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

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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。

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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）

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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