CN107067116A - 一种多区域电热综合系统经济环境联合调度求解方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多区域电热综合能源系统经济环境调度求解方法,包括以下步骤:建立多区域电热综合系统模型;建立经济环境联合调度的目标函数;确立电热联合系统经济环境联合调度的约束条件;采用Benders分解算法对复杂的电热联合系统优化问题进行求解。本发明可应用于综合能源系统经济调度技术领域,在满足电热综合能源系统约束条件的前提下,使系统的煤耗成本最小、弃风量最小、污染物排放最小,采用Benders分解法对系统进行求解,有效的保护了电热两系统信息的隐私性,降低了计算的难度。
Description
技术领域
本发明涉及综合能源系统经济调度技术领域,具体涉及一种多区域电热综合系统经济环境联合调度求解方法。
背景技术
近年来,伴随着经济和社会的快速发展,能源问题和环境问题已成为世界各国关注的主要问题。能源互联网、综合能源以及我国近期提出的“能源互联网+”理念掀起了能源改革的浪潮。多类能源互联和融合,有利于提高能源的利用率和可再生能源的接纳能力。
风能是重要的清洁能源之一,我国的风电产业迅速发展,但弃风问题尤为突出。在中国的西北、华北和东北地区冬季供暖期存在严重的弃风问题,风电消纳问题已成为可再生能源持续发展的关键问题。
如图1所示,电热综合能源系统通过热电联产、电锅炉以及热储等能源转换设备促进了电力系统和热力系统的紧密耦合,同时为风电上网提供了更大空间,提高了能源的利用率,缓解了我国正在面临的能源问题和环境问题。
综上所述,有必要针对综合能源系统调度发明一种新的调度求解方法,以解决综合能源计算难度大的问题以及有效地保护电热两个系统信息的隐私性,同时达到促进风电消纳、节能减排的目的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多区域电热综合系统经济环境联合调度的求解方法。
为了解决上述存在的技术问题,本发明所述方法是通过以下技术方案实现的:
一种多区域电热综合系统经济环境联合调度的求解方法,其内容包括如下步骤:
步骤1,建立多区域热力系统模型,包括热电联产机组模型、一级热网模型和换热站模型,热电联产机组模型也称为热源模型;
1-1、热电联产机组模型
热电联产机组分为背压式和抽汽式,其运行特性是供电功率和供热功率的耦合关系,即电热特性;其中背压式热电联产机组运行特性为:
pchp=ρqchp (1)
(1)式中pchp为热电联产机组的供电功率,qchp为热电联产机组的供热功率,ρ为热电联产机组的热电比;
抽汽式热电联产机组运行特性能够在一定范围内进行调节,数学模型可用一系列的线性表达式描述为:
αxpchp+βxqchp≥γx (2)
(2)式中αx、βx、γx分别为热电联产机组可行域不等式约束的系数;
将热电联产机组作为热源接入热网,其模型表示为:
cmj(Ti,in-Ti,out)=qchp (3)
(3)式中qchp为热电联产的供热功率,Ti,in为流入管道节点i的温度,Ti,out为流出管道节点i的温度,mj为管道j的流量;
1-2、一级热网模型
管道传输过程中热网网络的管道容量限制为:
(4)—(5)式中Ti,t为t时刻管道节点i的节点温度,mj,t为t时刻管道j的流量,Ti min、Ti max分别为管道节点i的最小节点温度和最大节点温度,分别为管道j的最小流量和最大流量;
管道传输过程中单位长度的热力网管道热损失模型为:
(6)式中,为t时刻单位长度热力管道j的热量损失,Tj,t为t时刻管道j的温度,T0为管道外的环境温度,Rb为管道热阻,R0为管道隔热层热阻;
管道传输过程中温降模型为:
(7)式中,ΔTj,t为t时刻管道j的温降,为t时刻单位长度热力管道j的热量损失,mj,t为t时刻管道j的流量,lj为管道j的长度,β为管道损失系数,c为管道热媒的比热容;
1-3、换热站模型
在忽略二级管网的条件下,换热站处等效为直接接热负荷,换热站模型为:
cmj(Ti,in-Ti,out)=HL (8)
(8)式中,HL为热力系统的供热负荷,Ti,in为流入管道节点i的温度,Ti,out为流出管道节点i的温度,mj为管道j的流量;
步骤2,建立电热综合能源系统经济环境联合调度的目标函数;
以电热联合系统的总成本最小以及风电消纳最大化为目标函数,其中风电消纳以惩罚形式加入目标函数,建立电热联合系统经济调度模型为:
minFa=FG+FCHP+FW (9)
(9)式中:
(9)—(12)式中,Fa、FG、FCHP、FW分别为电热综合能源系统的经济成本、火电机组运行成本、热电联产机组运行成本和弃风惩罚成本,T为调度时间,NG为火电机组的台数,NCHP为热电联产机组的台数,NW为风机的台数,pn,t为在t时刻火电机组n的出力,pk,t qk,t分别为在t时刻热电联产机组k的电出力和热出力,pw,t为在t时刻风机w的出力,为在t时刻风机w的最大出力,an、bn、cn为火电机组运行成本的二次拟合系数,ak、bk、ck为热电联产组运行成本的二次拟合系数,λ为弃风惩罚系数;
环境成本函数主要考虑火电厂和热电厂排放的污染物SO2、NOX、CO2和CO对环境的影响,包括污染物的环境价值和环境惩罚,环境成本模型为:
(13)式中,Fe、FeG、FeCHP分别为电热综合能源系统环境成本、火电机组环境成本和热电联产机组环境成本,T为调度时间,NG为火电机组的台数,NCHP为热电联产机组的台数,N为污染物的种类,Veg为第g项污染物的环境价值,Mg为第g项污染物的排放量,Vg为第g项污染物所受罚款;
电热联合系统经济环境调度目标函数为:
minF=Fa+Fc (14)
(14)式中,Fa、Fc、F分别为电热综合能源系统的经济成本、环境成本以及总成本;
步骤3,确立电热综合能源系统经济环境联合调度的约束条件;
3-1、电力系统约束条件:
(1)功率平衡
(15)式中NG为火电机组的台数,NCHP为热电联产机组的台数,NW为风机的台数,NEB为电锅炉的台数,pn G为火电机组n的出力,分别为热电联产机组k电出力,pw为风机w出力,为电锅炉l消耗的电功率,pl为电力系统的负荷值;
(2)机组出力限制
(16)—(17)式中,分别为火电机组n的最小出力、最大出
力,分别为热电联产机组k的最小出力、最大出力,为
在t时刻火电机组n的出力,为在t时刻热电联产机组k的电出力;
(3)常规机组爬坡限制
(18)式中,为火电机组n的最大下调有功量,为火电机组n的最大上调有功量,在t时刻火电机组n的出力;
(4)电网支路潮流约束
(19)式中,分别为线路m的最大潮流、最小潮流,为t时刻线路m的潮流;
3-2、热力系统约束条件:
(1)区域x内的热功率平衡约束为:
(20)式中,NCHP为热电联产机组组的台数,NEB为电锅炉的台数,NHS为储热装置的台数,Npipe为热力管道的个数,为热电联产机组k的热出力,为电锅炉z的供热功率,为热储s的储放热,QL为系统的热负荷,为管道j的热损失;
矩阵HMN是热源和区域的供应关系,表示为:
(21)式中,ha,b=1表示区域内热源b供热,ha,b=0表示区域内热源b未供热,热源包括热电联产机组、电锅炉以及储热装置;
(2)电锅炉运行约束为:
(22)—(23)式中,为t时刻电锅炉z供热功率,为t时刻电锅炉z用电功率,ηz为电锅炉z的制热效率,为电锅炉z的额定用电功率;
(3)储热装置约束:
储放热过程模型为
St=St-1+Δt(qin,t-qout,t) (24)
(24)式中,St、St-1分别为t时刻和t-1时刻的储热装置的储热量,qin,t和qout,t为t时刻储热装置的储热速率和放热速率;
容量约束和储放热速率约束为:
0≤St≤Smax (25)
(25)—(26)式中,St为t时刻储热装置的储热量,Smax储热装置的储热容量,qs,t为t时刻储热装置的储放热速率,为储热装置的最大储放热速率;
步骤4,采用Benders分解算法将复杂的电热联合能源系统优化问题分解为电力系统主问题和热力系统主问题进行迭代求解,找到快速收敛的火电机组和热电联产机组的最优出力;通过各个时刻的火电机组出力和热电机组出力,计算电热联合系统的总成本、弃风成本和环境成本;
4-1、主子问题的界定
在应用Benders分解法时,主问题和子问题界定的依据是:含有复杂约束的问题作为子问题,另一个则作为主问题;根据电热联合系统的模型,可分为电力系统主问题和热力系统子问题;
模型结构为:
4-2、初始化
首先设定迭代次数v=1,基于复杂变量p的可行域,给出pv的初始值p0,则pv=p0,其中为目标函数在第v次迭代之后的下边界值;
4-3、热力系统子问题求解
子系统在第v次迭代的模型为:
其中,电力系统的变量p为上一次主问题优化的结果;
双向变量λv,也被称为影子价格,用来增加目标函数的敏感度,形成Benders割的约束条件;
热力系统子问题求解得出了qv值,以及目标函数F值,此时定义为目标函数F在第v次迭代之后的上边界,更新值;
4-4、收敛检验
检验电力系统主问题目标函数下边界与热力系统子问题目标函数上边界公差是否小于ε,关系如下:
其中ε值可以被设定;如果最终结果满足上式,则
否则,算法继续下一步;
4-5、电力系统主问题求解
电力系统主问题模型:
其中,迭代次数更新v=v+1,γ(p)为辅助函数,表示原始电热系统联合调度问题的成本,每一次迭代过后,辅助函数更新;
电力系统主问题求解得出了pv值,以及目标函数γv值,此时定义为目标函数在第v次迭代之后的下边界,更新值,算法继续进行步骤4-3,进行热力系统子问题求解,直到满足步骤4-4收敛判定条件,则算法结束,求得电热综合能源系统各个时刻的火电机组出力和热电机组出力,并计算电热联合系统的经济成本、弃风成本和环境成本。
由于采用上述技术方案,本发明提供的一种多区域电热综合系统经济环境联合调度求解方法,与现有技术相比具有这样的有益效果:
1、详细考虑了热力系统模型,包括热力系统损失和热力系统的容量限制;
2、电热综合能源系统调度模型考虑了储热和电锅炉对系统消纳风电的影响;
3、电热综合能源系统调度考虑了经济成本的同时兼顾了环境成本,达到了节能减排的作用;
4、电热综合能源系统是一个多维的、复杂的、非线性优化问题,应用传统的优化算法计算难度较大,采用Benders分解法将电热联合系统分解成主、子系统交替迭代求解,降低系统计算复杂度,能够快速收敛到系统最优值,可用于实际工程中大规模大系统的优化问题。
附图说明
图1是本发明方法的电热综合能源系统结构图;
图2是本发明方法的热力系统结构图;
图3是本发明方法的Benders分解法流程图;
图4是本发明方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
一种多区域电热综合系统经济环境联合调度的求解方法,如图1、图4所示,本发明所述方法的步骤如下:
步骤1,建立多区域热力系统模型,所述多区域热力系统模型包括热电联产模型(热源模型)、一级热网模型和换热站模型,热电联产机组模型也称为热源模型,如图2所示;
1-1、热电联产模型
热电联产机组分为背压式和抽汽式,其运行特性是供电功率和供热功率的耦合关系,即电热特性;其中背压式热电联产机组运行特性为:
pchp=ρqchp (1a)
(1a)式中pchp为热电联产机组的供电功率,qchp为热电联产机组的供热功率,ρ为热电联产机组的热电比;
抽汽式热电联产机组运行特性能够在一定范围内进行调节,数学模型可用一系列的线性表达式描述为:
αxpchp+βxqchp≥γx (2a)
(2a)式中αx、βx、γx分别为热电联产机组可行域不等式约束的系数;
将热电联产机组作为热源接入热网,其模型表示为:
cmj(Ti,in-Ti,out)=qchp (3a)
(3a)式中qchp为热电联产的供热功率,Ti,in为流入管道节点i的温度,Ti,out为流出管道节点i的温度,mj为管道j的流量;
1-2、一级热网模型
管道传输过程中热网网络的管道容量限制为:
(4a)—(5a)式中Ti,t为t时刻管道节点i的节点温度,mj,t为t时刻管道j的流量,Ti min、Ti max分别为管道节点i的最小节点温度和最大节点温度,分别为管道j的最小流量和最大流量;
管道传输过程中单位长度的热力网管道热损失模型为:
(6a)式中,为t时刻单位长度热力管道j的热量损失,Tj,t为t时刻管道j的温度,T0为管道外的环境温度,Rb为管道热阻,R0为管道隔热层热阻;
管道传输过程中温降模型为:
(7a)式中,ΔTi,j为t时刻管道j的温降,为t时刻单位长度热力管道j的热量损失,mj,t为t时刻管道j的流量,lj为管道j的长度,β为管道损失系数,c为管道热媒的比热容;
1-3、换热站模型
在忽略二级管网的条件下,换热站处等效为直接接热负荷,换热站模型为:
cmj(Ti,in-Ti,out)=HL (8a)
(8a)式中,HL为热力系统的供热负荷,Ti,in为流入管道节点i的温度,Ti,out为流出管道节点i的温度,mj为管道j的流量。
步骤2,建立电热综合能源系统环境经济联合调度目标函数;
以电热联合系统的煤耗成本最小以及风电消纳最大化为目标函数,其中风电消纳以惩罚形式加入目标函数,建立电热联合系统经济调度模型为:
minFa=FG+FCHP+FW (9a)
(9a)式中:
(9a)—(12a)式中,Fa、FG、FCHP、FW分别为电热综合能源系统的经济成本、火电机组运行成本、热电联产机组运行成本和弃风惩罚成本,T为调度时间,NG为火电机组的台数,NCHP为热电联产机组组的台数,NW为风机的台数,pn,t为在t时刻火电机组n的出力,pk,t qk,t分别为在t时刻热电联产机组k的电出力和热出力,pw,t在t时刻为风机w的出力,为在t时刻风机w的最大出力,an、bn、cn为火电组运行成本的二次你和系数,ak、bk、ck为热电联产组运行成本二次拟合系数,λ为弃风惩罚系数;
环境成本函数主要考虑火电厂和热电厂排放的污染物SO2、NOX、CO2和CO对环境的影响,包括污染物的环境价值和环境惩罚,环境成本的模型为:
(13a)式中,Fe、FeG、FeCHP分别为电热综合能源系统环境成本、火电机组环
为境成本和热电联产机组环境成本,T为调度时间,NG为火电机组的台数,NCHP热电联产机组的台数,N为污染物的种类,Veg为第g项污染物的环境价值,Mg为第g项污染物的排放量,Vg为第g项污染物所受罚款;
电热联合系统经济环境调度目标函数为:
minF=Fa+Fc (14a)
(14a)式中,Fa、Fc、F分别为电热综合能源系统的经济成本、环境成本以及总成本。
步骤3,建立电热综合能源系统经济环境联合调度的约束条件;
3-1、电力系统约束条件:
(1)功率平衡
(15a)式中NG为火电机组的台数,NCHP为热电联产机组的台数,NW为风机的台数,NEB为电锅炉的台数,pn G为火电机组n的出力,分别为热电联产机组k电出力,pw为风机w出力,为电锅炉l消耗的电功率,pL为电力系统的负荷值;
(5)机组出力限制
(16a)—(17)式中,分别为火电机组n的最小出力、最大出力,分别为热电联产机组k的最小出力、最大出力,为在t时刻火电机组n的出力,为在t时刻热电联产机组k的电出力;
(6)常规机组爬坡限制
(18a)式中,为火电机组n的最大下调有功量,为火电机组n的最大上调有功量,在t时刻火电机组n的出力;
(7)电网支路潮流约束
(19a)式中,分别为线路m的最大潮流、最小潮流,为t时刻线路m的潮流;
3-2、热力系统约束条件:
(1)区域x内的热功率平衡约束为:
(20a)式中,NCHP为热电联产机组组的台数,NEB为电锅炉的台数,NHS为储热装置的台数,Npipe为热力管道的个数,为热电联产机组k的热出力,为电锅炉z的供热功率,为热储s的储放热,QL为系统的热负荷,为管道j的热损失;
矩阵HMN是热源和区域的供应关系,表示为:
(21a)式中,ha,b=1表示区域内热源b供热,ha,b=0表示区域内热源b未供热,热源包括热电联产机组、电锅炉以及储热装置;
(3)电锅炉运行约束为:
(22a)—(23a)式中,为t时刻电锅炉z供热功率,为t时刻电锅炉z用电功率,ηz为电锅炉z的制热效率,为电锅炉z的额定用电功率;
(3)储热装置约束:
储放热过程模型为
St=St-1+Δt(qin,t-qout,t) (24a)
(24a)式中,St、St-1分别为t时刻和t-1时刻的储热装置的储热量,qin,t和qout,t为t时刻储热装置的储热速率和放热速率;
容量约束和储放热速率约束为:
0≤St≤Smax (25a)
(25a)—(26a)式中,St为t时刻储热装置的储热量,Smax储热装置的储热容量Smax,qs,t为t时刻储热装置的储放热速率,为储热装置的最大储放热速率;
步骤4,采用Benders分解算法将复杂的电热联合能源系统优化问题分解为电力系统主问题和热力系统主问题进行迭代求解,如图3所示,找到快速收敛的火电机组和热电联产机组的最优出力;通过各个时刻的火电机组出力和热电机组出力,计算电热联合系统的总成本、弃风成本和环境成本;
4-1、主子问题的界定
在应用Benders分解法时,主问题和子问题界定的依据是含有复杂约束的问题作为子问题,另一个则作为主问题;根据电热联合系统的模型,可分为电力系统主问题和热力系统子问题;
模型结构为:
4-2、初始化
首先设定迭代次数v=1,基于电力系统变量p的可行域,给出pv的初始值p0,则pv=p0,其中为目标函数在第v次迭代之后的下边界值;
4-3、热力系统子问题求解
子系统在第v次迭代的模型为:
其中,电力系统变量p为上一次主问题优化的结果;
双向变量λv,也被称为影子价格,用来增加目标函数的敏感度,形成Benders割的约束条件;
热力系统子问题求解得出了qv值,以及目标函数F值,此时定义为目标函数F在第v次迭代之后的上边界,更新值;
4-4、收敛检验
检验电力系统主问题目标函数下边界与热力系统子问题目标函数上边界公差是否小于ε,关系如下:
其中ε值可以被设定;如果最终结果满足上式,则
否则,算法继续下一步;
4-5、电力系统主问题求解
电力系统主问题模型:
其中,迭代次数更新v=v+1,γ(p)为辅助函数,表示原始电热系统联合调度问题的成本,每一次迭代过后,辅助函数更新;
电力系统子问题求解得出了pv值,以及目标函数γv值,此时定义为目标函数在第v次迭代之后的下边界,更新值,算法继续进行步骤4-3,进行热力系统子问题求解。直到满足步骤4-4收敛判定条件,将求解的每个时刻各个火电机组的电出力和每个时刻各个热电联产机组的电出力、热出力出力代入到式(9a)-(14a)中,计算电热综合能源系统优化运行的总成本。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述,并非对本发明的范围进行限定,在不脱离本发明设计精神的前提下,本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进,均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (1)
1.一种多区域电热综合能源系统经济环境联合调度求解方法,其特征在于,该方法内容包括如下步骤:
步骤1,建立多区域热力系统模型,包括热电联产机组模型、一级热网模型和换热站模型,热电联产机组模型也称为热源模型;
1-1、热电联产机组模型
热电联产机组分为背压式和抽汽式,其运行特性是供电功率和供热功率的耦合关系,即电热特性;其中背压式热电联产机组运行特性为:
pchp=ρqchp (1)
(1)式中pchp为热电联产机组的供电功率,qchp为热电联产机组的供热功率,ρ为热电联产机组的热电比;
抽汽式热电联产机组运行特性能够在一定范围内进行调节,数学模型可用一系列的线性表达式描述为:
αxpchp+βxqchp≥γx (2)
(2)式中αx、βx、γx分别为热电联产机组可行域不等式约束的系数;
将热电联产机组作为热源接入热网,其模型表示为:
cmj(Ti,in-Ti,out)=qchp (3)
(3)式中qchp为热电联产的供热功率,Ti,in为流入管道节点i的温度,Ti,out为流出管道节点i的温度,mj为管道j的流量;
1-2、一级热网模型
管道传输过程中热网网络的管道容量限制为:
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管道传输过程中单位长度的热力网管道热损失模型为:
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</mrow>
(6)式中,为t时刻单位长度热力管道j的热量损失,Tj,t为t时刻管道j的温度,T0为管道外的环境温度,Rb为管道热阻,R0为管道隔热层热阻;
管道传输过程中温降模型为:
<mrow>
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</mrow>
</mrow>
(7)式中,ΔTj,t为t时刻管道j的温降,为t时刻单位长度热力管道j的热量损失,mj,t为t时刻管道j的流量,lj为管道j的长度,β为管道损失系数,c为管道热媒的比热容;
1-3、换热站模型
在忽略二级管网的条件下,换热站处等效为直接接热负荷,换热站模型为:
cmj(Ti,in-Ti,out)=HL (8)
(8)式中,HL为热力系统的供热负荷,Ti,in为流入管道节点i的温度,Ti,out为流出管道节点i的温度,mj为管道j的流量;
步骤2,建立电热综合能源系统经济环境联合调度的目标函数;
以电热联合系统的总成本最小以及风电消纳最大化为目标函数,其中风电消纳以惩罚形式加入目标函数,建立电热联合系统经济调度模型为:
minFa=FG+FCHP+FW (9)
(9)式中:
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</mrow>
</mrow>
(9)—(12)式中,Fa、FG、FCHP、FW分别为电热综合能源系统的经济成本、火电机组运行成本、热电联产机组运行成本和弃风惩罚成本,T为调度时间,NG为火电机组的台数,NCHP为热电联产机组的台数,NW为风机的台数,pn,t为在t时刻火电机组n的出力,pk,t qk,t分别为在t时刻热电联产机组k的电出力和热出力,pw,t为在t时刻风机w的出力,为在t时刻风机w的最大出力,an、bn、cn为火电机组运行成本的二次拟合系数,ak、bk、ck为热电联产组运行成本的二次拟合系数,λ为弃风惩罚系数;
环境成本函数主要考虑火电厂和热电厂排放的污染物SO2、NOX、CO2和CO对环境的影响,包括污染物的环境价值和环境惩罚,环境成本模型为:
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</mrow>
(13)式中,Fe、FeG、FeCHP分别为电热综合能源系统环境成本、火电机组环境成本和热电联产机组环境成本,T为调度时间,NG为火电机组的台数,NCHP为热电联产机组的台数,N为污染物的种类,Veg为第g项污染物的环境价值,Mg为第g项污染物的排放量,Vg为第g项污染物所受罚款;
电热联合系统经济环境调度目标函数为:
minF=Fa+Fc (14)
(14)式中,Fa、Fc、F分别为电热综合能源系统的经济成本、环境成本以及总成本;
步骤3,确立电热综合能源系统经济环境联合调度的约束条件;
3-1、电力系统约束条件:
(1)功率平衡
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</mrow>
</mrow>
(15)式中NG为火电机组的台数,NCHP为热电联产机组的台数,NW为风机的台数,NEB为电锅炉的台数,pn G为火电机组n的出力,分别为热电联产机组k电出力,pw为风机w出力,为电锅炉l消耗的电功率,pl为电力系统的负荷值;
(2)机组出力限制
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</mrow>
</mrow>
(16)—(17)式中,分别为火电机组n的最小出力、最大出力,分别为热电联产机组k的最小出力、最大出力,为在t时刻火电机组n的出力,为在t时刻热电联产机组k的电出力;
(3)常规机组爬坡限制
<mrow>
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<mn>18</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
(18)式中,为火电机组n的最大下调有功量,为火电机组n的最大上调有功量,在t时刻火电机组n的出力;
(4)电网支路潮流约束
<mrow>
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(19)式中,分别为线路m的最大潮流、最小潮流,为t时刻线路m的潮流;
3-2、热力系统约束条件:
(1)区域x内的热功率平衡约束为:
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(20)式中,NCHP为热电联产机组组的台数,NEB为电锅炉的台数,NHS为储热装置的台数,Npipe为热力管道的个数,为热电联产机组k的热出力,为电锅炉z的供热功率,为热储s的储放热,QL为系统的热负荷,为管道j的热损失;
矩阵HMN是热源和区域的供应关系,表示为:
(21)式中,ha,b=1表示区域内热源b供热,ha,b=0表示区域内热源b未供热,热源包括热电联产机组、电锅炉以及储热装置;
(2)电锅炉运行约束为:
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</mrow>
3
(22)—(23)式中,为t时刻电锅炉z供热功率,为t时刻电锅炉z用电功率,ηz为电锅炉z的制热效率,为电锅炉z的额定用电功率;
(3)储热装置约束:
储放热过程模型为
St=St-1+Δt(qin,t-qout,t) (24)
(24)式中,St、St-1分别为t时刻和t-1时刻的储热装置的储热量,qin,t和qout,t为t时刻储热装置的储热速率和放热速率;
容量约束和储放热速率约束为:
0≤St≤Smax (25)
<mrow>
<mn>0</mn>
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(25)—(26)式中,St为t时刻储热装置的储热量,Smax储热装置的储热容量,qs,t为t时刻储热装置的储放热速率,为储热装置的最大储放热速率;
步骤4,采用Benders分解算法将复杂的电热联合能源系统优化问题分解为电力系统主问题和热力系统子问题进行迭代求解,找到快速收敛的火电机组和热电联产机组的最优出力;通过各个时刻的火电机组出力和热电机组出力,计算电热联合系统的总成本、弃风成本和环境成本;
4-1、主子问题的界定
在应用Benders分解法时,主问题和子问题界定的依据是:含有复杂约束的问题作为子问题,另一个则作为主问题;根据电热联合系统的模型,可分为电力系统主问题和热力系统子问题;
模型结构为:
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4-2、初始化
首先设定迭代次数v=1,基于复杂变量p的可行域,给出pv的初始值p0,则pv=p0,其中为目标函数在第v次迭代之后的下边界值;
4-3、热力系统子问题求解
子系统在第v次迭代的模型为:
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</mrow>
4
其中,电力系统的变量p为上一次主问题优化的结果;
双向变量λv,也被称为影子价格,用来增加目标函数的敏感度,形成Benders割的约束条件;
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</mrow>
热力系统子问题求解得出了qv值,以及目标函数F值,此时定义为目标函数F在第v次迭代之后的上边界,更新值;
4-4、收敛检验
检验电力系统主问题目标函数下边界与热力系统子问题目标函数上边界公差是否小于ε,关系如下:
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4-5、电力系统主问题求解
电力系统主问题模型:
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其中,迭代次数更新v=v+1,γ(p)为辅助函数,表示原始电热系统联合调度问题的成本,每一次迭代过后,辅助函数更新;
电力系统主问题求解得出了pv值,以及目标函数γv值,此时定义为目标函数在第v次迭代之后的下边界,更新值,算法继续进行步骤4-3,进行热力系统子问题求解,直到满足步骤4-4收敛判定条件,则算法结束,求得电热综合能源系统各个时刻的火电机组出力和热电机组出力,并计算电热联合系统的经济成本、弃风成本和环境成本。
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