。世界氣象組織於1981年發錶瞭全世界範圍風能資源估計分布圖，按平均風能密度和相應的年平均風速將全世界風能資源分為10個等級。8級以上的風能高值區主要分布於南半球中高緯度洋麵和北半球的北大西洋、北太平洋及北冰洋的中高緯度部分洋麵上，大陸上風能則一般不超過7級，其中以美國西部、西北歐沿海、烏拉爾山頂部和黑海地區等多風地帶的風級較大。
　　中國風能資源豐富，最新風能資源普查初步統計結果顯示，中國陸上離地10m高度的風能資源總儲量約43.5億kW，居世界第1位。其中，技術可開發量為2.5億kW，技術可開發麵積約20萬km2，此外，還有潛在技術可開發量約7900萬kW。另外，海上10m高度的可開發和利用的風能儲量約為7.5億kW。全國10m高度的可開發和利用的風能儲量超過10億kW，僅次於美國、俄羅斯，居世界第3位。陸上風能資源豐富地區主要分布在三北地區（東北、華北、西北）、東南沿海和附近島嶼[2]。
　　風能具有如下優點。
　　（1）風能為潔淨能源，無汙染，綠色環保；
　　（2）風能設施日趨進步，大量生産降低成本，在適當地點，風力發電成本已低於其他發電機；
　　（3）風能設施多為不立體化設施，可保護陸地和生態；
　　（4）風能為可再生能源，可滿足未來長遠能源需求。
　　其缺點如下。
　　（1）風能具有間歇和波動性，風能無法存儲（除非儲存在電池裏），風能也不能被駕馭，以滿足電力需要的時機；
　　（2）一般比較好的風力發電站往往設在偏遠地區，遠離城市及負荷中心區域；
　　（3）風力發電需要大量土地來興建風力發電場，纔可以生産比較多的能源；
　　（4）進行風力發電時，風力發電機會發齣巨大的噪聲，造成聲汙染。
　　1.1.3 水能
　　水能（water energy）是一種清潔綠色能源，是指水體的動能、勢能和壓力能等能量資源。廣義的水能資源包括河流水能、潮汐水能、波浪能、海流能等能量資源；狹義的水能資源指河流的水能資源。全球水能資源的理論蘊藏量約為39.9萬億kW？h，技術可開發量約為14.6萬億kW？h，其中亞洲占比最大。
　　我國國土遼闊，河流眾多，大部分位於溫帶和亞熱帶季風氣候區，降水量和河流徑流量豐沛；地形西部多高山，並有世界上最高的青藏高原，許多河流發源於此；東部則為江河的衝積平原；在高原與平原之間又分布著若乾次一級的高原區、盆地區和丘陵區。地勢的巨大高差，使大江大河形成極大的落差，如徑流豐沛的長江、黃河等落差均有4000多米。
　　我國水能資源居世界第一。根據2003年全國水力資源復查結果，我國水能資源的理論蘊藏量、技術可開發量分彆為6.08萬億kW？h和2.47萬億kW？h（隨著進一步的勘察，水能資源量可能會進一步增加），均居世界第一，分彆占世界水能資源的15%和17%。從分布上看，主要分布在西南地區和長江、雅魯藏布江等流域，四川、西藏、雲南、貴州、重慶等西南省（市、地區）占比在70%左右，長江、雅魯藏布江及西藏諸河、西南國際諸河占比80%左右[3]。
　　水能具有如下優點。
　　（1）水能發電成本低，積纍多，投資迴收快，大中型水電站一般3～5年就可收迴全部投資；
　　（2）水能無汙染，是一種清潔能源；
　　（3）水電站一般都有防洪灌溉、航運、養殖、美化環境、旅遊等綜閤經濟效益；
　　（4）水電投資與火電投資差不多，施工工期也並不長，屬於短期近利工程；
　　（5）操作、管理人員少，一般不到火電1/3的人員就足夠瞭；
　　（6）運營成本低，效率高；
　　（7）可按需供電；
　　（8）控製洪水泛濫，提供灌溉用水，改善河流航動。
　　其缺點如下。
　　（1）對生態有一定的破壞作用，大壩以下水流侵蝕加劇，河流的變化及對動植物的影響等；
　　（2）需築壩移民等，基礎建設投資大，搬遷任務重；
　　（3）在降水季節變化大的地區，少雨季節發電量少甚至停發電；
　　（4）下遊肥沃的衝積土減少。
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