本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)協(xié)調(diào)調(diào)度技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于能源中心的電-氣-熱系統(tǒng)協(xié)同調(diào)度方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著能源需求的增加和環(huán)境壓力的加大，而以能源互聯(lián)網(wǎng)為核心的第三次工業(yè)革命正在興起。國內(nèi)外學(xué)者在研究的基礎(chǔ)上，提出了能源互聯(lián)網(wǎng)是以電力系統(tǒng)為核心，以可再生能源為一次能源，與天然氣網(wǎng)絡(luò)、交通網(wǎng)絡(luò)等其他系統(tǒng)緊密耦合而成的復(fù)雜多網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

能源互聯(lián)網(wǎng)框架下，可再生能源將逐步替代煤炭等傳統(tǒng)化石燃料，成為主要一次能源。然而可再生能源發(fā)電出力的波動性和間歇性直接制約了可再生能源的應(yīng)用場景和利用效率，導(dǎo)致了風(fēng)電場棄風(fēng)等現(xiàn)象的發(fā)生。近年來逐漸成熟的電轉(zhuǎn)氣(Power to Gas，PtG)技術(shù)則為可再生能源的大范圍存儲和利用提供了新的思路：通過PtG設(shè)備將富余的電能轉(zhuǎn)化成人造天然氣，注入到現(xiàn)有的天然氣網(wǎng)絡(luò)中進行存儲和傳輸，通過協(xié)調(diào)電力系統(tǒng)與天然氣網(wǎng)絡(luò)之間的運行，可以極大地提高系統(tǒng)接納可再生能源的能力。

在能源互聯(lián)網(wǎng)的框架下，考慮到在源-網(wǎng)-荷架構(gòu)下多能源系統(tǒng)的耦合特點，如何有效地實現(xiàn)多能源系統(tǒng)的協(xié)同調(diào)度成為了一個亟待解決的問題，

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于能源中心的電-氣-熱系統(tǒng)協(xié)同調(diào)度方法和系統(tǒng)，可以有效地實現(xiàn)多能源系統(tǒng)的協(xié)同調(diào)度。

本發(fā)明的目的通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種基于能源中心的電-氣-熱系統(tǒng)協(xié)同調(diào)度方法，包括：

獲取電-氣-熱系統(tǒng)的各能源中心上報的目標(biāo)時段的電力負荷預(yù)測值、天然氣負荷預(yù)測值和熱負荷預(yù)測值；

獲取所述電-氣-熱系統(tǒng)的調(diào)度目標(biāo)以及約束條件，根據(jù)所述調(diào)度目標(biāo)、所述約束條件以及所獲取的電力負荷預(yù)測值、天然氣負荷預(yù)測值和熱負荷預(yù)測值確定各所述能源中心的調(diào)度計劃；

分別將各所述能源中心的調(diào)度計劃發(fā)送給對應(yīng)的能源中心，其中，各所述能源中心內(nèi)部的能源轉(zhuǎn)化器和儲能設(shè)備分別根據(jù)所接收到的調(diào)度計劃運行。

一種基于能源中心的電-氣-熱系統(tǒng)協(xié)同調(diào)度系統(tǒng)，包括：

獲取單元，用于獲取電-氣-熱系統(tǒng)的各能源中心上報的目標(biāo)時段的電力負荷預(yù)測值、天然氣負荷預(yù)測值和熱負荷預(yù)測值；

處理單元，用于獲取所述電-氣-熱系統(tǒng)的調(diào)度目標(biāo)以及約束條件，根據(jù)所述調(diào)度目標(biāo)、所述約束條件以及所獲取的電力負荷預(yù)測值、天然氣負荷預(yù)測值和熱負荷預(yù)測值確定各所述能源中心的調(diào)度計劃；

調(diào)度單元，用于分別將各所述能源中心的調(diào)度計劃發(fā)送給對應(yīng)的能源中心，其中，各所述能源中心內(nèi)部的能源轉(zhuǎn)化器和儲能設(shè)備分別根據(jù)所接收到的調(diào)度計劃運行。

根據(jù)上述本發(fā)明的技術(shù)方案，其是獲取電-氣-熱系統(tǒng)的各能源中心上報的目標(biāo)時段的電力負荷預(yù)測值、天然氣負荷預(yù)測值和熱負荷預(yù)測值，獲取所述電-氣-熱系統(tǒng)的調(diào)度目標(biāo)以及約束條件，根據(jù)所述調(diào)度目標(biāo)、所述約束條件以及所獲取的電力負荷預(yù)測值、天然氣負荷預(yù)測值和熱負荷預(yù)測值確定各所述能源中心的調(diào)度計劃，分別將各所述能源中心的調(diào)度計劃發(fā)送給對應(yīng)的能源中心，其中，各所述能源中心內(nèi)部的能源轉(zhuǎn)化器和儲能設(shè)備分別根據(jù)所接收到的調(diào)度計劃運行，采用本發(fā)明方案，可以有效地實現(xiàn)多能源系統(tǒng)的協(xié)同調(diào)度。

附圖說明

圖1為多能源系統(tǒng)的協(xié)調(diào)調(diào)度架構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例一的基于能源中心的電-氣-熱系統(tǒng)協(xié)同調(diào)度方法的實現(xiàn)流程示意圖；

圖3為典型能源中心的組成結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為天然氣傳輸線路模型示意圖；

圖5為4節(jié)點的多能源系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為場景1和場景3的發(fā)電出力對比圖；

圖7為場景1和場景3的供熱出力圖；

圖8為場景1中儲氣設(shè)備的工作狀態(tài)圖；

圖9為不同PtG設(shè)備容量下系統(tǒng)風(fēng)電出力對比圖；

圖10為本發(fā)明實施例二的基于能源中心的電-氣-熱系統(tǒng)協(xié)同調(diào)度系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)示意圖一；

圖11為本發(fā)明實施例二的基于能源中心的電-氣-熱系統(tǒng)協(xié)同調(diào)度系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)示意圖二。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步的詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施方式僅僅用以解釋本發(fā)明，并不限定本發(fā)明的保護范圍。

在能源互聯(lián)網(wǎng)的框架下，針對特定能源系統(tǒng)的運行研究也將拓展到多能源系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)運行。在源-網(wǎng)-荷的能源系統(tǒng)架構(gòu)下，電力、天然氣、熱力等多能源之間的耦合主要存在于“源”和“荷”兩方面，因此不同能源傳輸網(wǎng)絡(luò)的建?；ハ鄾]有影響，可以按照傳統(tǒng)的方法進行建模。而不同能源系統(tǒng)的耦合部分，可以按照能源中心(energy hub)的建模方法對其進行建模。

參見圖1所示，為為多能源系統(tǒng)的協(xié)調(diào)調(diào)度架構(gòu)示意圖，本發(fā)明是利用能源中心的建模方式，將電-氣-熱多能源網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)根據(jù)結(jié)構(gòu)和地域分解為眾多能源中心和連接能源中心的傳輸網(wǎng)絡(luò)。在協(xié)同調(diào)度模型中，各能源中心收集次日的電力、天然氣和熱力等負荷情況，將信息呈報給多能源系統(tǒng)的調(diào)度機構(gòu)，由調(diào)度機構(gòu)對發(fā)電機、氣源、PtG設(shè)備等進行聯(lián)合調(diào)度，能源中心主要功能是收集中心內(nèi)部不同能源在次日的負荷情況，呈報給調(diào)度機構(gòu)，而能源中心內(nèi)部的調(diào)度計劃由統(tǒng)一的調(diào)度機構(gòu)根據(jù)某種目標(biāo)制定。以下通過實施例對本發(fā)明方案進行詳細闡述。

實施例一

本發(fā)明實施例一提供一種基于能源中心的電-氣-熱系統(tǒng)協(xié)同調(diào)度方法，該實施例中的基于能源中心的電-氣-熱系統(tǒng)協(xié)同調(diào)度方法是以系統(tǒng)調(diào)度機構(gòu)的處理過程為例進行說明。圖2為本發(fā)明實施例一的基于能源中心的電-氣-熱系統(tǒng)協(xié)同調(diào)度方法的實現(xiàn)流程示意圖，如圖2所示，該實施例一中的基于能源中心的電-氣-熱系統(tǒng)協(xié)同調(diào)度方法包括：

步驟S101：獲取電-氣-熱系統(tǒng)的各能源中心上報的目標(biāo)時段的電力負荷預(yù)測值、天然氣負荷預(yù)測值和熱負荷預(yù)測值；

這里，目標(biāo)時段可以根據(jù)實際需要選定，一般選次日作為目標(biāo)時段較佳；

這里，能源中心可以看作是一種集成了能源的生產(chǎn)、傳輸和消費功能的建模單元，能源中心可以用來描述不同規(guī)模的實體，例如鋼鐵廠、造紙廠等工業(yè)設(shè)施，機場、商場等大型建筑，甚至是城鎮(zhèn)、鄉(xiāng)村等區(qū)域。從系統(tǒng)的角度看，能源中心為多輸入多輸出的能源傳輸、轉(zhuǎn)化和存儲中心，所述輸入和所述輸出均包括多種能源載體，如電能、天然氣、熱能等；所述能源中心的內(nèi)部包含三種元素，所述三種元素指直接傳輸設(shè)備、轉(zhuǎn)換器和儲能設(shè)備；所述直接傳輸設(shè)備指將對應(yīng)的能源載體從輸入直接輸送到輸出，能源載體的種類不發(fā)生變化，，能源載體的功率一般會發(fā)生改變，例如，電力線纜和天然氣管道；所述轉(zhuǎn)換器指進行能源載體形式的轉(zhuǎn)換，即將能源載體從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，如PtG設(shè)備、熱電聯(lián)產(chǎn)機組(Combined Heat and Power Unit，CHP)、燃氣鍋爐和熱泵等；儲能設(shè)備，如電池和儲氣罐等。為了便于理解能源中心，圖3示出了一個典型能源中心的組成結(jié)構(gòu)。

能源中心多能源載體的平衡方程可用式(1)描述。

式中：L為能源中心的負荷向量，P為能源中心的能源輸入向量，[α，β，…，ω]對應(yīng)電能、天然氣、熱能等能源載體種類，C表示耦合矩陣，其中的耦合系數(shù)c_α，β描述當(dāng)前調(diào)度模式下能源中心輸入端α能源經(jīng)由能源中心內(nèi)各轉(zhuǎn)換器后對β能源的穩(wěn)態(tài)綜合轉(zhuǎn)換系數(shù)，由能源中心內(nèi)部接線方式、各能源轉(zhuǎn)換器效率和調(diào)度系數(shù)共同確定。在能源中心的負荷一定的情況下，通過優(yōu)化能源中心內(nèi)部的分配因數(shù)和能源輸入，可以對能源中心的運行方式進行優(yōu)化調(diào)度。能源中心具有一定程度的運行靈活性和響應(yīng)特性。

在其中一個實施例中，在步驟S101之間，還包括步驟：根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和地域?qū)⑺鲭?氣-熱系統(tǒng)分解為各能源中心和連接各能源中心的傳輸網(wǎng)絡(luò)。

在其中一個實施例中，所述能源中心可以根據(jù)電力負荷歷史值、天然氣負荷歷史值和熱負荷歷史值分別對所述目標(biāo)時段的電力負荷、天然氣負荷、熱負荷進行預(yù)測，獲得所述電力負荷預(yù)測值、所述天然氣負荷預(yù)測值和所述熱負荷預(yù)測值，并將所獲得的所述電力負荷預(yù)測值、所述天然氣負荷預(yù)測值和所述熱負荷預(yù)測值上報給系統(tǒng)調(diào)度機構(gòu)。

具體地，可以對所述目標(biāo)時段(以次日為例)之前的多日的電力負荷值求取平均值，所求取的平均值作為所述目標(biāo)時段的電力負荷預(yù)測值，也可以根據(jù)所述目標(biāo)時段之前的多日的電力負荷值確定電力負荷的變化趨勢，結(jié)合該變化趨勢以及所述目標(biāo)時段之前的多日的電力負荷值確定電力負荷預(yù)測值，例如，變化趨勢為電力負荷平均每日遞增0.5％，則可以在今日的電力負荷值的基礎(chǔ)上增加0.5％作為電力負荷預(yù)測值，也可以根據(jù)歷史同期的電力負荷值確定，實現(xiàn)方式也不限于此。所述天然氣負荷預(yù)測值和所述熱負荷預(yù)測值的確定方式，與電力負荷預(yù)測值的確定方式，在此不予贅述。

各能源中心可以分別根據(jù)上述方式獲得各自的電力負荷預(yù)測值、所述天然氣負荷預(yù)測值和所述熱負荷預(yù)測值，并將所獲得各自的所述電力負荷預(yù)測值、所述天然氣負荷預(yù)測值和所述熱負荷預(yù)測值上報給系統(tǒng)調(diào)度機構(gòu)，以實現(xiàn)后續(xù)的對發(fā)電機、氣源、PtG設(shè)備等進行聯(lián)合調(diào)度。

步驟S102：獲取所述電-氣-熱系統(tǒng)的調(diào)度目標(biāo)以及約束條件，根據(jù)所述調(diào)度目標(biāo)、所述約束條件以及所獲取的電力負荷預(yù)測值、天然氣負荷預(yù)測值和熱負荷預(yù)測值確定各所述能源中心的調(diào)度計劃；

這里，所述調(diào)度目標(biāo)可以根據(jù)實際需要選取，所述約束條件可以根據(jù)實際情況確定，在其中一個實施例，所述調(diào)度目標(biāo)為所述電-氣-熱系統(tǒng)的運行成本最小，所述約束條件包括：多能源的供給-需求平衡、能源中心內(nèi)部的運行約束和能源傳輸網(wǎng)絡(luò)的潮流約束，也就是說，在一個調(diào)度周期內(nèi)，在滿足每個能源中心的供給-需求平衡、能源中心內(nèi)部的運行約束和能源傳輸網(wǎng)絡(luò)的潮流約束的條件下，最小化電-氣-熱系統(tǒng)的運行成本。

具體地，以入下的公式(2)為目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)：

式中：F表示多能源系統(tǒng)運行的成本函數(shù)，T表示一個調(diào)度周期內(nèi)(例如一天)的調(diào)度時段數(shù)，N_P表示電力系統(tǒng)的發(fā)電機集合，a_i、b_i、c_i表示第i臺發(fā)電機組的成本系數(shù)，表示第i臺發(fā)電機組在時段t的發(fā)電出力，N_G表示網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的氣源集合，g_j表示第j個天然氣源成本系數(shù)，表示第j個天然氣源在t時間段的天然氣出力。

在一個調(diào)度周期內(nèi)，應(yīng)滿足多能源的供給-需求平衡、能源中心內(nèi)部不同能源之間的轉(zhuǎn)化和儲能裝置的運行約束。在忽略電力和天然氣的損耗時，能源中心內(nèi)部多能源的供給-需求平衡可以表述為：

式中：為第m個能源中心在第t時段內(nèi)的輸入的電力功率和天然氣功率，約定能源中心是凈能量輸入時，和為正，能源中心是凈能量輸出時和為負；分別表示第m個能源中心在第t時段內(nèi)的PtG設(shè)備的電功率，熱泵功率，能源中心的電力負荷和熱電聯(lián)產(chǎn)機組的發(fā)電功率；分別表示第m個能源中心在第t時段內(nèi)PtG設(shè)備轉(zhuǎn)換的氣功率，儲氣裝置的放氣功率、充氣功率，熱電聯(lián)產(chǎn)機組的耗氣功率，燃氣鍋爐耗氣功率和天然氣負荷。分別表示第m個能源中心的熱負荷，熱泵產(chǎn)熱功率，燃氣鍋爐產(chǎn)熱功率，熱電聯(lián)產(chǎn)機組產(chǎn)熱功率；用效率因數(shù)來代表熱能供熱網(wǎng)路中損失。式(3)-(5)中的各種能源變量通過各種能源轉(zhuǎn)換器聯(lián)系在一起，多能源載體之間的相互轉(zhuǎn)化可以表述為：

式中：分別表示電轉(zhuǎn)氣設(shè)備，燃氣鍋爐，熱泵和熱電聯(lián)產(chǎn)機組熱、電的效率因數(shù)。

對于能源中心內(nèi)部的儲氣設(shè)備，它在第t個調(diào)度時段內(nèi)的儲氣量與該時段的充氣/放氣功率和前一時段的儲氣量有關(guān)，并且應(yīng)滿足規(guī)定的儲氣量上下限約束，如式(11)和式(12)。

S_min，k≤S_k，t≤S_max，k (12)

式中：η_ch，η_dch為儲氣設(shè)備充氣效率和放氣效率，Δt為一個調(diào)度時段(本文假定為1小時)，S_min，k，S_max，k分別表示第k個儲氣設(shè)備儲氣狀態(tài)的上限和下限，S_k，t表示第k個儲氣設(shè)備t時段的儲氣狀態(tài)；β_k表示第k個儲氣設(shè)備的額定儲氣容量。同時考慮到儲氣設(shè)備在一個特定的調(diào)度時段不能同時儲氣和放氣，需要引入式(13)對應(yīng)的約束?？紤]的調(diào)度周期較短，為了使調(diào)度可持續(xù)性，假設(shè)調(diào)度周期內(nèi)儲氣和放氣達到平衡，即在一個調(diào)度周期內(nèi)儲氣設(shè)備的充氣量和放氣量相等，如式(14)所示。若考慮較長的調(diào)度時段，為了增加調(diào)度的靈活性，可以不加入式(14)的約束。

能源傳輸網(wǎng)絡(luò)約束主要包括電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)約束和天然氣系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)約束。電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)約束包括節(jié)點潮流約束、發(fā)電機上下限約束、節(jié)點電壓約束和線路傳輸功率約束。

多時段節(jié)點潮流平衡如(15)式所示：

式中：N_B為所有的電力節(jié)點集合；別表示在t時段節(jié)點i的有功發(fā)電功率和無功發(fā)電功率；分別為在t時段節(jié)點i的有功負荷功率和無功負荷功率，也是節(jié)點i所連接的能源中心輸入的電力功率；U_i，t，θ_ij，t分別為在t時段節(jié)點i的電壓幅值和節(jié)點i與節(jié)點j的相角差；G_ij，B_ij分別為節(jié)點導(dǎo)納矩陣的實部與虛部。

發(fā)電機出力上下限約束：

式中：P_{G min，i}，P_{G max，i}分別為機組i的有功出力的上限和下限，表示機組i在t時段的有功出力；Q_{G min，i}，Q_{G max，i}分別為機組i的無功出力的上限和下限，表示機組i在t時段的有功出力。

節(jié)點電壓約束：

U_min，i≤U_i，t≤U_max，i (17)

式中：U_min，i，U_max，i分別為節(jié)點i的電壓的上限和下限，U_i，t表示節(jié)點i在t時段的電壓。

線路傳輸功率約束：

式中：P_l，max為線路l允許的傳輸功率上限，U_i，t，θ_ij，t分別為在t時段節(jié)點i的電壓幅值和節(jié)點i與節(jié)點j的相角差，U_j，t為在t時段節(jié)點j的電壓幅值。

天然氣網(wǎng)絡(luò)建模的對象包括天然氣管道，加壓氣站，儲氣罐等。對于任意天然氣氣節(jié)點i，其節(jié)點潮流平衡可以表述為：

式中：N_GB為所有的天然氣節(jié)點集合，G_si，t表示在t時段節(jié)點i的氣源功率，為在t時段節(jié)點i的天然氣負荷，也是節(jié)點i相連的能源中心的輸入的天然氣功率，G_ij，t表示在t時段從節(jié)點i到節(jié)點j的天然氣潮流，由于天然氣在輸送過程中會因為管壁摩擦等原因造成壓力損失，因此通常需要通過加壓氣站對管道內(nèi)的氣體進行增壓。如圖4所示。

線路的潮流G_ij，t是從加壓站出口n到管道節(jié)點j的天然氣潮流G_nj，t與加壓站消耗的天然氣潮流之和，可以表示為：

經(jīng)天然氣管道傳輸?shù)臍獬绷?，與管道兩端的電壓和管道的傳輸系數(shù)有關(guān)，可以表示為式(21)-(24)。

G_min，l≤G_ij，t≤G_max，l (23)

p_min，i≤p_i≤p_max，i (24)

式中：G_nj，t表示在t時段從節(jié)點n到節(jié)點j的天然氣潮流；K_ij表示節(jié)點i與節(jié)點j之間的傳輸線路的傳輸系數(shù)，由氣溫、管道的直徑、長度和摩擦系數(shù)等有關(guān)；p_n，t，p_n，t分別表示在t時段n節(jié)點的氣壓和j節(jié)點的氣壓；G_min，l，G_max，l表示天然氣線路l的氣潮流的下限和上限；P_min，i，P_max，i分別表示天然氣節(jié)點i的氣壓的上限和下限，p_i表示表示天然氣節(jié)點i的氣壓。與通過加壓站的氣潮流和加壓站的加壓比相關(guān)：

式中：是與節(jié)點i與節(jié)點j之間的線路上的加壓站的相關(guān)的常系數(shù)，λ_h，λ_u分別為加壓站的加壓比的上限和下限。

在根據(jù)所述調(diào)度目標(biāo)、所述約束條件以及所獲取的電力負荷預(yù)測值、天然氣負荷預(yù)測值和熱負荷預(yù)測值確定各所述能源中心的調(diào)度計劃時，對于這種大規(guī)模高維非線性優(yōu)化模型，可以采用AMPL/IPOPT進行求解，在此不予贅述。

步驟S103：分別將各所述能源中心的調(diào)度計劃發(fā)送給對應(yīng)的能源中心，其中，各所述能源中心內(nèi)部的能源轉(zhuǎn)化器和儲能設(shè)備分別根據(jù)所接收到的調(diào)度計劃運行。

據(jù)此，根據(jù)上述實施例的方案，其是獲取電-氣-熱系統(tǒng)的各能源中心上報的目標(biāo)時段的電力負荷預(yù)測值、天然氣負荷預(yù)測值和熱負荷預(yù)測值，獲取所述電-氣-熱系統(tǒng)的調(diào)度目標(biāo)以及約束條件，根據(jù)所述調(diào)度目標(biāo)、所述約束條件以及所獲取的電力負荷預(yù)測值、天然氣負荷預(yù)測值和熱負荷預(yù)測值確定各所述能源中心的調(diào)度計劃，分別將各所述能源中心的調(diào)度計劃發(fā)送給對應(yīng)的能源中心，其中，各所述能源中心內(nèi)部的能源轉(zhuǎn)化器和儲能設(shè)備分別根據(jù)所接收到的調(diào)度計劃運行，實現(xiàn)了電-氣-熱的多能源系統(tǒng)的之間的協(xié)同調(diào)度。

為了說明本發(fā)明方案的可行性和有效性，以下以4節(jié)點能源中心測試系統(tǒng)為例進行說明，該4節(jié)點能源中心測試系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)如圖5所示。圖5所示系統(tǒng)包括4個能源中心以及連接它們的電力網(wǎng)絡(luò)和天然氣網(wǎng)絡(luò)。節(jié)點1(能源中心1)與節(jié)點2(能源中心2)各有一個火電廠，節(jié)點4(能源中心4)有一個風(fēng)電場。1號節(jié)點為平衡節(jié)點。天然氣網(wǎng)絡(luò)在節(jié)點1接入上級天然氣系統(tǒng)，即1號節(jié)點為該系統(tǒng)的氣源節(jié)點，用N表示。能源中心4內(nèi)部的結(jié)構(gòu)圖如圖3；其他能源中心內(nèi)無儲氣設(shè)備和電轉(zhuǎn)氣設(shè)備。算例中電力、天然氣、熱量的能量單位用標(biāo)幺值p.u.表示，成本單位用標(biāo)幺值m.u.表示，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)無特別說明也用標(biāo)幺值表示。

考慮設(shè)置以下場景：場景1：含PtG設(shè)備的冬季典型日(高熱負荷)的系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度；場景2：不含PtG設(shè)備的冬季典型日系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度；場景3：含PtG設(shè)備的夏季典型日(低熱負荷)的系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度；場景4：不含PtG設(shè)備的夏季典型日的系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度。

表1不同場景下的系統(tǒng)運行成本

對比以上四種場景，系統(tǒng)優(yōu)化運行成本如表1所示?？梢?，在冬季和夏季，，引入電轉(zhuǎn)氣設(shè)備對系統(tǒng)運行費用分別節(jié)約1.87％和1.7％，使系統(tǒng)運行更加經(jīng)濟，下面我們詳細地闡述多能源系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度模型的基本特征。

場景1和場景3中電-氣-熱聯(lián)合系統(tǒng)的發(fā)電和供熱出力如圖6和圖7所示，兩種場景下的CHP機組皆工作在一天內(nèi)電力負荷較高的時間，且場景1相較于場景3火電機組出力比例較低，CHP機組出力較高。主要原因是冬季熱負荷較高，供熱由燃氣鍋爐和CHP機組聯(lián)合提供，CHP機組承擔(dān)了調(diào)峰的功能，CHP機組的出力主要是由電力負荷決定；夏季熱負荷較低，供熱僅由CHP機組提供，CHP機組的工作狀態(tài)受熱負荷所限，導(dǎo)致場景3中的CHP機組發(fā)電出力也較低。

圖8為場景1中在一個調(diào)度周期內(nèi)儲氣設(shè)備的工作狀態(tài)，由圖6-圖9可以描繪出場景1中電-氣-熱聯(lián)合系統(tǒng)的工作狀態(tài)。在夜間，天然氣負荷和電負荷都較低時，運行PtG設(shè)備將富余的電力轉(zhuǎn)化為天然氣儲存在儲氣設(shè)備中，白天7時至9時，天然氣負荷到達一天內(nèi)第一個峰值，儲氣設(shè)備將內(nèi)部儲存的氣體釋放出來，保持系統(tǒng)氣負荷供需平衡，10時至13時，天然氣負荷下降，儲氣設(shè)備再次充氣；16至20時，電力負荷和天然氣負荷達到同時達到峰值，此時發(fā)電成本較高，儲氣設(shè)備釋放天然氣，能源中心內(nèi)部的CHP啟動提供電力。

當(dāng)假定PtG設(shè)備容量足夠大時，利用PtG可以實現(xiàn)系統(tǒng)風(fēng)電全部消納?？紤]到實際PtG容量有限，PtG設(shè)備的容量對系統(tǒng)消納風(fēng)電的影響也較大，如圖9所示。PtG容量越高，系統(tǒng)消納風(fēng)電的能力越強。另外，PtG設(shè)備也會降低電-氣-熱聯(lián)合系統(tǒng)的化石能源(燃煤、天然氣)消耗和整體損耗，降低系統(tǒng)碳排放，如表2所示。通過引入PtG設(shè)備，冬季的化石能源消耗降低2.4％，輸電損耗由0.269％減少至0.243％，加壓站的氣損耗由17.5％下降為16.8％；夏季的化石能源消耗降低2.87％，輸電損耗由0.276％減少為0.254％，加壓站的氣損耗由5.43％下降為5.19％，化石能源能耗降低的主要原因是PtG設(shè)備將多余的風(fēng)電轉(zhuǎn)換為天然氣，被系統(tǒng)儲存或利用，減少了能源中心從節(jié)點1連接的天然氣源中獲得的天然氣量。冬季輸電損耗要低于夏季損耗，主要原因是夏季熱負荷較低，限制了CHP的出力，能源中心需要從電力網(wǎng)絡(luò)中獲得更多的電力，從而增加了輸電損耗；冬季和夏季在引入PtG設(shè)備后損耗都有所降低，主要原因是PtG設(shè)備將風(fēng)電轉(zhuǎn)化為天然氣，減少了能源中心從網(wǎng)絡(luò)中獲取的天然氣，從而降低了損耗。

表2不同場景下風(fēng)電發(fā)電量及能源消耗對比

實施例二

基于上述的實施例一，本發(fā)明實施例二提供一種基于能源中心的電-氣-熱系統(tǒng)協(xié)同調(diào)度系統(tǒng)，參見圖10所示，為本發(fā)明實施例二的基于能源中心的電-氣-熱系統(tǒng)協(xié)同調(diào)度系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)示意圖一；如圖10所示，該實施例中的基于能源中心的電-氣-熱系統(tǒng)協(xié)同調(diào)度系統(tǒng)包括獲取單元201、處理單元202和調(diào)度單元203，其中：

獲取單元201，用于獲取電-氣-熱系統(tǒng)的各能源中心上報的目標(biāo)時段的電力負荷預(yù)測值、天然氣負荷預(yù)測值和熱負荷預(yù)測值；

處理單元202，用于獲取所述電-氣-熱系統(tǒng)的調(diào)度目標(biāo)以及約束條件，根據(jù)所述調(diào)度目標(biāo)、所述約束條件以及所獲取的電力負荷預(yù)測值、天然氣負荷預(yù)測值和熱負荷預(yù)測值確定各所述能源中心的調(diào)度計劃；

調(diào)度單元203，用于分別將各所述能源中心的調(diào)度計劃發(fā)送給對應(yīng)的能源中心，其中，各所述能源中心內(nèi)部的能源轉(zhuǎn)化器和儲能設(shè)備分別根據(jù)所接收到的調(diào)度計劃運行。

在其中一個實施例中，基于能源中心的電-氣-熱系統(tǒng)協(xié)同調(diào)度系統(tǒng)，如圖11所示，還包括：

分解單元204，用于根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和地域?qū)⑺鲭?氣-熱系統(tǒng)分解為各能源中心和連接各能源中心的傳輸網(wǎng)絡(luò)，其中，所述能源中心為多輸入多輸出的能源傳輸、轉(zhuǎn)化和存儲中心，所述輸入和所述輸出均包括多種能源載體；所述能源中心的內(nèi)部包含三種元素，所述三種元素指直接傳輸設(shè)備、轉(zhuǎn)換器和儲能設(shè)備，所述直接傳輸設(shè)備指將對應(yīng)的能源載體從輸入直接輸送到輸出，能源載體的種類不發(fā)生變化，所述轉(zhuǎn)換器指進行能源載體形式的轉(zhuǎn)換。

在其中一個實施例中，所述能源中心根據(jù)電力負荷歷史值、天然氣負荷歷史值和熱負荷歷史值分別對所述目標(biāo)時段的電力負荷、天然氣負荷、熱負荷進行預(yù)測，獲得所述電力負荷預(yù)測值、所述天然氣負荷預(yù)測值和所述熱負荷預(yù)測值。

在其中一個實施例中，所述調(diào)度目標(biāo)為所述電-氣-熱系統(tǒng)的運行成本最小。

在其中一個實施例中，所述約束條件包括：多能源的供給-需求平衡、能源中心內(nèi)部的運行約束和能源傳輸網(wǎng)絡(luò)的潮流約束。

本實施例提供的基于能源中心的電-氣-熱系統(tǒng)協(xié)同調(diào)度系統(tǒng)，需要指出的是：以上對于基于能源中心的電-氣-熱系統(tǒng)協(xié)同調(diào)度系統(tǒng)的描述，與上述基于能源中心的電-氣-熱系統(tǒng)協(xié)同調(diào)度方法的描述是類似的，并且具有上述基于能源中心的電-氣-熱系統(tǒng)協(xié)同調(diào)度方法的有益效果，為節(jié)約篇幅，不再贅述；因此，以上對本發(fā)明實施例提供的基于能源中心的電-氣-熱系統(tǒng)協(xié)同調(diào)度系統(tǒng)中未披露的技術(shù)細節(jié)，請參照上述提供的基于能源中心的電-氣-熱系統(tǒng)協(xié)同調(diào)度方法的描述。

以上所述實施例的各技術(shù)特征可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術(shù)特征所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應(yīng)當(dāng)認為是本說明書記載的范圍。

以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。