CN105279355A - 一种园区型多能源互补分布式能源系统的能源调度实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种园区型多能源互补分布式能源系统的能源调度实现方法，包括根据能源来源的特性，将多能源互补分布式能源系统的所有设备的能源属性和作用进行分类建模，得到各种能源供给设备模型；设置调度周期、初始条件和决策变量，并设置目标函数、设备约束条件和能源供给平衡约束条件，得到多能源互补分布式能源系统能源优化调度模型；采用动态初始解的非线性规划方法对多能源互补分布式能源系统能源优化调度模型进行快速求解，得到多能源互补分布式能源系统能源优化调度决策变量的计算结果；采用滚动优化方法应对多能源互补分布式能源系统的动态变化。本发明能够提高园区型多能源互补分布式能源系统能源利用效率和供能经济效益。

Description

一种园区型多能源互补分布式能源系统的能源调度实现方法

技术领域

本发明涉及一种能源调度的实现方法，特别是涉及一种园区型多能源互补分布式能源系统的能源调度实现方法。

背景技术

分布式能源系统是相对传统的集中式供能的能源系统而言的，传统的集中式供能系统采用大容量设备、集中生产，然后通过专门的输送设施(大电网、大热网等)将各种能量输送给较大范围内的众多用户；而分布式能源系统则是直接面向用户，按用户的需求就地生产并供应能量，具有多种功能，可满足多重目标的中、小型能量转换利用系统。

多能源互补分布式能源系统是一种新型能源集成系统。多能源互补分布式能源系统直接面向用户，根据用户的需求提供各种形式的能源。多能源互补分布式能源系统主要使用可再生能源(太阳能、风能等)、低品位能源(水蓄能、冰蓄冷、地源热泵等)，以及冷热电联供等能源形式。

园区型分布式能源系统供能的对象是商务园区、产业园区或者农业生态园区，能源需求侧往往还具有多地块、多用户、多用能的特征，例如为区域内的建筑供能，将涉及数十万平方米的建筑群。园区型分布式能源系统能源需求呈现多源结构，能源的综合利用、梯级利用需要进一步被强化。因此，园区型分布式能源系统涵盖多源能源系统的统合、各种能级的耦合转换和梯级利用。

园区型多能源互补分布式能源系统可以同时提供冷、热、电三种形式的能源，一次满足用户的多种能源需求。系统针对用户需求进行供能调节。由于系统产能过程不稳定性，仅考虑单个设备的运行调度无法达到系统的优化运行。因此，园区型多能源互补分布式能源系统的优化调度非常重要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种园区型园区型多能源互补分布式能源系统的能源调度实现方法，以最大限度地利用冷热电多种能源，实现能源的梯级利用，增加系统的运行效益，提高系统运行的稳定性。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种园区型多能源互补分布式能源系统的能源调度实现方法，至少包括以下步骤：步骤S1、根据能源来源的特性，将园区型多能源互补分布式能源系统的所有设备的能源属性和作用进行分类建模，得到各种能源供给设备模型；步骤S2、设置调度周期、初始条件和决策变量，并设置目标函数、设备约束条件和能源供给平衡约束条件，得到园区型多能源互补分布式能源系统能源优化调度模型；步骤S3、采用动态初始解的非线性规划方法对园区型多能源互补分布式能源系统能源优化调度模型进行快速求解，得到园区型多能源互补分布式能源系统能源优化调度决策变量的计算结果；步骤S4、采用滚动优化方法应对园区型多能源互补分布式能源系统的动态变化，当能源负荷或者能源动态型设备产能发生变化时，重新计算能源平衡与优化调度策略。

根据上述的园区型多能源互补分布式能源系统的能源调度实现方法，其中：所述步骤S1中，根据园区型多能源互补分布式能源系统供能设备的能源产生和消耗关系，将园区型多能源互补分布式能源系统的模型进行以下四种建模：

1)园区型多能源互补分布式能源系统能源转换设备建模；该类型设备的能源转换量通过以下公式进行建模：

Q₂＝a_nQ₁ ⁿ+...+a₂Q₁ ²+a₁Q₁+b

其中Q₁表示能源转换设备的能源消耗量，Q₂表示能源转换设备的能源供给量，a₁、a₂、……a_n和b表示模型参数，n表示多项式次数；

2)园区型多能源互补分布式能源系统多能源互补设备建模；该类型设备的模型表达为以下方程组：

$Q_0=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{a}_n^i{Q_i}^n+...+a_2^i{Q_i}^2+a_1^i{Q}_i+b_i$

$c_n^i{Q_i}^n+...+c_2^i{Q_i}^2+c_1^i{Q}_i+b_i=c_n^j{Q_j}^n+...+c_2^j{Q_j}^2+c_1^j{Q}_j+b_j$ 其中i≠j

其中Q_i和Q_j表示多能源互补设备第i和j种能源产生量，Q₀表示多能源互补型设备的能源消耗量， $a_1^i,a_2^i,\·\·\·\·\·\·a_n^i,c_1^i,c_2^i,\·\·\·\·\·\·c_n^i,c_1^j,c_2^j,\·\·\·\·\·\·c_n^j,b_i,$ b_j表示模型参数，n表示多项式次数，m表示多能源互补设备产生能源种类的总数；

3)园区型多能源互补分布式能源系统能源存储设备建模；该类型设备的模型表达为以下方程：

Q_i(t)＝Q_i(t-1)+ΔQ_i(t)

其中Q_i(t)表示能源存储设备第i种能源t时刻的能源存储量，ΔQ_i(t)表示能源存储设备第i种能源在t时刻与t-1时刻间的能源存储的变化量；

4)园区型多能源互补分布式能源系统能源动态发生设备建模，该类型设备的模型表达为以下方程：

Q(t)＝f(Q(t-1),Q(t-2),...,Q(t-N_t))

其中Q(t)表示能源动态发生设备t时刻的能源发生量，f(Q)表示能源动态发生设备预测函数，N_t表示调度时间段总数。

根据上述的园区型多能源互补分布式能源系统的能源调度实现方法，其中所述步骤S2中，园区型多能源互补分布式能源系统的目标函数为：

$\max \underset{i=1}{\overset{N_t}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{N_j}{\mathrm{\Σ}}}\underset{k=1}{\overset{N_k}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ρ}}_j{Q}_{k,j}\left(i\right)-\underset{i=1}{\overset{N_t}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{N_j}{\mathrm{\Σ}}}\underset{k=1}{\overset{N_k}{\mathrm{\Σ}}}{{\mathrm{\ρ}}^{\′}}_j{Q^{\′}}_{k,j}\left(j\right)$

其中ρ_j表示第j种能源出售价格，ρ'_j表示第j种能源购买价格，Q_k,j(i)表示第i时刻第k种设备第j种能源供应量，Q'_k,j(i)表示第i时刻第k种设备第j种能源消耗量，N_t表示调度时间段总数，N_j表示能源类型总数，N_k表示能源供给设备总数。

根据上述的园区型多能源互补分布式能源系统的能源调度实现方法，其中所述步骤S2中，能源设备约束条件包括能源转换型设备约束条件、多能源互补型设备约束条件和能源存储型设备约束条件。

进一步地，根据上述的园区型多能源互补分布式能源系统的能源调度实现方法，其中能源转换型设备供能或者耗能量产能约束条件为：

Q_k,j(i)≤Q_max,j

其中Q_k,j(i)表示第i时刻第k种能源转换型设备第j种能源供给量或者消耗量，Q_max,j表示第i时刻第k种能源转换型设备第j种能源供给量或者消耗量的最大值；

能源转换型设备调整能力约束条件为：

Q_k,j(i)-Q_k,j(i-1)≤ΔQ_max,j

其中ΔQ_max,j表示能源转换型设备第j种能源在i时刻与i-1时刻间的能源调整量的最大值；

能源转换型设备能源转换约束条件为：

Q_j'(i)＝a_nQ_j ⁿ(i)+...+a₂Q_j ²(i)+a₁Q_j(i)+b

其中Q_j(i)表示第i时刻能源转换型设备第j种能源消耗量，Q_j'(i)表示第i时刻能源转换型设备第j种能源供给量，a₁、a₂、……a_n、b表示模型参数，n表示多项式次数。

进一步地，根据上述的园区型多能源互补分布式能源系统的能源调度实现方法，其中多能源互补型设备供能或者耗能量产能约束条件为：

Q_k,j(i)≤Q_max,j

其中Q_k,j(i)表示第i时刻第k种多能源互补型设备第j种能源供给量或者消耗量，Q_max,j表示多能源互补型设备第j种能源供给量或者消耗量的最大值；

多能源互补型设备调整能力约束条件为：

Q_k,j(i)-Q_k,j(i-1)≤ΔQ_max,j

其中ΔQ_max,j表示多能源互补型设备第j种能源在i时刻与i-1时刻间的能源调整量的最大值；

多能源互补型设备能源互补约束条件为：

$Q_0\left(i\right)=\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{a}_n^j{Q_j}^n\left(i\right)+...+a_2^j{Q_j}^2+a_1^j{Q}_j\left(i\right)+b_j$

其中Q_j(i)表示第i时刻多能源互补设备第j种能源的产生量，Q₀(i)表示第i时刻多能源互补型设备的能源消耗量，b_j表示模型参数，n表示多项式次数，m表示多能源互补设备产生能源种类的总数；

多能源互补型设备能源比例约束条件为：

$c_n^j{Q_j}^n\left(i\right)+...+c_2^j{Q_j}^2\left(i\right)+c_1^j{Q}_j\left(i\right)+b_i=c_n^{j^{\′}}{Q_{j^{\′}}}^n\left(i\right)+...+c_2^{j^{\′}}{Q_{j^{\′}}}^2\left(i\right)+c_1^{j^{\′}}{Q}_{j^{\′}}\left(i\right)+b_{j^{\′}}$ 其中j≠j’

其中Q_j(i)和Q_j'(i)分别表示第i时刻多能源互补型设备第j种和第j’种能源的产生量， $c_1^j,c_2^j,\·\·\·\·\·\·c_n^j,c_1^{j^{\′}},c_2^{j^{\′}},\·\·\·\·\·\·c_n^{j^{\′}},b_i,$ b_j'表示模型参数。

进一步地，根据上述的园区型多能源互补分布式能源系统的能源调度实现方法，其中能源存储型设备供能或者耗能量产能约束条件为：

Q_min,j≤Q_k,j(i)≤Q_max,j

其中Q_k,j(i)表示第i时刻第k种能源存储型设备第j种能源供给量或者消耗量，Q_min,j表示能源存储型设备第j种能源供给量或者存储量的最小值，Q_max,j表示能源存储型设备第j种能源供给量或者存储量的最大值；

能源存储型设备能量变化约束条件为：

Q_k,j(i)-Q_k,j(i-1)≤ΔQ_max,j

其中ΔQ_max,j表示能源转换型设备第j种能源在i时刻与i-1时刻的能源存储量变化的最大值；

能源存储型设备存储量约束条件为：

Q_j(i)＝Q_j(i-1)+ΔQ_j(i)

其中ΔQ_j(i)表示能源存储设备第j种能源在t时刻与t-1时刻间的能源存储量的变化量。

根据上述的园区型多能源互补分布式能源系统的能源调度实现方法，其中所述步骤S2中，设置能源供需平衡的约束条件表示第i个调度时间段内第j种能源相关的三种类型供能设备能源发生量和蓄能设备存储量的变化量等于分布式能源系统第j种能源的需求量，具体公式如下：

$\underset{j=1}{\overset{N_s}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_{j,k}\left(i\right)+\underset{j=1}{\overset{N_c}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_{j,k}\left(i\right)+\underset{j=1}{\overset{N_m}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_{j,k}\left(i\right)+\underset{j=1}{\overset{N_n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ΔQ}}_{j,k}\left(i\right)=P_j\left(i\right)$

其中Q_k,j(i)表示第i时刻第k种设备第j种能源供应量，ΔQ_j,k(i)表示第k种能源存储型设备第i时刻第j种能源存储变量化量，P_j(i)表示第i时刻第j种能源的需求量，N_s表示能源转换设备的种类数，N_c表示多能源互补设备的种类数，N_m表示能源动态发生设备的种类数，N_n表示能源存储设备的种类数。

根据上述的园区型多能源互补分布式能源系统的能源调度实现方法，其中所述步骤S3中，采用动态初始解的非线性规划方法对园区型多能源互补分布式能源系统能源优化调度模型进行快速求解时，将前一次调度周期的决策变量计算值设定为当前周期决策变量的初始值。

根据上述的园区型多能源互补分布式能源系统的能源调度实现方法，其中所述步骤S4又包括以下步骤：

每间隔一定时间段判断是否有突发事件发生；

当能源需求发生变化或者能源动态设备产能发生变化时，将能源优化调度问题调度时间段通过移动窗口重新设置，并重新求解能源优化调度决策变量；

其中，所述突发事件包括：1)能源需求量超出预测需求量10％；2)能源动态发生设备发生量超出预测发生量10％；3)能源供应设备出现故障。

如上所述，本发明的园区型多能源互补分布式能源系统的能源调度实现方法，具有以下有益效果：

(1)按照能源来源和设备供能类型进行分类建模，减少了模型的计算量，并提高了模型的准确性；

(2)园区型多能源互补型设备模型能够更准确的表示多能源互补分布式能源系统的多能源互补特性；

(3)通过动态设置初始解能够快速求解能源优化调度问题；

(4)能够快速应对园区型多能源互补分布式能源系统的动态波动。

附图说明

图1显示为本发明的园区型多能源互补分布式能源系统的能源调度实现方法的流程图；

图2显示为本发明的园区型多能源互补分布式能源系统的能源调度实现方法的分解图；

图3显示为本发明的园区型多能源互补分布式能源系统的能源调度实现方法在实例中的能源优化调度结果示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

参照图1和图2，本发明的园区型多能源互补分布式能源系统的能源调度实现方法包括以下步骤：

步骤S1、根据能源来源的特性，将园区型多能源互补分布式能源系统的所有设备的能源属性和作用进行分类建模，得到各种能源供给设备模型。

其中，对园区型多能源互补分布式能源系统能源来源建模是指对园区型多能源互补分布式能源系统内部的不同类型的设备根据设备的能源属性不同建立不同类型的多项式机理模型。

具体地，根据园区型多能源互补分布式能源系统供能设备的能源产生和消耗关系，将多能源互补分布式能源系统的模型进行以下四种建模：

(1)园区型多能源互补分布式能源系统能源转换设备建模。

典型设备为制冷设备。该类型设备在供能过程中将一种能源转换为另外一种能源。在额定工况下，该类型设备的能源转换量可以通过以下公式进行建模：

Q₂＝a_nQ₁ ⁿ+...+a₂Q₁ ²+a₁Q₁+b；

其中Q₁表示能源转换设备的能源消耗量，Q₂表示能源转换设备的能源供给量，a₁、a₂、……a_n和b表示模型参数，n表示多项式次数。

(2)园区型多能源互补分布式能源系统多能源互补设备建模。

典型设备为内燃机联供设备。该类型设备产生多种能源。这类设备的各种能源的产生量之间存在一定约束关系。它是多能源互补分布式能源系统中必须考虑的设备。该类型设备的模型可以表达为以下方程组：

$Q_0=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{a}_n^i{Q_i}^n+...+a_2^i{Q_i}^2+a_1^i{Q}_i+b_i$

$c_n^i{Q_i}^n+...+c_2^i{Q_i}^2+c_1^i+b_i=c_n^j{Q_j}^n+...+c_2^j{Q_j}^2+c_1^j{Q}_j+b_j$ 其中i≠j

其中Q_i和Q_j表示多能源互补设备第i和j种能源产生量，Q₀表示多能源互补型设备的能源消耗量， $a_1^i,a_2^i,\·\·\·\·\·\·a_n^i,c_1^i,c_2^i,\·\·\·\·\·\·c_n^i,c_1^j,c_2^j,\·\·\·\·\·\·c_n^j,b_i,$ b_j表示模型参数，n表示多项式次数，m表示多能源互补设备产生能源种类的总数。

(3)园区型多能源互补分布式能源系统能源存储设备建模。

典型设备为水蓄冷。该类型设备存储某种能源。该类型设备的模型可以表达为以下方程：

Q_i(t)＝Q_i(t-1)+ΔQ_i(t)

其中Q_i(t)表示能源存储设备第i种能源t时刻的能源存储量，ΔQ_i(t)表示能源存储设备第i种能源在t时刻与t-1时刻间的能源存储的变化量。

(4)园区型多能源互补分布式能源系统能源动态发生设备建模。

典型设备为光伏发电设备。该类型设备在供能过程中波动的产生一种能源，故采用神经网络方法对这类设备进行预测建模。该类型设备的模型可以表达为以下方程可以表达为：

Q(t)＝f(Q(t-1),Q(t-2),...,Q(t-N_t))

其中Q(t)表示能源动态发生设备t时刻的能源发生量，f(Q)表示能源动态发生设备预测函数，N_t表示调度时间段总数。

步骤S2、设置调度周期、初始条件和决策变量，并设置目标函数、设备约束条件和能源供给平衡约束条件，得到园区型多能源互补分布式能源系统能源优化调度模型。

其中，对园区型多能源互补分布式能源系统能源优化调度建模是指对根据园区型多能源互补分布式能源系统的经济性要求和能源供给要求建立园区型多能源互补分布式能源系统能源优化调度目标函数；根据园区型多能源互补分布式能源系统的各种设备建立能源系统设备约束；根据园区型多能源互补分布式能源系统的冷热电三种能源负荷需求建立能源供给平衡约束。

基于经济性和能源供给要求进行目标函数建模、设备约束条件建模和能源供给平衡建模。

具体地，该步骤具体包括以下几个方面：

(1)设置调度周期

设整个能源优化调度时间段为[t₀,t_f]，能源调度时间间隔为T，调度时间段包含N_t个时间间隔T，令t_i＝[t₀+(i-1)T，t₀+iT]，其中i＝1，…，N_t。例如设定整个能源优化调度时间段为24小时，其中间隔时间为1小时。

(2)设置初始条件

能源类型编号为j＝1，…，N_j，共N_j种能源类型，例如冷热电三种能源；设置N_k种能源供给设备，设备编号为k＝1，…，N_k，例如微燃机等。

(3)设置决策变量

在上述园区型多能源互补分布式能源系统能源优化调度模型中涉及到的多能源互补型能源设备、能源转换设备和蓄能型设备都是可调度设备，即设备运行过程中涉及的能源产耗量在一定范围内可调节。因此可调度设备的能源产耗量成为优化问题的决策变量。而能源动态型设备为不可调度设备，即设备在运行过程中涉及的能源产耗量不可调节，但会影响能源供需平衡约束方程。例如，设置微燃机的发电量和发热量为决策变量。

(4)设置园区型多能源互补分布式能源系统经济性目标函数及参数

园区型多能源互补分布式能源系统能源优化调度的目标主要是在满足能源需求的条件下达到能源系统经济性最优化。根据上述目标，分布式能源系统能源优化调度问题的优化调度目标可以描述为：在整个调度时段内，在保证满足各种能源负荷的前提下，通过调整各生产设备的能源产耗量，实现子目标1：能源系统能源供应收入最大化；子目标2：能源系统供能系统能源购买费用最小化，通过两个目标函数使得供能系统能源的经济效益最大化。

园区型多能源互补分布式能源系统经济性目标函数如下：

$\max \underset{i=1}{\overset{N_t}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{N_j}{\mathrm{\Σ}}}\underset{k=1}{\overset{N_k}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ρ}}_j{Q}_{k,j}\left(i\right)-\underset{i=1}{\overset{N_t}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{N_j}{\mathrm{\Σ}}}\underset{k=1}{\overset{N_{\mathrm{kk}}}{\mathrm{\Σ}}}{{\mathrm{\ρ}}^{\′}}_j{Q^{\′}}_{k,j}\left(i\right)$

其中ρ_j表示第j种能源出售价格，ρ'_j表示第j种能源购买价格，Q_k,j(i)表示第i时刻第k种设备第j种能源供应量，Q'_k,j(i)表示第i时刻第k种设备第j种能源消耗量，N_t表示调度时间段总数，N_j表示能源类型总数，N_k表示能源供给设备总数。设共N_t个调度时间段，每个调度时间段为i＝1，…，N_t；共N_j种能源类型，能源类型编号为j＝1，…，N_j；N_k种能源供给设备，设备编号为k＝1，…，N_k。上述参数根据园区的情况设置相应参数。

(5)设置园区型多能源互补分布式能源系统能源设备约束条件及参数

能源设备约束条件可以分为以下几类：能源转换型设备约束条件、多能源互补型设备约束条件和能源存储型设备约束条件。

下面根据步骤1的模型参数和能源需求量设置基于经济性和能源平衡的能源优化调度模型的约束条件参数。

1)园区型多能源互补分布式能源系统能源转换型设备约束条件

能源转换型设备能源供给量或者消耗量约束条件为：

Q_k,j(i)≤Q_max,j

其中Q_k,j(i)表示第i时刻第k种能源转换型设备第j种能源供给量或者消耗量，Q_max,j表示第i时刻第k种能源转换型设备第j种能源供给量或者消耗量的最大值。

能源转换型设备调整能力约束条件为：

Q_k,j(i)-Q_k,j(i-1)≤ΔQ_max,j

其中ΔQ_max,j表示能源转换型设备第j种能源在i时刻与i-1时刻间的能源调整量的最大值。

能源转换型设备能源转换约束条件为：

Q_j'(i)＝a_nQ_j ⁿ(i)+...+a₂Q_j ²(i)+a₁Q_j(i)+b；

其中Q_j(i)表示第i时刻能源转换型设备第j种能源消耗量，Q_j'(i)表示第i时刻能源转换型设备第j种能源供给量，a₁、a₂、……a_n、b表示模型参数，n表示多项式次数。

2)园区型多能源互补分布式能源系统多能源互补型设备约束条件

多能源互补型设备能源供给量或者消耗量约束条件为：

Q_k,j(i)≤Q_max,j

其中Q_k,j(i)表示第i时刻第k种多能源互补型设备第j种能源供给量或者消耗量，Q_max,j表示多能源互补型设备第j种能源供给量或者消耗量的最大值。

多能源互补型设备调整能力约束条件为：

Q_k,j(i)-Q_k,j(i-1)≤ΔQ_max,j

其中ΔQ_max,j表示多能源互补型设备第j种能源在i时刻与i-1时刻间的能源调整量的最大值。

多能源互补型设备能源互补约束条件为：

$Q_0\left(i\right)=\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{a}_n^j{Q_j}^n\left(i\right)+...+a_2^j{Q_j}^2+a_1^j{Q}_j\left(i\right)+b_j$

其中Q_j(i)表示第i时刻多能源互补设备第j种能源的产生量，Q₀(i)表示第i时刻多能源互补型设备的能源消耗量，b_j表示模型参数，n表示多项式次数，m表示多能源互补设备产生能源种类的总数。

多能源互补型设备能源比例约束条件为：

$c_n^j{Q_j}^n\left(i\right)+...+c_2^j{Q_j}^2\left(i\right)+c_1^j{Q}_j\left(i\right)+b_i=c_n^{j^{\′}}\left(i\right)+...+c_2^{j^{\′}}{Q_{j^{\′}}}^2\left(i\right)+c_1^{j^{\′}}{Q}_{j^{\′}}\left(i\right)+b_{j^{\′}}$ 其中j≠j’

其中Q_j(i)和Q_j'(i)分别表示第i时刻多能源互补型设备第j种和第j’种能源的产生量， $c_1^j,$ $c_2^j,\·\·\·\·\·\·c_n^j,c_1^{j^{\′}},c_2^{j^{\′}},\·\·\·\·\·\·c_n^{j^{\′}},b_i,$ b_j'表示模型参数，n表示多项式次数。

3)园区型多能源互补分布式能源系统能源存储型设备的约束条件

能源存储型设备供能或者耗能量产能约束条件为：

Q_min,j≤Q_k,j(i)≤Q_max,j

其中Q_k,j(i)表示第i时刻第k种能源存储型设备第j种能源供给量或者消耗量，Q_min,j表示能源存储型设备第j种能源供给量或者存储量的最小值，Q_max,j表示能源存储型设备第j种能源供给量或者存储量的最大值。

能源存储型设备能量变化约束条件为：

Q_k,j(i)-Q_k,j(i-1)≤ΔQ_max,j

其中ΔQ_max,j表示能源转换型设备第j种能源在i时刻与i-1时刻的能源存储量变化的最大值。

能源存储型设备存储量约束条件为：

Q_j(i)＝Q_j(i-1)+ΔQ_j(i)

其中ΔQ_j(i)表示能源存储设备第j种能源在t时刻与t-1时刻间的能源存储量的变化量。

(6)设置园区型多能源互补分布式能源系统能源供需平衡的约束条件

能源供需平衡约束条件表示第i个调度时间段内第j种能源相关的三种类型供能设备能源发生量和蓄能设备存储量的变化量等于分布式能源系统第j种能源的需求量，具体公式如下：

$\underset{j=1}{\overset{N_s}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_{k,j}\left(i\right)+\underset{j=1}{\overset{N_c}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_{k,j}\left(i\right)+\underset{j=1}{\overset{N_m}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_{k,j}\left(i\right)+\underset{j=1}{\overset{N_n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ΔQ}}_{k,j}\left(i\right)=P_j\left(i\right)$

其中Q_k,j(i)表示第i时刻第k种设备第j种能源供应量，ΔQ_j,k(i)表示第k种能源存储型设备第i时刻第j种能源存储变量化量，P_j(i)表示第i时刻第j种能源的需求量，N_s表示能源转换设备的种类数，N_c表示多能源互补设备的种类数，N_m表示能源动态发生设备的种类数，N_n表示能源存储设备的种类数。

步骤S3、采用移动动态初始解的非线性规划方法对园区型多能源互补分布式能源系统能源优化调度模型进行快速求解，得到园区型多能源互补分布式能源系统能源优化调度决策变量的计算结果。

其中，动态初始解快速求解方法是指前一次调度周期与当次调度周期决策变量的时间区间存在重合，将前一次调度周期的决策变量计算值设定为当前周期决策变量的初始值，从而快速求解多能源互补分布式能源系统的优化调度问题。

具体地，本发明选择利用原始对偶内点法求解上述问题，并非线性规划求解器，例如采用matlab软件的fmincon函数，实现该问题的求解。

由于园区型多能源互补分布式能源系统的优化调度问题每隔一定时间周期进行一次调度，且每次调度计算结果的决策变量时间区间存在一定重合。因此，采用动态初始值的方法将这些重合的决策变量值设置为下一次决策变量的初始值，从而提高原始对偶内点法求解园区型多能源互补分布式能源系统的优化调度问题的速度。

步骤S4、采用滚动优化方法应对园区型多能源互补分布式能源系统的动态变化，以抑制系统波动。

由于园区型多能源互补分布式能源系统能源负荷和动态设备的不确定性，能源的供需情况将产生变更等和一些随机突发事件。为了减小由随机突发事件所造成的能源优化调度策略上的失误，本发明采用一种滚动优化方法，以提高调度策略处理随机突发事件的可靠性。

其中，滚动优化方法是指当能源负荷或者能源动态型设备产能发生变化时，重新计算能源平衡与优化调度策略。

具体地，滚动优化方法包括：

(1)每间隔一定时间段判断(如10分钟)是否有突发事件发生。其中，突发事件包括以下情况：1)能源需求量超出预测需求量10％；2)能源动态发生设备发生量超出预测发生量10％；3)能源供应设备出现故障。

(2)当能源需求发生变化或者能源动态设备产能发生变化时，将能源优化调度问题调度时间段通过移动窗口重新设置，并根据步骤3重新求解能源优化调度决策变量。

本发明的园区型多能源互补分布式能源系统能源优化调度的目的是在满足园区能源需求的条件下对不同供能设备的能源产生量进行调度，达到能源利用效率和经济利益的最大化。园区型多能源互补分布式能源系统能源优化调度问题的输入为整个调度周期内各时间段多种能源的需求量，比如能源系统24小时的每小时用电量需求，以及各种能源使用价格，比如电价；输出为整个调度周期内各时间段可调度设备的能源产耗量，比如制冷机24小时的每小时制冷量。

下面通过具体的实施例来检测本发明的园区型多能源互补分布式能源系统的能源调度实现方法的技术效果。具体地，某多能源互补分布式能源系统由微燃机、光伏太阳能发电、溴化锂机组、地源热泵制冷机和冰蓄冷等设备组成，其中微燃机为多能源互补型设备、地源热泵为能源转换型设备、冰蓄冷为蓄能型设备。调度周期为24小时，调度时间段为1小时。24小时电力负荷需求为[320,300,300,300,320,320,662,852,852,980,972,972,972,972,862,760,665,654,495,423,300,300,300,]，24小时制冷量需求分别为[0,0,0,0,0,0,262,372,470,471,472,672,672,672,462,360,161,154,95,0,0,0,0,0]冷吨；电力价格分别为为[0.3,0.3,0.3,0.3,0.3,0.3,0.7,1.1,1.1,1.1,1.1,0.7,1.1,1.1,1.1,0.7,0.7,0.7,0.7,0.7,0.7,0.7,0.3,0.3]元/KW；制冷量价格为2.8元/冷吨时。利用本发明的方法在2012年9月22日24小时的能源优化调度结果如图3所示。

经过实例测试表明，本发明的园区型多能源互补分布式能源系统的能源调度实现方法能够有效实现多能源互补分布式能源系统的优化调度。

综上所述，本发明的园区型多能源互补分布式能源系统的能源调度实现方法中设备分类方法对于各种多能源互补分布式能源系统具有一定的通用性；问题求解算法的计算时间对问题的规模不敏感，计算次数不会随问题规模的增大而增加，且有很好的收敛性和鲁棒性，可靠性高，保证了优化调度问题求解的实时性；滚动优化使调度策略对能源负荷变化具有很好的适应性，提高了调度策略处理随机突发事件的可靠性，能够提高多能源互补分布式能源系统能源利用效率和供能经济效益。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种园区型多能源互补分布式能源系统的能源调度实现方法，其特征在于，至少包括以下步骤：

步骤S1、根据能源来源的特性，将园区型多能源互补分布式能源系统的所有设备的能源属性和作用进行分类建模，得到各种能源供给设备模型；

步骤S2、设置调度周期、初始条件和决策变量，并设置目标函数、设备约束条件和能源供给平衡约束条件，得到园区型多能源互补分布式能源系统能源优化调度模型；

步骤S3、采用动态初始解的非线性规划方法对园区型多能源互补分布式能源系统能源优化调度模型进行快速求解，得到园区型多能源互补分布式能源系统能源优化调度决策变量的计算结果；

步骤S4、采用滚动优化方法应对园区型多能源互补分布式能源系统的动态变化，当能源负荷或者能源动态型设备产能发生变化时，重新计算能源平衡与优化调度策略。

2.根据权利要求1所述的园区型多能源互补分布式能源系统的能源调度实现方法，其特征在于：所述步骤S1中，根据园区型多能源互补分布式能源系统供能设备的能源产生和消耗关系，将园区型多能源互补分布式能源系统的模型进行以下四种建模：

1)园区型多能源互补分布式能源系统能源转换设备建模；该类型设备的能源转换量通过以下公式进行建模：

Q₂＝a_nQ₁ ⁿ+...+a₂Q₁ ²+a₁Q₁+b

其中Q₁表示能源转换设备的能源消耗量，Q₂表示能源转换设备的能源供给量，a₁、a₂、……a_n和b表示模型参数，n表示多项式次数；

2)园区型多能源互补分布式能源系统多能源互补设备建模；该类型设备的模型表达为以下方程组：

$Q_0=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{a}_n^i{Q_i}^n+...+a_2^i{Q_i}^2+a_1^i{Q}_i+b_i$

$c_n^i{Q_i}^n+...+c_2^i{Q_i}^2+c_1^i{Q}_i+b_i=c_n^j{Q_j}^n+...+c_2^j{Q_j}^2+c_1^j{Q}_j+b_j$ 其中i≠j

其中Q_i和Q_j表示多能源互补设备第i和j种能源产生量，Q₀表示多能源互补型设备的能源消耗量， $a_1^i,a_2^i,\·\·\·\·\·\·a_n^i,c_1^i,c_2^i,\·\·\·\·\·\·c_n^i,c_1^j,c_2^j,\·\·\·\·\·\·c_n^j,b_i,$ b_j表示模型参数，n表示多项式次数，m表示多能源互补设备产生能源种类的总数；

3)园区型多能源互补分布式能源系统能源存储设备建模；该类型设备的模型表达为以下方程：

Q_i(t)＝Q_i(t-1)+ΔQ_i(t)

其中Q_i(t)表示能源存储设备第i种能源t时刻的能源存储量，ΔQ_i(t)表示能源存储设备第i种能源在t时刻与t-1时刻间的能源存储的变化量；

4)园区型多能源互补分布式能源系统能源动态发生设备建模，该类型设备的模型表达为以下方程：

Q(t)＝f(Q(t-1),Q(t-2),...,Q(t-N_t))

其中Q(t)表示能源动态发生设备t时刻的能源发生量，f(Q)表示能源动态发生设备预测函数，N_t表示调度时间段总数。

3.根据权利要求1所述的园区型多能源互补分布式能源系统的能源调度实现方法，其特征在于：所述步骤S2中，园区型多能源互补分布式能源系统的目标函数为：

$\max \underset{i=1}{\overset{N_t}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{N_j}{\mathrm{\Σ}}}\underset{k=1}{\overset{N_k}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ρ}}_j{Q}_{k,j}\left(i\right)-\underset{i=1}{\overset{N_t}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{N_j}{\mathrm{\Σ}}}\underset{k=1}{\overset{N_k}{\mathrm{\Σ}}}{{\mathrm{\ρ}}^{\′}}_j{Q^{\′}}_{k,j}\left(j\right)$

其中ρ_j表示第j种能源出售价格，ρ'_j表示第j种能源购买价格，Q_k,j(i)表示第i时刻第k种设备第j种能源供应量，Q'_k,j(i)表示第i时刻第k种设备第j种能源消耗量，N_t表示调度时间段总数，N_j表示能源类型总数，N_k表示能源供给设备总数。

4.根据权利要求1所述的园区型多能源互补分布式能源系统的能源调度实现方法，其特征在于：所述步骤S2中，能源设备约束条件包括能源转换型设备约束条件、多能源互补型设备约束条件和能源存储型设备约束条件。

5.根据权利要求4所述的园区型多能源互补分布式能源系统的能源调度实现方法，其特征在于：能源转换型设备供能或者耗能量产能约束条件为：

Q_k,j(i)≤Q_max,j

其中Q_k,j(i)表示第i时刻第k种能源转换型设备第j种能源供给量或者消耗量，Q_max,j表示第i时刻第k种能源转换型设备第j种能源供给量或者消耗量的最大值；

能源转换型设备调整能力约束条件为：

Q_k,j(i)-Q_k,j(i-1)≤ΔQ_max,j

其中ΔQ_max,j表示能源转换型设备第j种能源在i时刻与i-1时刻间的能源调整量的最大值；

能源转换型设备能源转换约束条件为：

Q_j'(i)＝a_nQ_j ⁿ(i)+...+a₂Q_j ²(i)+a₁Q_j(i)+b

其中Q_j(i)表示第i时刻能源转换型设备第j种能源消耗量，Q_j'(i)表示第i时刻能源转换型设备第j种能源供给量，a₁、a₂、……a_n、b表示模型参数，n表示多项式次数。

6.根据权利要求4所述的园区型多能源互补分布式能源系统的能源调度实现方法，其特征在于：多能源互补型设备供能或者耗能量产能约束条件为：

Q_k,j(i)≤Q_max,j

其中Q_k,j(i)表示第i时刻第k种多能源互补型设备第j种能源供给量或者消耗量，Q_max,j表示多能源互补型设备第j种能源供给量或者消耗量的最大值；

多能源互补型设备调整能力约束条件为：

Q_k,j(i)-Q_k,j(i-1)≤ΔQ_max,j

其中ΔQ_max,j表示多能源互补型设备第j种能源在i时刻与i-1时刻间的能源调整量的最大值；

多能源互补型设备能源互补约束条件为：

$Q_0\left(i\right)=\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{a}_n^j{Q_j}^n\left(i\right)+...+a_2^j{Q_j}^2+a_1^j{Q}_j\left(i\right)+b_j$

其中Q_j(i)表示第i时刻多能源互补设备第j种能源的产生量，Q₀(i)表示第i时刻多能源互补型设备的能源消耗量，b_j表示模型参数，n表示多项式次数，m表示多能源互补设备产生能源种类的总数；

多能源互补型设备能源比例约束条件为：

$c_n^j{Q_j}^n\left(i\right)+...+c_2^j{Q_j}^2\left(i\right)+c_1^j{Q}_j\left(i\right)+b_i=c_n^{j^{\′}}{Q_{j^{\′}}}^n\left(i\right)+...+c_2^{j^{\′}}{Q_{j^{\′}}}^2\left(i\right)+c_1^{j^{\′}}{Q}_{j^{\′}}\left(i\right)+b_{j^{\′}}$ 其中j≠j’

其中Q_j(i)和Q_j'(i)分别表示第i时刻多能源互补型设备第j种和第j’种能源的产生量， $c_1^j,c_2^j,\·\·\·\·\·\·c_n^j,c_1^{j^{\′}},c_2^{j^{\′}},\·\·\·\·\·\·c_n^{j^{\′}},b_i,$ b_j′表示模型参数。

7.根据权利要求4所述的园区型多能源互补分布式能源系统的能源调度实现方法，其特征在于：能源存储型设备供能或者耗能量产能约束条件为：

Q_min,j≤Q_k,j(i)≤Q_max,j

其中Q_k,j(i)表示第i时刻第k种能源存储型设备第j种能源供给量或者消耗量，Q_min,j表示能源存储型设备第j种能源供给量或者存储量的最小值，Q_max,j表示能源存储型设备第j种能源供给量或者存储量的最大值；

能源存储型设备能量变化约束条件为：

Q_k,j(i)-Q_k,j(i-1)≤ΔQ_max,j

其中ΔQ_max,j表示能源转换型设备第j种能源在i时刻与i-1时刻的能源存储量变化的最大值；

能源存储型设备存储量约束条件为：

Q_j(i)＝Q_j(i-1)+ΔQ_j(i)

其中ΔQ_j(i)表示能源存储设备第j种能源在t时刻与t-1时刻间的能源存储量的变化量。

8.根据权利要求1所述的园区型多能源互补分布式能源系统的能源调度实现方法，其特征在于：所述步骤S2中，设置能源供需平衡的约束条件表示第i个调度时间段内第j种能源相关的三种类型供能设备能源发生量和蓄能设备存储量的变化量等于分布式能源系统第j种能源的需求量，具体公式如下：

$\underset{j=1}{\overset{N_s}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_{j,k}\left(i\right)+\underset{j=1}{\overset{N_c}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_{j,k}\left(i\right)+\underset{j=1}{\overset{N_m}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_{j,k}\left(i\right)+\underset{j=1}{\overset{N_n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ΔQ}}_{j,k}\left(i\right)=P_j\left(i\right)$

其中Q_k,j(i)表示第i时刻第k种设备第j种能源供应量，ΔQ_j,k(i)表示第k种能源存储型设备第i时刻第j种能源存储变量化量，P_j(i)表示第i时刻第j种能源的需求量，N_s表示能源转换设备的种类数，N_c表示多能源互补设备的种类数，N_m表示能源动态发生设备的种类数，N_n表示能源存储设备的种类数。

9.根据权利要求1所述的园区型多能源互补分布式能源系统的能源调度实现方法，其特征在于：所述步骤S3中，采用动态初始解的非线性规划方法对园区型多能源互补分布式能源系统能源优化调度模型进行快速求解时，将前一次调度周期的决策变量计算值设定为当前周期决策变量的初始值。

10.根据权利要求1所述的园区型多能源互补分布式能源系统的能源调度实现方法，其特征在于：所述步骤S4又包括以下步骤：

每间隔一定时间段判断是否有突发事件发生；

当能源需求发生变化或者能源动态设备产能发生变化时，将能源优化调度问题调度时间段通过移动窗口重新设置，并重新求解能源优化调度决策变量；

其中，所述突发事件包括：1)能源需求量超出预测需求量10％；2)能源动态发生设备发生量超出预测发生量10％；3)能源供应设备出现故障。