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专利号: 2021108958945
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2024-05-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种考虑电‑热柔性负荷的区域综合能源系统容量配置方法,其特征在于,其包括以下步骤:

步骤1,建立系统参与调度的电‑热柔性负荷模型;其中电‑热柔性负荷模型包括电力柔性负荷模型和热力柔性负荷模型;

所述电力柔性负荷模型包含可平移负荷、可转移负荷和可削减负荷模型;

根据电力柔性负荷模型得到综合能源系统给用户补偿产生的总约束为:Cbc=,Cshift+Ctrans+Ccut    (11)其中,Cshift为负荷发生平移后用户获得的补偿,Ctrans为负荷发生转移后用户获得的补偿,Ccut为负荷发生削减后用户获得的补偿;

建立热力柔性负荷模型,以自回归滑动平均时间序列模型描述热网回水温度、供水温度,建筑物室内温度,室外温度之间的动态关系;

步骤2,构建含多类型柔性负荷的优化能量调度策略,具体过程如下:根据步骤1中热力柔性负荷模型,为了实现系统整体结果最优即各设备出力约束整体最小,综合能源系统各设备遵循含多类型柔性负荷的优化能量调度策略;

步骤3,确定区域综合能源系统规划目标函数和要求条件,建立包括柔性负荷调度补偿在内的双层优化配置模型;

双层优化配置模型上层以运营商建设区域综合能源系统(ICES)的各机组建设和运行最优为目标函数进行设备选型和容量配置,所述目标函数表达式为:minf=Cinv+Co    (16)式中:Cinv为设备建设年等值约束,Co为综合能源系统年运行约束,i为ICES的设备类型;

Ωi为设备类型i的备选型号集合,Cfij为设备类型i型号j的设备初始建设目标,Crij为设备类型i型号j的设备的残值,Cmij为设备类型i型号j的设备的运行维护目标,aij为设备类型i型号j的安装台数,σij为设备类型i型号j的设备的安装状态,Rij为设备的目标回收系数,r为贴现率,lij为设备j的寿命期望值,N为IES中的设备类型数;

设备容量需满足计及不确定性综合需求响应,IDR的最坏情况下的最大负荷,表示为:其中,Xij为设备类型i型号j的设备的安装容量;ηij为设备类型i型号j设备的转换效率;

分别表为最坏情况下负荷中的最大值;

双层优化配置模型中下层优化以日运行约束最优为目标函数优化各种设备出力,具体目标函数表述为:

minCop=Cg+Ce+Cen+Cbc    (21)式中:Cg为总的天然气获取约束;Ce为与大电网交互约束;Cen为环境出力约束;Cbc为用户参与IDR后,系统给用户的补偿约束;ρg为单位天然气的获取约束; 为CHP系统t时刻输出的总功率; 和ηGB分别为燃气锅炉t时刻输出的热功率和热效率; 为t时刻可替代负荷转成气负荷的功率;β为天然气的地位热值;Δt为一个传统计时段, 和 分别为IES在t时刻从电网获取电量和向电网提供电量的约束, 和 分别为t时刻从电网获取和提供的电量;ξ为污染物单位处理约束,ηGB为CHP系统的发电效率,μpc和μgc分别为使用电能和天然气时污染物的排放系数;

综合约束包括电功率平衡要求、热功率平衡要求、设备出力要求、储能设备要求、机组爬坡要求;

步骤4,考虑电‑热柔性负荷对区域综合能源系统规划配置影响,并采用梯形模糊变量模拟风电和光电出力,在模糊机会约束的框架下构造区域综合能源系统优化运行的模型,将步骤3中模糊机会约束条件转化为确定性等价类形式,求得到各个设备的最优配置和各时段出力。

2.根据权利要求1所述的考虑电‑热柔性负荷的区域综合能源系统容量配置方法,其特征在于,所述电力柔性负荷模型包含可平移负荷、可转移负荷和可削减负荷模型具体为:可平移负荷模型中用户能接受平移时间区间为[tsh‑,tsh+],当负荷平移到以τ为起始时间的区间内,为保证运行时间连续,应满足下式:式中:ts为可平移负荷的持续时间;yt为判断负荷是否发生平移的0‑1状态变量,tsh‑≤τ≤tsh+;

可平移负荷参与调度后时段t的可平移负荷功率 为:式中:Lshift为可平移负荷的额定功率;

可转移负荷需要维持一个调度周期内用电总量不变,可转移负荷接受的转移区间为[ttr‑,ttr+],负荷转移前后保持所需电能不变的要求为:式中: 和 分别为调度前、后时段t可转移负荷功率,T为整个调度周期,本实施例中取24小时;

所述可转移负荷需要满足负荷功率范围要求和最小持续时间要求,具体如下:负荷功率范围要求:

式中: 和 分别为负荷转移后功率的上、下限;θt为判断负荷是否发生转移的的0‑1变量;

最小持续时间要求:

式中: 为最小连续运行时间,t为调度后时段;

所述可削减负荷模型能在满足用户需求的情况下进行部分削减;负荷削减在调度后时段t的功率 为:

式中: 为负荷削减前时段t的用电功率,α为负荷削减系数,ut为判断负荷是否发生削减的0‑1状态变量,ut=1表示负荷发生削减,ut=0表示负荷未发生削减。

3.根据权利要求1所述的考虑电‑热柔性负荷的区域综合能源系统容量配置方法,其特征在于,所述建立热力柔性负荷模型,以自回归滑动平均时间序列模型描述热网回水温度、供水温度、建筑物室内温度和室外温度之间的动态关系;具体为:设定供热系统的调节方式为质调节,供热功率表示为:Qt=cm(Tg,t‑Th,t)    (14)同时对室内温度有如下要求条件:

式中:Tg,t,Th,t,Tn,t,Tω,t分别为热网回水温度,供水温度,建筑物室内温度,室外温度;J为ARMA模型阶次;α,β,γ,θ,Φ,ω为供热系统热惯性物理参数;c为水的比热容;m为热水的流量; 和 为满足人体舒适度的供热区域建筑物室内温度上下限,Tg,t‑j,Th,t‑j,Tn,t‑j,Tω,t‑j分别为t‑j时刻的供水温度、回水温度、室内温度和室外温度,αj,βj,γj,θj,Φj,ωj分别为供热系统热惯性物理参数,为常数。

4.根据权利要求1所述的考虑电‑热柔性负荷的区域综合能源系统容量配置方法,其特征在于,所述步骤2中构建含多类型柔性负荷的优化能量调度策略,具体过程如下:以燃气轮机为主的热电联产机组(combined heat and power,CHP)采取“以电定热”的方式运行,CHP的运作能跟随负荷需求变化出力,储能电池仅由风光可再生能源充电;

对于任意时刻,当可再生能源总发电量大于负荷时,此时储能充电,同时CHP机组停机,ICES离网运行,热负荷仅由燃气锅炉供给,若可再生能源丰富,将储能电池不足以吸纳的能源提供给电网;若风光出力不足,则优先通过储能放电补给负荷需求,同时判断是否存在负荷功率缺额,如果该时刻储能容量不足,则需考虑ICES并网运行,启动CHP机组。

5.根据权利要求1所述的考虑电‑热柔性负荷的区域综合能源系统容量配置方法,其特征在于,所述步骤3中综合约束包括电功率平衡要求、热功率平衡要求、设备出力要求、储能设备要求和机组爬坡要求;具体为:所述电功率平衡要求为:

式中: 为蓄电池t时刻存储电能,PLoad(t)为第m个能源节点的电负荷需求,PEX(t)为t时刻系统向外网总交换功率,PPV(t)为t时刻光伏出力,PWT(t)为t时刻风机出力, 为t时刻燃气轮机出力,PER(t)为电锅炉输入功率, 为t时刻蓄电池放电功率, 为t时刻蓄电池充电功率,PEX(t)为能源节点与外部的总交换功率,表示能源节点输出电功率与输入电功率的差值,计算公式如下式:式中:PPG(t)为能源节点与电网的交换功率,Pmn,B(t)、Pmn,s(t)分别为能源节点获取功率、提供功率,M为能源节点数量;

所述热功率平衡要求为:

Qload,t=Qgongre,t+Qreshuf,t    (28)式中:Qload,t表示时段t的总热负荷功率;Qreshui,t表示时段t的热水负荷功率; 和分别表示储热箱在时段t的充热功率和放热功率;QGT,t为燃气轮机产生热功率,PEB,t为电锅炉产生热功率,Qload为所有热负荷,Qgongre,t为t时刻热水负荷;

设备出力上下限要求:

Pj,min≤Pj,t≤Pj,max    (30)式中:Pj,max和Pj,min分别表示设备j输出功率的上下限,Pj,t为设备t时刻出力;

储能状态要求:

Ei,min≤Ei,t≤Ei,max    (31)式中:Ei,min和Ei,max分别表示储能设备i的最小和最大储能状态,Ei,t为t时刻储能设备i的储能状态;

储能设备运行特性要求:

式中: 和 分别表示储能设备i的最大充、放能功率; 为t时刻储能充电功率, 为t时刻放电功率;

各类电源类设备(PV、WT、MT)出力限制具体如下:其中:PPV(t)为光伏在t时刻的出力,PWT(t)为t时刻风力发电机组输出功率,PMT(t)为燃气轮机在t时刻出力;

蓄电池充放电SOC限制:

E E E

min(SOC)≤SOC≤max(SOC)     (34)E

其中:SOC为蓄电池SOC值,

机组爬坡功率限制:

其中:PGB,U、PMT,U为燃气锅炉、微型燃气轮机的向上爬坡功率,PGB,D、PMT,D为燃气锅炉微型燃气轮机的向下爬坡功率,PMT(t)为风燃气轮机在t时刻的出力,PMT(t‑1)为风电机组在t‑1时刻的出力,PGB(t)为t时刻燃气锅炉出力,PGB(t‑1)为t‑1时刻燃气锅炉出力。