CN110400059A - 一种综合能源系统联络线功率控制方法 - Google Patents

一种综合能源系统联络线功率控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种综合能源系统联络线功率控制方法，(1)建立能源供应与生产动态耦合的综合能源优化调度模型，计算获取日前能源生产优化计划及联络线功率计划参考值；(2)基于综合能源系统中各能源子系统实时功率平衡方程，构建综合能源系统参与联络线功率控制的状态空间模型；(3)将联络线功率控制的状态空间模型等效转换为二次规划模型，并采用序列二次规划算法对模型求解，获取当前时段向后T个控制时段的可调节设备功率调节量；(4)下发当前时段向后第1个时段的功率调节量，并采样综合能源系统实时状态进行反馈校正。本发明实现复杂时变环境下的综合能源系统联络线功率精确控制，保证综合能源系统联络线功率满足上级电网部门的考核。

Description

一种综合能源系统联络线功率控制方法
技术领域
本发明涉及一种综合能源系统联络线功率控制方法，属于综合能源系统能量管理技术领域。
背景技术
以工业园区为主体的综合能源系统具有区域集中、能源运行设备种类多、供能规律明显、资源互补等特点，同时园区负荷稳定且自动化水平高，与商业、居民用户相比具有更大的响应容量，是能源市场改革背景下参与互动的重要需求响应资源。工业园区综合能源系统参与能源市场调节时，其能量管理中心需要对内部多种能源进行统一的优化调度和管理，并基于实时电价做出快速响应。但在实际运行中，由于光伏、风电等分布式能源的出力和负荷的用电功率预测误差较大，加之其他随机性的扰动因素，导致综合能源系统与上级配电网的联络线实际交互功率与计划值存在较大偏差，而不能实现平稳接入，进而难以满足配电网对园区综合能源系统联络线功率的考核结算需求，带来较大惩罚费用。因此，制定有效的联络线交换功率控制方案，以满足能源市场背景下的功率交互具有重要理论和现实意义。
目前已有相关针对综合能源系统或者微电网的联络线控制方案的研究展开，如专利CN201310234708.9“一种新能源并网联络线功率的平滑控制方法及装置”提出利用储能电池与燃机之间的协调配合，对新能源输出功率中不同频段的波动成分分别补偿，进而保障联络线功率的平滑；专利CN201210056752.0“一种微网联络线功率波动平滑控制方法”中通过实时采集可再生能源功率、不可控型家居设备的负荷、室内温度、温控型家居设备的开关状态及额定功率，结合微网联络线出力的发电计划需求，控制温控型家居设备的聚合负荷来实现联络线功率跟踪；专利CN201611031730.3“一种平抑微网联络线功率波动的空调负荷协调控制方法”提出基于低通滤波器原理，计算空调聚合功率控制目标，然后针对空调个体，基于市场控制，将空调聚合功率控制目标协调分配至各个空调负荷来跟踪联络线功率计划。文献“基于多智能体系统的微电网联络线潮流精确控制”、文献“采用居民温控负荷控制的微网联络线功率波动平滑方法”也针对微电网联络线功率控制分别提出了分布式多智能体控制算法、负荷需求响应队列控制算法等策略，但总体来看这些方案均是滞后的控制调节过程，不能前瞻联络线功率的变化趋势而进行超前调控，会导致出现机组功率响应不及时以及联络线控制误差大等问题。虽然专利CN201710236059.4‘一种平滑微网联络线功率的储能前瞻分布式控制方法’考虑了储能控制的前瞻性而进行联络线功率平滑的超前调节，但其针对的只是纯电网络，而未涉及多能源网络及设备的互补调节能力，也未考虑多个子能源系统共同参与联络线调节的差异化特性，存在一定的局限性。
发明内容
本发明的技术解决问题：提出一种基于模型预测控制的工业园区综合能源系统联络线功率控制方法，确保消除综合能源系统中各类不确定因素干扰的影响，也可有效避免因为机组出力的爬坡率限制或者热、冷设备响应慢而导致的联络线功率控制不及时问题，保障实现综合能源系统更好的参与能源市场互动及辅助服务。
本发明技术解决方案：一种综合能源系统联络线功率控制方法，以工业园区综合能源系统日前经济调度方案为基准参考，结合综合能源系统中各能源子系统实时功率平衡方程，构建工业园区综合能源系统参与联络线功率控制的状态空间模型，配合可再生能源、负荷的超短期功率值，实现对联络线功率变化情况的提前感知；接着将所建立的状态空间模型等效转换为二次规划模型进行快速求解，并通过不断滚动优化和采样实际运行状态的反馈校正，确保消除综合能源系统中各类不确定因素干扰的影响，同时基于超前联络线控制，也可有效避免因为机组出力的爬坡率限制或者热、冷设备响应慢而导致的联络线功率控制不及时问题，保障实现综合能源系统更好的参与能源市场互动及辅助服务。
本发明具体主要包括以下步骤：
(1)以工业园区综合能源系统运行总成本最低为优化目标，同时满足冷、热、电、气多能源子系统的功率平衡约束、能源互补耦合约束，建立能源供应与生产动态耦合的工业园区综合能源日前优化调度模型，计算获取日前能源生产优化计划及联络线功率计划参考值；
(2)以日前计算得到的能源生产优化计划及联络线功率计划参考值为基础，基于工业园区综合能源系统中冷、热、电、气各能源子系统实时功率平衡方程，构建工业园区综合能源系统参与联络线功率控制的状态空间模型；
(3)以工业园区综合能源系统日前优化得到的联络线计划与实际联络线控制功率之间的误差最小为目标，将上述状态空间模型等效转换为二次规划模型，并采用序列二次规划算法对二次规划模型求解，获取当前时段向后个NC控制时段的可调节设备功率调节量，其中NC为单次控制计算时长；
(4)下发当前时段向后第1个时段的功率调节量，并采样工业园区综合能源系统实时状态进行反馈校正，重复上述步骤(3)-步骤(4)进行滚动优化控制，直至达到总控制时长N，其中N为预先设置的联络线功率控制总时长。
所述步骤(1)中，以工业园区综合能源系统运行总成本最低为优化目标，同时满足冷、热、电、气多能源子系统的功率平衡约束、能源互补耦合约束，建立能源供应与生产动态耦合的工业园区综合能源日前优化调度模型，计算获取日前能源生产优化计划及联络线功率计划参考值。
步骤(1-1)：根据公式(1)确定工业园区综合能源系统运行成本最小化的目标函数：
其中，Nt表示日前优化周期的时长；Cg，sum表示总购电成本，主要指分布式能源总发电量与各能源子系统总用电量之间由于存在差值造成的向外部电网购电的费用；Ce，sum表示总供能费用，主要包括微燃机的开机费用和运行过程所需的天然气燃料费用、燃气锅炉运行过程所需的天然气燃料费用、冰蓄冷系统的运行维护费用以及空气压缩系统的运行维护费用；Cp，sum表示总生产费用，主要由生产线运行成本、老化机和生产线机组的运行维护费用三部分构成。
步骤(1-2)：确定工业园区综合能源运行的约束条件，主要包括能源互补耦合约束、各能源功率平衡约束：
1)能源互补耦合约束描述如公式(2)所示：
其中，Lc，t、Lh，t、Lp，t和La，t分别表示t时刻冷能，热能，电能和气压能的实际供应量，βc、βh、βpl和βa表示冷能，热能，电能和气压能的供应效率，Pc，t、Ph，t、Pp，t和Pa，t表示t时刻的供冷设备，供热设备，生产设备和供气设备的出力功率，αcp、αhp、αap、αpc、αph、αpa分别表示冷-电，热-电，气电，电-冷，电-热和电-气耦合系数，Bc，t、Bh，t、Bp，t和Ba，t表示冷能，热能，电能和气压能的基本负荷量。
2)各能源功率平衡约束如公式(3)所示：
式中：表示冰蓄冷系统的融冰效率，Mis，t表示t时刻冰蓄冷系统的融冰出力功率；ηae为工业空调的冷能供应效率；Pae，t表示t时刻工业空调的出力大小，Mt表示工业园区内的所有冷负荷大小；MT代表微燃机的编号，NMT代表微燃机的数量，PMT，t为第MT个微燃机在t时刻的出力功率，RMT表示第MT个微燃机的额定热电比，Pbr，t是t时刻的锅炉出力功率，Hbase，t表示工业热水和采暖等基本热负荷大小，Hcl表示每条电芯生产线在烘干阶段需要的单位热量大小，Hpl表示每条电池打包生产线在干燥阶段所需的单位热量大小；pl、cl分别代表打包生产线和电芯生产线的编号，Npl、Ncl分别为打包生产线及电芯生产线的数量，upl，t、ucl，t分别表示t时刻打包生产线和电芯生产线的运行状态，为1表示开启，为0表示关闭；Dca，t为压缩空气系统在t时刻的供气量；Dpl表示电池打包生产线在传送电池包半成品时需要的单位用气量；Dcl表示表示每条电芯生产线在传送电芯时所需要的单位用气量；PWT，t表示t时刻风电机组出力功率；PPV，t是t时刻光伏出力功率；Pes，t是t时刻储电设备的运行功率，Pgrid，t表示t时刻工业园区的购电总量，am代表老化机的编号，Nam代表老化机的数量，Pam，t表示第am个老化机在t时刻的运行功率；Pcl，t是t时刻第cl条电芯生产线的运行功率大小，Ppl，t是t时刻第pl条打包生产线的运行功率大小，Pca，t表示t时刻空压机的出力功率，Pis，t表示t时刻冰蓄冷系统制冰功率。
步骤(1-3)：依据上述建立的工业园区综合能源运行调度目标函数和约束条件，形成日前优化调度模型，然后调用非线性优化求解算法对日前优化调度模型求解，获取日前能源生产优化计划及联络线功率计划参考值。
所述步骤(2)中，以日前计算得到的能源生产优化计划及联络线功率计划参考值为基础，基于工业园区综合能源系统中冷、热、电、气各能源子系统实时功率平衡方程，构建工业园区综合能源系统参与联络线功率控制的状态空间模型，以如图1所示的典型工业园区综合能源系统为具体实例，该工业园区综合能源系统包括冷、热、电、气四种能源，在能源供应侧，电能主要来源于外部电网和可再生能源，冷能主要依靠工业空调和冰蓄冷系统联合供应，热能靠微燃机和锅炉联合供应，气压能完全由压缩空气系统进行供应。在需求侧，主要包括基本用电管理，温控设备管理和生产设备管理。其中基本用电管理指日常照明和办公用电等，而温控设备管理则依靠冷热能相互协调将室温维持在一定范围内，而对于生产设备的管理，则指满足生产任务和流程的前提下，综合考虑不同类型的生产设备运行需要进行多种能源的协同供应。以该系统为例构建状态空间具体包括以下步骤：
步骤(2-1)：选取空压机，空调制冷、制冰机，融冰机，蓄电池储能充放电的功率，储气罐储气量，冰蓄冷系统蓄冷量，蓄电池储能储能荷电状态，室内温度以及工业园区综合能源系统与外电网的联络线交换功率构成的向量为状态变量：
x(k)＝[Pca(k)，Pae(k)，Pis(k)，Mis(k)，Pes(k)，Eca(k)，Eis(k)，SB(k)，T(k)，Pgrid(k)]T (4)
步骤(2-2)：选取空压机，空调制冷、制冰机，融冰机和蓄电池储能的出力增量构成控制变量向量：
u(k)＝[ΔPca(k)，ΔPae(k)，ΔPis(k)，Mis(k)，ΔPes(k)]T (5)
步骤(2-3)：选取风电机组及光伏的超短期预测功率增量和储气罐放气功率变化量、室外温度变化量构成扰动变量向量：
d(k)＝[ΔPWT(k)，ΔPPV(k)，ΔDca(k)，ΔTo(K)]T (6)
步骤(2-4)：选取储气罐储气量，冰蓄冷系统蓄冷量，蓄电池储能荷电状态和联络线交换功率构成输出变量向量：
y(k)＝[Eca(k)，Eis(k)，SB(k)，Pgrid(k)]T (7)
步骤(2-5)：依据综合能源系统中冷、热、电、气各能源子系统实时功率平衡方程，列写如下的状态空间模型方程：
其中，
式中，A为状态转移矩阵，B为控制矩阵，R为扰动矩阵，C为输出矩阵；x(k)为状态变量，u(k)为控制变量，d(k)为扰动变量，y(k)为输出变量；Δt为控制时间步长，ηca为空压机的效率，为冰蓄冷系统制冰效率；为冰蓄冷系统融冰效率；σ为储能自放电率；k1、k2为园区厂房热容量模型参数。
所述步骤(3)中，以工业园区综合能源系统日前优化得到的联络线计划与实际联络线控制功率之间的误差最小为目标，将上述状态空间模型等效转换为二次规划模型，并采用序列二次规划算法对二次规划模型求解，获取当前时段向后NC个控制时段的可调节设备功率调节量，其中NC为单次控制计算时长，具体包括以下步骤：
步骤(3-1)：通过对步骤(2)所构建的状态空间预测模型的公式(8)反复迭代，直到向前预测p步，得到储气罐储气量，冰蓄冷系统蓄冷量，蓄电池储能荷电状态和联络线交换功率输出变量在预测时长pΔt内的预估输出值构成的向量Yf：
步骤(3-2)：选取当前时刻向前pΔt时段内，储气罐储气量，冰蓄冷系统蓄冷量，蓄电池储能荷电状态和联络线交换功率等输出变量的日前计划值构成向量Rda为跟踪控制目标：
步骤(3-3)：以Yf和Rda之间的差值最小为目标，将对应的实时滚动优化控制转化为二次规划问题：
其中，Werr为权重系数矩阵，Pca，min和Pca，max分别为空气机最小和最大输出功率；Pae，min和Pae，max分别为冰蓄冷系统空调制冷的最小和最大运行功率；Pis，min和Pis，max分别为制冰机最小和最大输出功率；Mis，min和Mis，max分别为融冰机最小和最大输出功率；Vca为储气罐容量体积；Eis，min和Eis，max分别为冰蓄冷系统最小和最大蓄冷量；SB，min和SB，max分别为蓄电池储能最小和最大荷电状态；Ti，min和Ti，max分别为厂房控制温度的最小和最大值。
步骤(3-4)：通过对式(11)所示的二次规划问题调用序列二次规划算法求解，求解得到当前时段向后NC个控制时段的空压机，空调制冷、制冰机，融冰机和蓄电池储能的出力调节增量，其中NC为单次控制计算时长。
所述步骤(4)中，下发当前时段向后第1个时段的控制调节增量，并采样工业园区综合能源系统实时运行状态进行反馈校正，重复步骤(3)-步骤(4)，直至达到总控制时长N，其中N为预先设置的联络线功率控制总时长。具体步骤描述如下：
步骤(4-1)：读取当前时段向后NC个控制时段内所有空压机，空调制冷、制冰机，融冰机和蓄电池储能的出力调节增量构成的优化控制序列；
步骤(4-2)：在当前控制时刻仅将当前时刻向后的第1个时段控制指令序列下发；
步骤(4-3)：依据当前控制指令序列下发后综合能源系统的实际响应情况，采样综合能源系统实时运行状态数据进行反馈，并将其作为下一个滚动优化控制的基础，更新状态空间模型的状态变量；
步骤(4-4)：重复步骤(3)中的滚动优化计算以及步骤(4)的指令下发和反馈校正过程，直至达到总控制时长N为止，其中N为预先设置的联络线功率控制总时长。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明基于综合能源系统中冷、热、电、气各能源子系统的实时功率平衡方程，构建了综合能源系统参与联络线功率控制的状态空间模型，结合可再生能源、负荷的超短期功率预测，能实现对联络线功率变化情况的提前感知而实施超前控制，相比现有的滞后型潮流断面控制方法，可有效规避机组出力的爬坡率限制或者热、冷设备响应慢而导致的联络线功率控制不及时问题；
(2)本发明通过将综合能源系统联络线功率控制的状态空间模型与模型预测控制方法相结合，采取滚动优化和实际运行状态的不断反馈校正调节，能确保消除综合能源系统中各类不确定因素的干扰影响，相比现有的开环联络线控制方案，提高了综合能源系统联络线功率控制的鲁棒性；
(3)本发明考虑了综合能源系统中冷、热、电等多类型能源子系统和设备参与联络线功率控制的互补调节能力及差异化响应特性，相比现有的纯粹基于电网络及其设备的调节方案，具有更大的调节能力和更好的调节灵活性。
附图说明
图1为综合能源系统基本架构；
图2为本发明的综合能源系统联络线功率控制方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。
本发明的一种综合能源系统联络线功率控制方法，主要用于工业园区综合能源系统，主要包括：1)以工业园区综合能源系统运行总成本最低为优化目标，同时满足冷、热、电、气多能源子系统的功率平衡约束、能源互补耦合约束，建立能源供应与生产动态耦合的工业园区综合能源日前优化调度模型，计算获取日前能源生产优化计划及联络线功率计划参考值；2)以日前计算得到的能源生产优化计划及联络线功率计划参考值为基础，基于工业园区综合能源系统中冷、热、电、气各能源子系统实时功率平衡方程，构建工业园区综合能源系统参与联络线功率控制的状态空间模型；3)以工业园区综合能源系统日前优化得到的联络线计划与实际联络线控制功率之间的误差最小为目标，将上述状态空间模型等效转换为二次规划模型，并采用序列二次规划算法对模型求解，获取当前时段向后个NC控制时段的可调节设备功率调节量，其中NC为单次控制计算时长；4)下发当前时段向后第1个时段的功率调节量，并采样工业园区综合能源系统实时状态进行反馈校正，重复上述步骤3)-步骤4)进行滚动优化控制，直至达到总控制时长N，其中N为预先设置的联络线功率控制总时长。本发明提出的综合能源系统联络线功率控制方法，能提前感知联络线功率的变化情况，进而实现超前优化控制，避免因为机组出力的爬坡率限制或者热、冷设备响应慢而导致的联络线功率控制不及时问题，具有较好的应用前景。
具体实施流程如图2所示，包括以下步骤：
步骤(1)：预测日前及超短期光伏、风力发电等可再生能源发电功率，预测日前及超短期电负荷、热负荷、气负荷、冷负荷功率，预测电价和天然气价格，设置联络线功率控制总时长N，单次控制时长NC；
步骤(2)：根据日前光伏、风力发电预测功率、电负荷、热负荷、气负荷、冷负荷预测功率以及电价和天然气价格预测数据，以如图1所示的典型工业园区综合能源系统为具体实例，该工业园区综合能源系统包括冷、热、电、气四种能源，在能源供应侧，电能主要来源于外部电网和可再生能源，冷能主要依靠工业空调和冰蓄冷系统联合供应，热能靠微燃机和锅炉联合供应，气压能完全由压缩空气系统进行供应。在需求侧，主要包括基本用电管理，温控设备管理和生产设备管理。其中基本用电管理指日常照明和办公用电等，而温控设备管理则依靠冷热能相互协调将室温维持在一定范围内，而对于生产设备的管理，则指满足生产任务和流程的前提下，综合考虑不同类型的生产设备运行需要进行多种能源的协同供应。基于该综合能源系统构建能源供应与生产动态耦合的工业园区综合能源日前优化调度模型(1)，计算获取日前能源生产优化计划及联络线功率计划参考值
其中，为工业园区综合能源系统日运行总成本， 为日前经济调度的部分决策变量，分别代指一天内各时段的储气罐储气量，冰蓄冷系统蓄冷量，蓄电池储能荷电状态以及联络线交换功率构成的向量集。Nt表示优化周期的时长；Cg，sum表示总购电成本；Ce，sum表示总供能费用，主要包括微燃机的开机费用和运行过程所需的天然气燃料费用、燃气锅炉运行过程所需的天然气燃料费用、冰蓄冷系统的运行维护费用以及空气压缩系统的运行维护费用；Cp，sum表示总生产费用，主要由生产线运行成本、老化机和生产线机组的运行维护费用三部分构成。Lc，t、Lh，t、Lp，t和La，t分别表示t时刻冷能，热能，电能和气压能的实际供应量，βc、βh、βpl和βa表示冷能，热能，电能和气压能的供应效率，Pc，t、Ph，t、Pp，t和Pa，t表示t时刻的供冷设备，供热设备，生产设备和供气设备的出力功率，αcp、αhp、αap、αpc、αph、αpa分别表示冷-电，热-电，气-电，电-冷，电-热和电-气耦合系数，Bc，t、Bh，t、Bp，t和Ba，t表示冷能，热能，电能和气压能的基本负荷量。表示冰蓄冷系统的融冰效率，Mis，t表示t时刻冰蓄冷系统的融冰出力功率；ηae为工业空调的冷能供应效率；Pae，t表示t时刻工业空调的出力大小，Mt表示工业园区内的所有冷负荷大小；MT代表微燃机的编号，NMT代表微燃机的数量，PMT，t为第MT个微燃机在t时刻的出力功率，RMT表示第MT个微燃机的额定热电比，Pbr，t是t时刻的锅炉出力功率，Hbase，t表示工业热水和采暖等基本热负荷大小，Hcl表示每条电芯生产线在烘干阶段需要的单位热量大小，Hpl表示每条电池打包生产线在干燥阶段所需的单位热量大小；pl、cl分别代表打包生产线和电芯生产线的编号，Npl、Ncl分别为打包生产线及电芯生产线的数量，upl，t表示t时刻第pl条打包生产线的运行状态，为1表示开启，为0表示关闭，ucl，t表示t时刻第cl条电芯生产线的运行状态，为1表示开启，为0表示关闭；Dca，t为压缩空气系统在t时刻的供气量；Dpl表示电池打包生产线在传送电池包半成品时需要的单位用气量；Dcl表示表示每条电芯生产线在传送电芯时所需要的单位用气量；PWT，t表示t时刻风电机组出力功率；PPV，t是t时刻光伏出力功率；Pes，t是t时刻储电设备的运行功率，Pgrid，t表示t时刻工业园区的购电总量，am代表老化机的编号，Nam代表老化机的数量，Pam，t表示第am个老化机在t时刻的运行功率；Pcl，t是t时刻第cl条电芯生产线的运行功率大小，Ppl，t是t时刻第pl条打包生产线的运行功率大小，Pca，t表示t时刻空压机的出力功率，Pis，t表示t时刻冰蓄冷系统制冰功率。
步骤(3)：基于工业园区综合能源系统中冷、热、电、气各能源子系统实时功率平衡方程，构建工业园区综合能源系统参与联络线功率控制的状态空间模型，以如图1所示的典型工业园区综合能源系统为具体实例，该工业园区综合能源系统包括冷、热、电、气四种能源，在能源供应侧，电能主要来源于外部电网和可再生能源，冷能主要依靠工业空调和冰蓄冷系统联合供应，热能靠微燃机和锅炉联合供应，气压能完全由压缩空气系统进行供应。在需求侧，主要包括基本用电管理，温控设备管理和生产设备管理。其中基本用电管理指日常照明和办公用电等，而温控设备管理则依靠冷热能相互协调将室温维持在一定范围内，而对于生产设备的管理，则指满足生产任务和流程的前提下，综合考虑不同类型的生产设备运行需要的多种能源的协同供应。构建得到的状态空间模型如式(2)所示；
其中，Pca(k)、Pae(k)、Pis(k)、Mis(k)、Pes(k)、Eca(k)、Eis(k)、SB(k)、T(k)、Pgrid(k)分别为k时段空压机，空调制冷、制冰机，融冰机，蓄电池储能充放电的功率，储气罐储气量，冰蓄冷系统蓄冷量，蓄电池储能储能荷电状态，室内温度以及工业园区综合能源系统与外电网的联络线交换功率；ΔPca(k)、ΔPae(k)、ΔPis(k)、ΔMis(k)、ΔPes(k)分别为空压机，空调制冷、制冰机，融冰机和蓄电池储能在k时段的出力增量；ΔPWT(k)、ΔPPV(k)、ΔDca(k)、ΔTo(k)分别为风电机组及光伏的超短期预测功率增量、储气罐放气功率变化量以及室外温度的变化量；Δt为控制时间步长，ηca为空压机的效率，为冰蓄冷系统制冰效率；为冰蓄冷系统融冰效率；σ为储能自放电率；k1、k2为园区厂房的热容量模型参数。
步骤(4)：以工业园区综合能源系统日前优化得到的联络线计划与实际联络线控制功率之间的误差最小为目标，将上述状态空间模型等效转换为二次规划模型(3)，并结合风电机组及光伏的超短期预测功率增量、储气罐放气功率增量以及室外温度的变化量，采用序列二次规划算法对二次规划模型求解，获取当前时段向后NC个控制时段的空压机，空调制冷、制冰机，融冰机和蓄电池储能的出力调节增量，其中，NC为单次控制计算时长；
其中，J为联络线功率控制的性能指标；Rda为储气罐储气量，冰蓄冷系统蓄冷量，蓄电池储能荷电状态和联络线交换功率等输出变量在预测时长NPΔt内的日前计划值构成的向量；Yf为储气罐储气量，冰蓄冷系统蓄冷量，蓄电池储能荷电状态和联络线交换功率输出变量在预测时长NPΔt内的预估输出值构成的向量；Werr为权重系数矩阵，Pca，min和Pca，max分别为空压机最小和最大输出功率；Pae，min和Pae，max分别为冰蓄冷系统空调制冷的最小和最大运行功率；Pis，min和Pis，max分别为制冰机最小和最大输出功率；Mis，min和Mis，max分别为融冰机最小和最大输出功率；Vca为储气罐容量体积；Eis，min和Eis，max分别为冰蓄冷系统最小和最大蓄冷量；SB，min和SB，max分别为蓄电池储能最小和最大荷电状态；Ti，min和Ti，max分别为厂房控制温度的最小和最大值。
步骤(5)：下发当前时刻向后的第1个控制时长的空压机，空调制冷、制冰机，融冰机和蓄电池储能的出力调节增量控制序列；
步骤(6)：依据当前控制指令序列下发后系统的实际响应情况，采样综合能源系统实时运行状态数据反馈，并将其作为下一个滚动优化控制的基础，更新状态空间模型的状态变量；
步骤(7)：重复步骤(3)到步骤(6)，直至达到总控制时长N为止，其中N为预先设置的联络线功率控制总时长。
提供以上实施步骤仅仅是为了描述本发明的目的，而并非要限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求限定。不脱离本发明的精神和原理而做出的各种等同替换和修改，均应涵盖在本发明的范围之内。

Claims (5)

1.一种综合能源系统联络线功率控制方法，主要用于工业园区综合能源系统，其特征在于，包括以下步骤：
(1)以工业园区综合能源系统运行总成本最低为优化目标，同时满足冷、热、电、气多能源子系统的功率平衡约束、能源互补耦合约束，建立能源供应与生产动态耦合的工业园区综合能源日前优化调度模型，计算获取日前能源生产优化计划及联络线功率计划参考值；
(2)以日前计算得到的能源生产优化计划及联络线功率计划参考值，基于工业园区综合能源系统中冷、热、电、气各能源子系统实时功率平衡方程，构建工业园区综合能源系统参与联络线功率控制的状态空间模型；
(3)以工业园区综合能源系统日前优化得到的联络线计划与实际联络线控制功率之间的误差最小为目标，将上述状态空间模型等效转换为二次规划模型，并采用序列二次规划算法对二次规划模型求解，获取当前时段向后个NC控制时段的可调节设备功率调节量，其中NC为单次控制计算时长；
(4)下发当前时段向后第1个时段的可调设备功率调节量，并采样工业园区综合能源系统实时状态进行反馈校正，重复上述步骤(3)-步骤(4)进行滚动优化控制，直至达到总控制时长N，其中N为预先设置的联络线功率控制总时长。
2.根据权利要求1所述的综合能源系统联络线功率控制方法，其特征在于：所述步骤(1)具体实现如下：
步骤(1-1)：根据以下公式(1)确定工业园区综合能源系统运行成本最小化的目标函数：
其中，Nt表示日前优化周期的时长；Cg，sum表示总购电成本，指分布式能源总发电量与各能源子系统总用电量之间由于存在差值造成的向外部电网购电的费用；Ce，sum表示总供能费用，包括微燃机的开机费用和运行过程所需的天然气燃料费用、燃气锅炉运行过程所需的天然气燃料费用、冰蓄冷系统的运行维护费用以及空气压缩系统的运行维护费用；Cp，sum表示总生产费用，由生产线运行成本、老化机和生产线机组的运行维护费用三部分构成；
步骤(1-2)：确定工业园区综合能源运行的约束条件，约束条件包括能源互补耦合约束、各能源功率平衡约束：
1)能源互补耦合约束如公式(2)所示：
其中，Lc，t、Lh，t、Lp，t和La，t分别表示t时刻冷能，热能，电能和气压能的实际供应量，βc、βh、βpl和βa表示冷能，热能，电能和气压能的供应效率，Pc，t、Ph，t、Pp，t和Pa，t表示t时刻的供冷设备，供热设备，生产设备和供气设备的出力功率，αcp、αhp、αap、αpc、αph、αpa分别表示冷-电，热-电，气-电，电-冷，电-热和电-气耦合系数，Bc，t、Bh，t、Bp，t和Ba，t表示冷能，热能，电能和气压能的基本负荷量；
2)各能源功率平衡约束如公式(3)所示：
式中：表示冰蓄冷系统的融冰效率，Mis，t表示t时刻冰蓄冷系统的融冰出力功率；ηae为工业空调的冷能供应效率；Pae，t表示t时刻工业空调的出力大小，Mt表示工业园区内的所有冷负荷大小；MT代表微燃机的编号，NMT代表微燃机的数量，PMT，t为第MT个微燃机在t时刻的出力功率，RMT表示第MT个微燃机的额定热电比，Pbr，t是t时刻的锅炉出力功率，Hbase，t表示工业热水和采暖等基本热负荷大小，Hcl表示每条电芯生产线在烘干阶段需要的单位热量大小，Hpl表示每条电池打包生产线在干燥阶段所需的单位热量大小；pl、cl分别代表打包生产线和电芯生产线的编号，Npl、Ncl分别为打包生产线及电芯生产线的数量，upl，t、ucl，t分别表示t时刻打包生产线和电芯生产线的运行状态，为1表示开启，为0表示关闭；Dca，t为压缩空气系统在t时刻的供气量；Dpl表示电池打包生产线在传送电池包半成品时需要的单位用气量；Dcl表示表示每条电芯生产线在传送电芯时所需要的单位用气量；PWT，t表示t时刻风电机组出力功率；PPV，t是t时刻光伏出力功率；Pes，t是t时刻储电设备的运行功率，Pgrid，t表示t时刻工业园区的购电总量，am代表老化机的编号，Nam代表老化机的数量，Pam，t表示第am个老化机在t时刻的运行功率；Pcl，t是t时刻第cl条电芯生产线的运行功率大小，Ppl，t是t时刻第pl条打包生产线的运行功率大小，Pca，t表示t时刻空压机的出力功率，Pis，t表示t时刻冰蓄冷系统制冰功率；
步骤(1-3)：依据上述建立的工业园区综合能源运行调度目标函数和约束条件，形成日前优化调度模型，然后调用非线性优化求解算法对日前优化调度模型求解，获取日前能源生产优化计划及联络线功率计划参考值。
3.根据权利要求1所述的综合能源系统联络线功率控制方法，其特征在于：所述步骤(2)具体包括以下步骤：
步骤(2-1)：选取空压机，空调制冷、制冰机，融冰机，蓄电池储能充放电的功率，储气罐储气量，冰蓄冷系统蓄冷量，蓄电池储能储能荷电状态，室内温度以及综合能源系统与外电网的联络线交换功率构成的向量为状态变量：
x(k)＝[Pca(k)，Pae(k)，Pis(k)，Mis(k)，Pes(k)，Eca(k)，Eis(k)，SB(k)，T(k)，Pgrid(k)]T (4)
步骤(2-2)：选取空压机，空调制冷、制冰机，融冰机和蓄电池储能的出力增量构成控制变量向量：
u(k)＝[ΔPca(k)，ΔPae(k)，ΔPis(k)，Mis(k)，ΔPes(k)]T (5)
步骤(2-3)：选取风电机组及光伏的超短期预测功率增量和储气罐放气功率变化量、室外温度变化量构成扰动变量向量：
d(k)＝[ΔPWT(k)，ΔPPV(k)，ΔDca(k)，ΔTo(K)]T (6)
步骤(2-4)：选取储气罐储气量，冰蓄冷系统蓄冷量，蓄电池储能荷电状态和联络线交换功率构成输出变量向量：
y(k)＝[Eca(k)，Eis(k)，SB(k)，Pgrid(k)]T (7)
步骤(2-5)：依据综合能源系统中冷、热、电、气各能源子系统实时功率平衡方程，列写如下的状态空间模型方程：
其中，
式中，A为状态转移矩阵，B为控制矩阵，R为扰动矩阵，C为输出矩阵；x(k)为状态变量，u(k)为控制变量，d(k)为扰动变量，y(k)为输出变量；Δt为控制时间步长，ηca为空压机的效率，为冰蓄冷系统制冰效率；为冰蓄冷系统融冰效率；σ为储能自放电率；k1、k2为厂房热容量模型参数。
4.根据权利要求1所述的综合能源系统联络线功率控制方法，其特征在于：所述步骤(3)中，以工业园区综合能源系统日前优化得到的联络线计划与实际联络线控制功率之间的误差最小为目标，将上述状态空间模型等效转换为二次规划模型，并采用序列二次规划算法对二次规划模型求解，获取当前时段向后NC个控制时段的可调节设备功率调节量，其中NC为单次控制计算时长，具体包括以下步骤：
步骤(3-1)：通过对步骤(2)所构建的状态空间预测模型的公式(8)反复迭代，直到向前预测p步，得到储气罐储气量，冰蓄冷系统蓄冷量，蓄电池储能荷电状态和联络线交换功率输出变量在预测时长pΔt内的预估输出值构成的向量Yf：
步骤(3-2)：选取当前时刻向前pΔt时段内，储气罐储气量，冰蓄冷系统蓄冷量，蓄电池储能荷电状态和联络线交换功率等输出变量的日前计划值构成向量Rda为跟踪控制目标：
步骤(3-3)：以Yf和Rda之间的差值最小为目标，将对应的实时滚动优化控制转化为二次规划问题：
其中，Werr为权重系数矩阵，Pca，min和Pca，max分别为空气机最小和最大输出功率；Pae，min和Pae，max分别为冰蓄冷系统空调制冷的最小和最大运行功率；Pis，min和Pis，max分别为制冰机最小和最大输出功率；Mis，min和Mis，max分别为融冰机最小和最大输出功率；Vca为储气罐容量体积；Eis，min和Eis，max分别为冰蓄冷系统最小和最大蓄冷量；SB，min和SB，max分别为蓄电池储能最小和最大荷电状态；Ti，min和Ti，max分别为厂房控制温度的最小和最大值；
步骤(3-4)：通过对式(11)所示的二次规划问题调用序列二次规划算法求解，求解得到当前时段向后NC个控制时段的空压机，空调制冷、制冰机，融冰机和蓄电池储能的出力调节增量。
5.根据权利要求1所述的综合能源系统联络线功率控制方法，其特征在于：所述步骤(4)中具体步骤如下：
步骤(4-1)：读取当前时段向后NC个控制时段内所有空压机，空调制冷、制冰机，融冰机和蓄电池储能的出力调节增量构成的优化控制序列；
步骤(4-2)：在当前控制时刻仅将当前时刻向后的第1个时段控制指令序列下发；
步骤(4-3)：依据当前控制指令序列下发后系统的实际响应情况，采样综合能源系统实时运行状态数据进行反馈，并将其作为下一个滚动优化控制的基础，更新状态空间模型的状态变量；
步骤(4-4)：重复步骤(3)中的滚动优化计算以及步骤(4)的指令下发和反馈校正过程，直至达到总控制时长N，其中N为预先设置的联络线功率控制总时长。
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