本文主要是介绍2024年电工杯数学建模A题思路分享 - 园区微电网风光储协调优化配置,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!
# 1 赛题
A 题: 园区微电网风光储协调优化配置
园区微电网由风光发电和主电网联合为负荷供电,为了尽量提高风光电量的 负荷占比,需配置较高比例的风光发电装机容量,但由于园区负荷与风光发电功 率时序不匹配, 可能导致弃电问题。配置储能可缓解负荷与风光的时序不匹配问题,减少弃电。 考虑到电化学储能成本不菲,配置储能需要考虑投资及其收益。设有三个园区微电网各自独立接入主电网, 各园区风光装机容量、最大负荷参数如图 1 所示。
(rpv.A 、rpv.C 分别为园区 A 、C 光伏装机容量,rw.B 、rw.C 为园区 B 、C 风电装机容量,
rLmax.A 、rLmax.B 、rLmax.C 为园区 A 、B 、C 负荷最大值)
简便起见,设各园区典型日负荷曲线如图 2 所示(数据见附件 1),风电光伏发电归一化数据见附件 2。
配置储能为磷酸铁锂电池,功率单价 800 元/kW ,能量单价 1800 元/kWh,SOC 允许范围 10%-90%,充/放电效率 95%,运行寿命按 10 年计。
运行规则: 各园区可再生能源发电优先供给本区域负荷, 不足部分从主电网购电, 网购电价格为 1 元/kWh;多余电量不允许向主电网出售(弃风、弃光)。
分别考虑各园区独立运营配置储能、联合运营配置储能、风光储协调配置三种场景,试分析如下问题。
问题 1:各园区独立运营储能配置方案及其经济性分析
系统结构如图 1 所示。以典型日风光发电功率为依据, 设园区从风电、光伏的购电成本分别为 0.5 元/kWh 、0.4 元/kWh:
(1)分析未配置储能时各园区运行的经济性,包括: 购电量、 弃风弃光电量、总供电成本和单位电量平均供电成本,并分析影响其经济性的关键因素;
(2)各园区分别配置 50kW/100kWh 储能, 制定储能最优运行策略及购电计划,分析各园区运行经济性是否改善, 并解释其原因;
(3)假设风光荷功率波动特性保持上述条件不变,你认为 50kW/100kWh 的 方案是否最优?若是, 请给出分析依据; 若不是,请制定各园区最优的储能功率、容量配置方案,论证所制定方案的优越性。
问题 2:联合园区储能配置方案及其经济性分析
三个园区独立运营时, 各园区独立实现发电(风光发电、网购电) 与负荷均 衡。若三个园区总发电与总负荷相均衡, 形成联合运营园区,系统结构如图 3 所 示。以典型日风光发电和负荷功率为依据, 设园区从风电、光伏的购电成本分别为 0.5 元/kWh 、0.4 元/kWh,试分析以下问题。
(rpv 、rw 、rLmax 分别为联合园区的总光伏装机容量、总风电装机容量、总负荷最大值)
(1)若未配置储能,分析联合园区运行经济性,包括: 联合园区的总购电量、 总弃风弃光电量、总供电成本和单位电量平均供电成本;
(2)假设风光荷功率波动特性保持上述条件不变, 制定联合园区的总储能最优配置方案,给出储能运行策略及购电计划,分析其经济性;
(3)与各园区独立运营相比,园区联合运营有何经济收益,试分析导致经济收益改变的主要因素。
问题 3:园区风、光、储能的协调配置方案及其经济性分析
如果园区经理委托你制定园区未来的风光储协调配置方案, 并给出方案经济性分析论证报告。
制定配置方案的条件:三个园区的最大负荷增长 50%,且负荷波动特性不变, 风电、光伏电源的配置成本分别为 3000 元/kW、2500 元/kW,投资回报期按 5 年考虑。
(1)分别按各园区独立运营、联合运营制定风光储协调配置方案;
(2)按附件 3 给出的全年 12 个月典型日风光发电功率数据, 网购电采用如
表 1 所示分时电价,制定各园区独立运营的风光储协调配置方案。
2 解题思路
2.1 A题解析
这个问题属于运筹学和优化问题的范畴。涉及到几个方面:
资源优化配置:确定如何分配有限的资源(如储能系统)以最大化效益或最小化成本。
经济分析:评估不同配置方案的经济效益,包括成本、收益和投资回报期。
决策分析:在不同的运营模式(独立运营、联合运营)下,进行决策分析,确定最优策略。
动态规划:考虑时间序列数据(如负荷和发电功率随时间的变化),进行动态规划以优化储能系统的运行。
多目标优化:可能需要同时考虑多个目标,如最小化成本、最大化风光电量利用率和满足负荷需求。
不确定性和风险分析:可能需要考虑风光发电的不确定性和风险,以及它们对经济性和运营策略的影响。
解决这类问题通常需要使用线性规划、非线性规划、整数规划、动态规划等优化技术,以及模拟和蒙特卡洛方法来处理不确定性。此外,还需要经济和财务分析来评估不同方案的经济可行性。
构建数学模型来模拟园区微电网的运营,包括负荷、发电和储能的相互作用。
2.2 问题分析
针对文档中提出的三个问题,结合构建的数学模型,我们可以进行如下分析和总结:
问题1:各园区独立运营储能配置方案及其经济性分析
分析:
- 问题1-1 要求评估在没有储能系统的情况下,各园区的购电成本、弃风弃光电量和总供电成本。这涉及到对负荷需求、风光发电能力和购电价格的分析。
- 问题1-2 引入了储能系统,需要确定储能的最优运行策略,以减少购电成本和弃风弃光电量。这需要考虑储能系统的充放电效率、成本和SOC限制。
- 问题1-3 要求评估不同储能配置方案的优劣,这涉及到对储能功率和容量的优化,以找到成本效益最高的配置。
数学模型:
- 问题1的数学模型包括负荷平衡约束、储能系统物理约束和购电成本最小化目标函数。模型需要根据实际负荷和发电数据进行求解。
问题2:联合园区储能配置方案及其经济性分析
分析:
- 问题2-1 扩展了问题1-1的分析,将三个园区视为一个联合系统,评估整体购电成本、弃风弃光电量和总供电成本。
- 问题2-2 需要为联合园区制定储能配置方案,这涉及到储能系统的规模和运行策略,以实现成本效益最大化。
- 问题2-3 通过比较独立运营和联合运营的经济收益,分析联合运营带来的潜在优势,如规模经济和更有效的资源分配。
数学模型:
- 问题2的数学模型与问题1类似,但需要在联合园区的层面上进行分析。模型需要考虑整个联合系统的负荷平衡和储能配置。
问题3:园区风、光、储能的协调配置方案及其经济性分析
分析:
- 问题3-1 要求在负荷增长50%的条件下,制定风光储协调配置方案。这需要考虑负荷增长对风光发电和储能配置的影响,并优化投资回报期。
- 问题3-2 需要根据全年的风光发电数据和分时电价,制定各园区独立运营的风光储协调配置方案。这涉及到对不同时间段内能源供需平衡的深入分析,并考虑电价波动对经济性的影响。
数学模型:
- 问题3的数学模型是一个更复杂的系统,需要同时考虑负荷增长、风光发电成本、储能配置和分时电价。模型的目标是最小化总成本,同时满足负荷需求和储能系统的物理约束。
问题总结:
- 这三个问题构建的数学模型都是以最小化总成本为目标,同时满足负荷需求和储能系统的物理约束。
- 随着问题的深入,模型的复杂性增加,需要考虑的因素更多,如负荷增长、电价波动和全年数据的分析。
- 通过这些问题的分析,可以为园区微电网的规划和管理提供决策支持,促进可再生能源的高效利用,降低运营成本,并提高能源系统的可靠性和灵活性。
- 这些问题的解决需要运用优化算法和经济分析方法,结合实际数据进行模型求解和验证。
2.3 详细思路
详细思路放在文档中,大家自取
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