2024电工杯A题详细思路代码分析数学建模:园区微电网风光储协调优化配置

题目分析:园区微电网风光储协调优化配置

我们会先给出三个问题总体的分析,最后会详细分析问题一的建模和详细内容。

背景:
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。配置储能需要考虑投资及其收益。

问题描述:
三个园区微电网独立接入主电网,分别考虑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,进行以下问题的分析:

问题1:各园区独立运营储能配置方案及其经济性分析

  • 未配置储能时各园区运行经济性,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。
  • 配置50kW/100kWh储能后,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,并解释原因。
  • 评估50kW/100kWh方案是否最优,如不是,制定各园区最优储能功率、容量配置方案,论证方案的优越性。

问题2:联合园区储能配置方案及其经济性分析

  • 未配置储能时联合园区运行经济性,包括总购电量、总弃风弃光电量、总供电成本和单位电量平均供电成本。
  • 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。
  • 分析园区联合运营相对于独立运营的经济收益及主要影响因素。

问题3:园区风、光、储能的协调配置方案及其经济性分析

  • 制定园区未来的风光储协调配置方案,给出方案经济性分析论证报告。
  • 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。
  • 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。
  • 按全年12个月典型日风光发电功率数据,制定各园区独立运营的风光储协调配置方案,考虑分时电价。

数据文件:

  • 附件1:各园区典型日负荷数据
  • 附件2:各园区典型日风光发电数据
  • 附件3:12个月各园区典型日风光发电数据

分析步骤:

  1. 数据预处理:

    • 从附件1提取各园区典型日负荷数据。
    • 从附件2提取各园区典型日风光发电数据。
    • 从附件3提取12个月各园区典型日风光发电数据。
  2. 独立运营场景分析:

    • 计算未配置储能时的各项指标: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。
    • 配置50kW/100kWh储能后,制定最优运行策略,重新计算经济性指标,并分析结果。
  3. 联合运营场景分析:

    • 计算未配置储能时的各项指标: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。
    • 制定联合园区储能最优配置方案,重新计算经济性指标,分析结果。
  4. 协调配置方案分析:

    • 考虑未来负荷增长,制定风光储协调配置方案,分析经济性。
    • 按全年12个月数据,考虑分时电价,制定独立运营的风光储协调配置方案。

问题一详细内容:
问题一具体分析:各园区独立运营储能配置方案及其经济性分析

背景和目标
目标是分析未配置储能和配置储能时各园区的经济性,并评估储能配置方案的最优性。

分析步骤

  1. 未配置储能时各园区运行的经济性分析
  2. 配置50kW/100kWh储能后的经济性分析
  3. 评估50kW/100kWh方案的最优性并制定最优储能配置方案

步骤1:未配置储能时的经济性分析

  1. 读取负荷数据和发电数据

    • 从附件1中提取各园区的负荷数据
    • 从附件2中提取各园区的光伏和风电发电数据
  2. 计算各项指标

    • 购电量:从主电网购电量 = 最大(负荷 - (光伏发电 + 风电发电), 0)
    • 弃风弃光电量:弃电量 = 最大((光伏发电 + 风电发电) - 负荷, 0)
    • 总供电成本:总成本 = (购电量 主电网电价) + (光伏发电量 光伏电价) + (风电发电量 风电电价)
    • 单位电量平均供电成本:平均成本 = 总供电成本 / 负荷总量

各项指标公式(字母表示)

在这里插入图片描述

步骤2:配置50kW/100kWh储能后的经济性分析

  1. 配置储能后的最优运行策略

    • 储能充放电策略:在光伏和风电发电量高于负荷时进行充电,低于负荷时进行放电
    • 确定储能设备的充电量和放电量
  2. 计算各项指标

    • 充电量和放电量
    • 购电量和弃电量
    • 总供电成本和单位电量平均供电成本

配置储能后的经济性分析

  1. 充电量:

  2. 放电量:

  3. 购电量(考虑储能后):

  4. 弃风弃光电量(考虑储能后):

  5. 总供电成本(考虑储能后):

  6. 单位电量平均供电成本(考虑储能后):

步骤3:评估和优化储能配置方案

  1. 评估50kW/100kWh方案的最优性

    • 根据充电量、放电量、购电量、弃电量和经济性指标评估现有方案
  2. 制定最优储能配置方案

    • 根据园区的负荷和发电情况,优化储能容量和功率配置
    • 比较优化方案和50kW/100kWh方案的经济性

配置50kW/100kWh储能后的经济性分析

总结

  1. 未配置储能时的经济性分析显示各园区的购电量、弃电量、总供电成本和单位电量平均供电成本。
  2. 配置50kW/100kWh储能后的经济性分析显示储能方案对各园区的影响,并进行经济性比较。
  3. 评估储能方案的最优性并制定优化方案。
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