本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度，尤其涉及一種綜合能源系統(tǒng)可調(diào)能力的優(yōu)化調(diào)度方法、裝置、設(shè)備及介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、隨著經(jīng)濟(jì)的快速增長和生產(chǎn)力的提高，人們對于煤炭、石油和天然氣等一次能源的需求也在不斷增加，但是燃燒一次能源及其二次加工產(chǎn)品產(chǎn)生大量有害氣體和溫室氣體，大力發(fā)展水力發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電與光伏發(fā)電等可再生能源發(fā)電，提高可再生能源的消納率成為世界各國廣泛關(guān)注的問題。可再生能源的出力受天氣影響較大，具有不確定性與波動性，這給電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行帶來了挑戰(zhàn)。為能更多地消納可再生能源，實現(xiàn)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，國內(nèi)外諸多學(xué)者提出了綜合能源系統(tǒng)(integrated?energy?system,ies)的概念。

2、多能耦合能有效提升能源利用率，各種能源轉(zhuǎn)換設(shè)備的發(fā)展也為不同能源系統(tǒng)的互聯(lián)提供了手段。通過多種能源之間的科學(xué)調(diào)度，可以實現(xiàn)能源高效利用、提高系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性、滿足用戶多種能源梯級利用、消納可再生能源等目的，提高各能源設(shè)備利用效率，有效促進(jìn)節(jié)能減排，促進(jìn)多能源系統(tǒng)低碳化發(fā)展。因此，對綜合能源系統(tǒng)的優(yōu)化規(guī)劃和運行問題進(jìn)行全面、深入和系統(tǒng)性的研究，對提高系統(tǒng)的能源利用效率，實現(xiàn)能源的梯級利用，增強(qiáng)系統(tǒng)運行的靈活性和可靠性，具有十分重要的指導(dǎo)意義。

3、綜合能源系統(tǒng)中既可以包括風(fēng)電、光伏等清潔能源發(fā)電形式，也可以包括利用煤炭、天然氣等傳統(tǒng)發(fā)電形式，二者互補(bǔ)融合，各取所長，同時兼顧供電的穩(wěn)定性和節(jié)能環(huán)保的優(yōu)勢。綜合能源系統(tǒng)集群互聯(lián)系統(tǒng)可通過對包括可再生能源供能的綜合能源系統(tǒng)能源供給網(wǎng)、大電網(wǎng)、天然氣網(wǎng)進(jìn)行統(tǒng)一的協(xié)同優(yōu)化調(diào)度，為實現(xiàn)電、氣、熱、冷等多種能源綜合利用、降低綜合能源系統(tǒng)整體供能運行成本、提升綜合能源系統(tǒng)集群系統(tǒng)總體優(yōu)化調(diào)節(jié)水平和調(diào)節(jié)經(jīng)濟(jì)性提供有效途徑，成為滿足當(dāng)下綠色、清潔供能和能源利用可持續(xù)發(fā)展的重點研究方向之一。

4、然而，諸多研究針對綜合能源系統(tǒng)(ies)的最優(yōu)運行調(diào)度，難以得到綜合能源系統(tǒng)(ies)對電網(wǎng)運行的支撐能力，在網(wǎng)荷互動背景下，綜合能源系統(tǒng)(ies)內(nèi)部多能流間復(fù)雜耦合，如何準(zhǔn)確評估綜合能源系統(tǒng)(ies)整體上級電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力，是實現(xiàn)綜合能源系統(tǒng)(ies)參與電網(wǎng)調(diào)節(jié)的重要問題。

5、公開于該背景技術(shù)部分的信息僅僅旨在加深對本發(fā)明的總體背景技術(shù)的理解，而不應(yīng)當(dāng)被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種綜合能源系統(tǒng)可調(diào)能力的優(yōu)化調(diào)度方法、裝置、設(shè)備及介質(zhì)，從而有效解決背景技術(shù)中的問題。

2、為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種綜合能源系統(tǒng)可調(diào)能力的優(yōu)化調(diào)度方法，包括如下步驟：

3、s10：建立基于機(jī)會約束評估綜合能源系統(tǒng)可調(diào)能力的數(shù)學(xué)模型，至少包括分別建立新能源供應(yīng)設(shè)備，能源儲存設(shè)備，和需求側(cè)的需求響應(yīng)模型；

4、s20：建立綜合能源系統(tǒng)內(nèi)各個所述設(shè)備的運行約束條件和功率的上下限約束，用于限制各設(shè)備運行在額定運行區(qū)域內(nèi)，所述運行約束條件包括設(shè)備運行約束、電氣熱功率平衡約束與經(jīng)濟(jì)約束；

5、s30：建立機(jī)會約束規(guī)劃模型，基于機(jī)會約束規(guī)劃方法，考慮風(fēng)電光伏出力的不確定性，將所述不確定性約束轉(zhuǎn)化為確定性約束條件；

6、s40：基于所述機(jī)會約束規(guī)劃模型建立綜合能源系統(tǒng)的可調(diào)能力評估模型；

7、s50：求解所述綜合能源系統(tǒng)可調(diào)能力評估模型，獲得優(yōu)化結(jié)果，畫出綜合能源系統(tǒng)的可調(diào)能力范圍。

8、進(jìn)一步地，在步驟s10中，所述需求響應(yīng)模型包括可平移負(fù)荷模型，所述可平移負(fù)荷模型的約束條件包括：

9、

10、式中，αt表示可平移負(fù)荷在某個時段t內(nèi)的平移狀態(tài)，αt＝1時表示負(fù)荷平移，αt＝0時表示負(fù)荷不平移；tst表示起始時刻；tcon表示可平移負(fù)荷的持續(xù)運行時間；t表示調(diào)度時段數(shù)。

11、進(jìn)一步地，在步驟s10中，所述需求響應(yīng)模型包括可轉(zhuǎn)移負(fù)荷模型，所述可轉(zhuǎn)移負(fù)荷模型與約束的模型包括：

12、-ptran,min≤ptran,t≤ptran,max；

13、

14、式中，ptran,t表示t時刻可轉(zhuǎn)移負(fù)荷發(fā)生的轉(zhuǎn)移量；ptran,min和ptran,max分別表示可轉(zhuǎn)移負(fù)荷功率的最小值和最大值。

15、進(jìn)一步地，在步驟s10中，所述需求響應(yīng)模型包括可削減負(fù)荷模型，所述可削減負(fù)荷模型與約束的模型包括：

16、pcut,t＝(1-εtδt)p′cut,t；

17、

18、式中，δt為0/1變量，表示可削減負(fù)荷在某一時段t內(nèi)的削減狀態(tài)，δ＝1表示可削減負(fù)荷被削減，δ＝0表示不被削減；εt為t時段下的負(fù)荷削減系數(shù)，εt∈(0,1)；p′cut,t為可削減負(fù)荷參與調(diào)度前的功率；nmax為最大削減次數(shù)pcut,t表示可削減負(fù)荷參與調(diào)度后的功率。

19、進(jìn)一步地，在步驟s20中，建立綜合能源系統(tǒng)內(nèi)各個所述設(shè)備的運行約束條件，所述設(shè)備為電熱鍋爐，所述電熱鍋爐的運行約束條件模型，包括：

20、heb,t＝ηebpeb,t；

21、0≤peb,t≤peb,max；

22、式中，heb,t為電鍋爐在t時段內(nèi)的產(chǎn)熱功率；ηeb為電鍋爐的產(chǎn)熱效率；peb,t和peb,max為t時段內(nèi)電鍋爐的電功率和最大用電功率。

23、進(jìn)一步地，在步驟s20中，建立綜合能源系統(tǒng)內(nèi)各個所述設(shè)備的運行約束條件，所述設(shè)備為燃?xì)忮仩t，所述燃?xì)忮仩t的運行約束條件模型，包括：

24、hgb,t＝ggb,tηgb；

25、0≤hgb,t≤hgbmax；

26、式中，hgb,t為燃?xì)忮仩t在t時段內(nèi)的供熱功率；ggb,t為燃?xì)忮仩t在t時段內(nèi)消耗天然氣的功率；ηgb為供熱效率；hgbmax為鍋爐本身的最大產(chǎn)熱功率。

27、進(jìn)一步地，在步驟s20中，建立綜合能源系統(tǒng)內(nèi)各個所述設(shè)備的運行約束條件，所述設(shè)備為電轉(zhuǎn)氣裝置，所述電轉(zhuǎn)氣裝置的運行約束條件模型，包括：

28、0≤pp2g,t≤pp2g,max；

29、式中，pp2g,t為電轉(zhuǎn)氣裝置在t時段內(nèi)消耗的電功率；pp2g,max為電轉(zhuǎn)氣裝置消耗的最大電功率。

30、進(jìn)一步地，在步驟s20中，建立綜合能源系統(tǒng)內(nèi)各個所述設(shè)備的運行約束條件，所述設(shè)備為燃?xì)廨啓C(jī)與余熱鍋爐，所述燃?xì)廨啓C(jī)與余熱鍋爐的運行約束條件模型，包括：

31、pmt,t＝gmt,tηmt·lhv；

32、

33、式中，pmt,t為t時刻燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)生的電能；gmt,t為t時刻燃?xì)廨啓C(jī)消耗的天然氣量；ηmt為燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)換效率；lhv為天然氣的熱值；hmt,t為經(jīng)過轉(zhuǎn)化發(fā)出的熱量；ηl為燃熱損失系數(shù)。

34、進(jìn)一步地，在步驟s20中，建立綜合能源系統(tǒng)內(nèi)各個所述設(shè)備的運行約束條件，所述設(shè)備為蓄電池，所述蓄電池的運行約束條件模型，包括：

35、

36、0≤pesc,t≤bc,tpesc,max；

37、0≤pesd,t≤bd,tpesd,max；

38、bc,t+bd,t≤1；

39、wes,min≤wes,t≤wes,max；

40、wes,0＝wes,t；

41、式中，wes,t、wes,max、wes,min分別為蓄電池在t時段內(nèi)儲存的電量、最大儲電容量與最小儲電容量；γc、γd分別為蓄電池的充電效率與放電效率；pesc,t、pesd,t分別為蓄電池在t時段內(nèi)的充電功率與放電功率；pesc,max、pesd,max分別為蓄電池允許的最大充電功率與最大放電功率；bc,t、bd,t分別表示蓄電池工作時的兩種工作狀態(tài)，分別為充電和放電狀態(tài)，bc,t＝1表示蓄電池工作于充電狀態(tài)，bd,t＝1表示蓄電池工作于放電狀態(tài)，并且儲能設(shè)備只能工作于一種狀態(tài)；wes,0、wes,t分別為調(diào)度周期始末的儲電容量；wes,t-1表示蓄電池在t-1時段內(nèi)儲存的電量；δt表示一個調(diào)度時段的時長。

42、進(jìn)一步地，在步驟s20中，建立綜合能源系統(tǒng)內(nèi)各個所述設(shè)備的運行約束條件，所述設(shè)備為儲氣設(shè)備，所述儲氣設(shè)備的運行約束條件模型，包括：

43、

44、0≤ggc,t≤cc,tggc,max；

45、0≤ggd,t≤cd,tggd,max；

46、cc,t+cd,t≤1；

47、0≤gg,t≤gg,max；

48、gg,0＝gg,t；

49、式中，gg,t為儲氣裝置t時刻下的儲存的天然氣量；gg,max表示儲氣裝置能夠儲存的最大天然氣量；ggc,t和ggd,t分別為儲氣裝置在t時刻下儲氣和注氣的功率；ηgc和ηgd分別表示儲氣和注氣的效率；cc,t和cd,t分別表示了儲氣裝置在t時刻下的兩種工作狀態(tài)，分別為儲氣和注氣的狀態(tài)，cc,t＝1表示儲氣裝置工作于儲氣狀態(tài)，cd,t＝1表示儲氣裝置工作于注氣狀態(tài)；ggc,max和ggd,max分別表示儲氣裝置的最大儲氣和注氣功率；gg,0和gg,t分別表示儲氣裝置在調(diào)度周期始末的儲存的天然氣量。

50、進(jìn)一步地，在步驟s20中，建立綜合能源系統(tǒng)內(nèi)各個所述設(shè)備的運行約束條件，所述設(shè)備為儲熱設(shè)備，所述儲熱設(shè)備的運行約束條件模型，包括：

51、

52、0≤hrc,t≤ac,thrc,max；

53、0≤hrd,t≤ac,thrd,max；

54、ac,t+ad,t≤1；

55、0≤sr,t≤sr,max；

56、sr,0＝sr,t；

57、式中，sr,t表示儲熱裝置在t時段下的儲熱容量；sr,max表示儲熱裝置的最大儲熱容量；hrc,t和hrd,t分別是儲熱裝置在t時段下的儲熱功率和放熱功率；ηrc、ηrd分別表示儲熱裝置儲熱和放熱的效率；hrc,max和hrd,max分別為儲熱裝置的最大儲熱功率和放熱功率；ac,t和ad,t分別表示儲熱裝置的兩種工作狀態(tài)，分別為儲熱狀態(tài)和放熱狀態(tài)，ac,t＝1表示儲熱裝置工作于儲熱狀態(tài)，ad,t＝1表示儲熱裝置工作于放熱狀態(tài)；sr,0、sr,t分別表示儲熱器在調(diào)度周期始末的儲熱容量。

58、進(jìn)一步地，在步驟s20中，所述經(jīng)濟(jì)約束的模型包括：

59、ctotal≤c；

60、ctotal＝cbuy+cab+csto+ccar+cdr；

61、式中，ctotal為總成本；c為人為預(yù)設(shè)的成本；cbuy為ies的總購能成本；cab為棄風(fēng)棄光成本；csto為儲能折舊成本；ccar為碳排成本；cdr為需求響應(yīng)成本。

62、進(jìn)一步地，在步驟s30中，建立機(jī)會約束規(guī)劃模型，基于機(jī)會約束規(guī)劃方法，考慮風(fēng)電光伏出力的不確定性，所述機(jī)會約束規(guī)劃模型，包括：

63、

64、式中，ef(x,ζ)為在特定決策變量和隨機(jī)變量下的目標(biāo)函數(shù)期望值；x為決策變量；ζ為隨機(jī)變量；pr{·}為事件{·}發(fā)生的概率；gi(x,ζ)≤0為系統(tǒng)中的不等式約束；βi為規(guī)定事件發(fā)生的概率的置信水平，βi∈(0,1)；d為確定性約束集合。

65、進(jìn)一步地，在步驟s30中，建立機(jī)會約束規(guī)劃模型，基于機(jī)會約束規(guī)劃方法，考慮風(fēng)電光伏出力的不確定性，將所述不確定性約束轉(zhuǎn)化為確定性約束條件，所述轉(zhuǎn)化為確定性約束條件模型，包括：

66、

67、式中，pgrid,t表示t時刻ies與上級電網(wǎng)之間的交互功率，kw；ppv,t,c和pw,t,c分別表示t時刻ies實際消納的光伏與風(fēng)電功率；pesd,t和pesc,t分別為t時刻蓄電池的放能功率和充能功率；pp2g,t為t時刻p2g(電轉(zhuǎn)器)消耗的電功率；pload,t為t時刻的電負(fù)荷；f-1()表示滿足正態(tài)分布的變量的逆累積分布函數(shù)，和分別表示風(fēng)電與光伏所滿足的正態(tài)分布的方差。

68、進(jìn)一步地，在步驟s40中，基于所述機(jī)會約束建立綜合能源系統(tǒng)的可調(diào)能力評估模型，模型包括：

69、

70、式中：pgrid,t表示t時刻ies與上級電網(wǎng)之間的交互功率，單位為kw；egrid,t表示累計至t時刻，ies與上級電網(wǎng)之間累計交互的電量，單位為kwh；minpgrid,t表示t時刻ies與上級電網(wǎng)之間的交互功率的最小值；maxpgrid,t表示t時刻ies與上級電網(wǎng)之間的交互功率的最大值；minegrid,t表示累積到t時刻ies與上級電網(wǎng)之間累計交互電量的最小值；maxegrid,t表示累積到t時刻ies與上級電網(wǎng)之間累計交互電量的最大值。

71、進(jìn)一步地，在步驟s50中，求解所述綜合能源系統(tǒng)可調(diào)能力評估模型，獲得優(yōu)化結(jié)果，包括：

72、使用混合整數(shù)線性規(guī)劃法，基于matlab+yalmip+gurobi求解器求解所述綜合能源系統(tǒng)的可調(diào)能力評估模型，畫出各個時刻綜合能源系統(tǒng)對電能需求的上下限，得到綜合能源系統(tǒng)可調(diào)能力范圍結(jié)果。

73、本發(fā)明還包括一種綜合能源系統(tǒng)可調(diào)能力的優(yōu)化調(diào)度裝置，使用如上述的方法，包括：

74、建立數(shù)學(xué)模型模塊，用于建立基于機(jī)會約束評估綜合能源系統(tǒng)可調(diào)能力的數(shù)學(xué)模型，至少包括分別建立新能源供應(yīng)設(shè)備，能源儲存設(shè)備和需求側(cè)的需求響應(yīng)模型；

75、建立約束模塊，用于建立綜合能源系統(tǒng)內(nèi)各個所述設(shè)備的運行約束條件和功率的上下限約束，用于限制各設(shè)備運行在額定運行區(qū)域內(nèi)，所述運行約束條件包括設(shè)備運行約束、電氣熱功率平衡約束與經(jīng)濟(jì)約束；

76、建立機(jī)會約束模塊，用于建立機(jī)會約束規(guī)劃模型，基于機(jī)會約束規(guī)劃方法，考慮風(fēng)電光伏出力的不確定性，將所述不確定性約束轉(zhuǎn)化為確定性約束條件；

77、建立評估模型模塊，用于基于所述機(jī)會約束規(guī)劃模型建立綜合能源系統(tǒng)的可調(diào)能力評估模型；

78、求解評估模型模塊，用于求解所述綜合能源系統(tǒng)可調(diào)能力評估模型，獲得優(yōu)化結(jié)果，畫出綜合能源系統(tǒng)的可調(diào)能力范圍。

79、本發(fā)明還包括一種計算機(jī)設(shè)備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計算機(jī)程序時，實現(xiàn)如上述的方法。

80、本發(fā)明還包括一種存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機(jī)程序，該計算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如上述的方法。

81、本發(fā)明的有益效果為：

82、通過建立基于機(jī)會約束評估綜合能源系統(tǒng)可調(diào)能力的模型，綜合能源系統(tǒng)模型外接上級電網(wǎng)與天然氣管網(wǎng)，其內(nèi)部包含新能源供應(yīng)設(shè)備，如風(fēng)電和光伏；能源耦合設(shè)備，如燃?xì)忮仩t、電熱鍋爐、電轉(zhuǎn)氣、燃?xì)廨啓C(jī)和余熱鍋爐等；能源儲存設(shè)備，如蓄電池、儲熱罐和儲氣罐，需求側(cè)包含考慮了需求響應(yīng)的電負(fù)荷、熱負(fù)荷和氣負(fù)荷，同時考慮經(jīng)濟(jì)約束；基于機(jī)會約束方法考慮風(fēng)電光伏出力的不確定性，設(shè)立兩組目標(biāo)函數(shù)，目標(biāo)函數(shù)組1為各個時刻綜合能源系統(tǒng)與上級電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線上的交互電功率的最大值和最小值；目標(biāo)函數(shù)組2為以零時刻為起點，截止至各個時刻，綜合能源系統(tǒng)與上級電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線累計交互電量的最大值和最小值。約束條件包括綜合能源系統(tǒng)中各個設(shè)備運行約束與功率的上下限約束，考慮機(jī)會約束的電功率平衡約束、天然氣功率約束、熱功率平衡約束和經(jīng)濟(jì)約束，基于上述建立基于機(jī)會約束方法的綜合能源系統(tǒng)可調(diào)能力范圍的評估模型，基于matlab平臺，調(diào)用yalmip優(yōu)化工具包的gurobi求解器進(jìn)行求解并畫出綜合能源系統(tǒng)對電能需求的上下限，進(jìn)而描述綜合能源系統(tǒng)的可調(diào)能力范圍，該方法能夠使上級系統(tǒng)更好地對綜合能源系統(tǒng)調(diào)度，有利于電網(wǎng)的完全穩(wěn)定運行，提高綜合能源系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，也保證了供電的可靠性。