CN110739710A - 基于优化算法的多种能源类型协调调度方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于优化算法的多种能源类型协调调度方法及装置,其中,方法包括以下步骤:建立热电冷联产模块运行模型、储冰空调的功率限制和蓄电池的运行限制;针对可再生能源不确定性进行场景生成,并还原得到可再生能源预期值;建立综合优化调度模型,其中,最优目标为使日常运行成本最小,以应用粒子群算法对优化调度模型进行求解。该方法能够在多种能源类型协调调度中充分考虑可再生能源不确定性,并且将制冷和电力具有耦合关系的储冰空调应用于其中,从而实现应用制冷和电力需求有耦合关系的储冰空调的多种能源类型的经济优化。
Description
技术领域
本发明涉及能源技术领域,特别涉及一种基于优化算法的多种能源类型协调调度方法及装置。
背景技术
目前一些研究表明,在一些大城市,夏季空调系统的产生的电力负荷占据了夏季用电量的很大一部分,引起巨大峰谷电压差,给主网带来巨大压力。新兴的储冰空调应用于微网中,可以在满足冷却负荷的同时,实现削峰填谷效果,并可以将电力消耗从用电高峰转移到用电低谷时段来降低微网运行成本。
相关技术中提出一种通过调度光伏发电、风力发电、热电冷联产和蓄电池的方法,该方法可以在满足建筑物电力热量需求的同时实现成本最小化。然而,由于可再生能源具有随机性的特征,该方法在风力、光伏等可再生能源的处理上存在较大偏差,且仅考虑电力平衡,将储冰空调应用于微网之中,可以产生更大经济效益。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此,本发明的一个目的在于提出一种基于优化算法的多种能源类型协调调度方法,该方法实现应用制冷和电力需求有耦合关系的储冰空调的多种能源类型的经济优化。
本发明的另一个目的在于提出一种基于优化算法的多种能源类型协调调度装置。
为达到上述目的,本发明一方面实施例提出了一种基于优化算法的多种能源类型协调调度方法
本发明实施例的基于优化算法的多种能源类型协调调度方法,能够在多种能源类型协调调度中充分考虑可再生能源不确定性,并且将制冷和电力具有耦合关系的储冰空调应用于其中,从而实现应用制冷和电力需求有耦合关系的储冰空调的多种能源类型的经济优化。
另外,根据本发明上述实施例的基于优化算法的多种能源类型协调调度方法还可以具有以下附加的技术特征:
进一步地,在本发明的一个实施例中,所述热电冷联产模块运行模型为:
其中,T表示一天之中不同时刻,ECCHP(T)为热电冷联产模块的电力输出效率,PCCHP(T)和QCCHP(T)分别为热电冷联产模块的输出电功率和输出冷却功率,F(T)为输出电功率PCCHP(T)时对应的天然气体积消耗量,ICCHP(T)为热电冷联产模块的开关状态,f、g、h为映射,Pmax和Pmin分别为输出电功率的上下限,Qmax和Qmin分别为输出冷却功率的上下限。
进一步地,在本发明的一个实施例中,所述储冰空调的功率限制为:
其中,PAC(T)为储冰空调消耗的电功率,QAC(T)为储冰空调产生的冷却功率,IS(T)为储冰空调中存储的冷却能量,IAC(T)为储冰空调的开关状态,f、g为映射,QACmax和QACmin分别为产生冷却功率的上下限,ISmax和ISmin分别为储冰空调存储容量的上下限。
进一步地,在本发明的一个实施例中,所述蓄电池的运行限制为:
其中,SOC(T)为电池充电状态,PSB(T)为电池充放电功率,f为映射,PSBmax和PSBmin分别为电池充放电功率的上下限,SOCmax和SOCmin分别为电池充电状态的上下限。
进一步地,在本发明的一个实施例中,所述针对可再生能源不确定性进行场景生成,并还原得到可再生能源预期值,进一步包括:
通过双参数Weibull分布模拟风力场景与Beta分布模拟光伏场景,并通过拉丁超立方抽样生成大量受制于概率分布的风力输出和光伏输出场景;
通过场景还原方法,以非常低的概率消除场景,并通过基于概率量度测量场景与场景的距离将紧密相关的场景聚合到群集中;
根据风力和光伏的十个代表场景及相应概率获取各时刻风力和光伏输出预测值,计算公式为:
其中,Pwind(T)和PPV(T)分别为风力和光伏输出预期值,s为场景数,ps为场景s对应的概率值,Pwind s(T)和PPV s(T)分别为在s场景下的风力和光伏输出。
进一步地,在本发明的一个实施例中,所述综合优化调度模型为:
其中,C为日常运行成本,cGrid(T)和cGas分别为购电价格和天然气价格,PGrid(T)为该微网与主网交换的电功率,Pload(T)、Qload(T)分别为电力负荷和冷却负荷,f、g为映射。
为达到上述目的,本发明另一方面实施例提出了一种基于优化算法的多种能源类型协调调度装置,包括:构建模块,用于建立热电冷联产模块运行模型、储冰空调的功率限制和蓄电池的运行限制;生成模块,用于针对可再生能源不确定性进行场景生成,并还原得到可再生能源预期值;优化模块,用于建立综合优化调度模型,其中,最优目标为使日常运行成本最小,以应用粒子群算法对所述优化调度模型进行求解。
本发明实施例的基于优化算法的多种能源类型协调调度装置,能够在多种能源类型协调调度中充分考虑可再生能源不确定性,并且将制冷和电力具有耦合关系的储冰空调应用于其中,从而实现应用制冷和电力需求有耦合关系的储冰空调的多种能源类型的经济优化。
另外,根据本发明上述实施例的基于优化算法的多种能源类型协调调度装置还可以具有以下附加的技术特征:
进一步地,在本发明的一个实施例中,其中,所述热电冷联产模块运行模型为:
其中,T表示一天之中不同时刻,ECCHP(T)为热电冷联产模块的电力输出效率,PCCHP(T)和QCCHP(T)分别为热电冷联产模块的输出电功率和输出冷却功率,F(T)为输出电功率PCCHP(T)时对应的天然气体积消耗量,ICCHP(T)为热电冷联产模块的开关状态,f、g、h为映射,Pmax和Pmin分别为输出电功率的上下限,Qmax和Qmin分别为输出冷却功率的上下限;所述储冰空调的功率限制为:
其中,PAC(T)为储冰空调消耗的电功率,QAC(T)为储冰空调产生的冷却功率,IS(T)为储冰空调中存储的冷却能量,IAC(T)为储冰空调的开关状态,f、g为映射,QACmax和QACmin分别为产生冷却功率的上下限,ISmax和ISmin分别为储冰空调存储容量的上下限;所述蓄电池的运行限制为:
其中,SOC(T)为电池充电状态,PSB(T)为电池充放电功率,f为映射,PSBmax和PSBmin分别为电池充放电功率的上下限,SOCmax和SOCmin分别为电池充电状态的上下限。
进一步地,在本发明的一个实施例中,所述生成模块包括:生成单元,用于通过双参数Weibull分布模拟风力场景与Beta分布模拟光伏场景,并通过拉丁超立方抽样生成大量受制于概率分布的风力输出和光伏输出场景;聚合单元,用于通过场景还原方法,以非常低的概率消除场景,并通过基于概率量度测量场景与场景的距离将紧密相关的场景聚合到群集中;计算单元,用于根据风力和光伏的十个代表场景及相应概率获取各时刻风力和光伏输出预测值,计算公式为:
其中,Pwind(T)和PPV(T)分别为风力和光伏输出预期值,s为场景数,ps为场景s对应的概率值,Pwind s(T)和PPV s(T)分别为在s场景下的风力和光伏输出。
进一步地,在本发明的一个实施例中,所述综合优化调度模型为:
其中,C为日常运行成本,cGrid(T)和cGas分别为购电价格和天然气价格,PGrid(T)为该微网与主网交换的电功率,Pload(T)、Qload(T)分别为电力负荷和冷却负荷,f、g为映射。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解,其中:
图1为根据本发明一个实施例的基于优化算法的多种能源类型协调调度方法的流程图;
图2为根据本发明一个实施例的基于优化算法的多种能源类型协调调度装置的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
下面参照附图描述根据本发明实施例提出的基于优化算法的多种能源类型协调调度方法及装置,首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的基于优化算法的多种能源类型协调调度方法。
图1是本发明一个实施例的基于优化算法的多种能源类型协调调度方法的流程图。
如图1所示,该基于优化算法的多种能源类型协调调度方法包括以下步骤:
在步骤S101中,建立热电冷联产模块运行模型、储冰空调的功率限制和蓄电池的运行限制。
可以理解的是,首先,本发明实施例分别建立热电冷联产模块运行模型、建立储冰空调的功率限制、建立蓄电池的运行限制。下面将分别进行赘述。
在本发明的一个实施例中,热电冷联产模块运行模型为:
其中,T表示一天之中不同时刻,ECCHP(T)为热电冷联产模块的电力输出效率,PCCHP(T)和QCCHP(T)分别为热电冷联产模块的输出电功率和输出冷却功率,F(T)为输出电功率PCCHP(T)时对应的天然气体积消耗量,ICCHP(T)为热电冷联产模块的开关状态,f、g、h为映射,Pmax和Pmin分别为输出电功率的上下限,Qmax和Qmin分别为输出冷却功率的上下限。
进一步地,在本发明的一个实施例中,储冰空调的功率限制为:
其中,PAC(T)为储冰空调消耗的电功率,QAC(T)为储冰空调产生的冷却功率,IS(T)为储冰空调中存储的冷却能量,IAC(T)为储冰空调的开关状态,f、g为映射,QACmax和QACmin分别为产生冷却功率的上下限,ISmax和ISmin分别为储冰空调存储容量的上下限。
进一步地,在本发明的一个实施例中,蓄电池的运行限制为:
其中,SOC(T)为电池充电状态,PSB(T)为电池充放电功率,f为映射,PSBmax和PSBmin分别为电池充放电功率的上下限,SOCmax和SOCmin分别为电池充电状态的上下限。
在步骤S102中,针对可再生能源不确定性进行场景生成,并还原得到可再生能源预期值。
可以理解的是,本发明实施例针对可再生能源不确定性进行场景生成,同时还原得到可再生能源预期值。
本发明的一个实施例中,针对可再生能源不确定性进行场景生成,并还原得到可再生能源预期值,进一步包括:通过双参数Weibull分布模拟风力场景与Beta分布模拟光伏场景,并通过拉丁超立方抽样生成大量受制于概率分布的风力输出和光伏输出场景;通过场景还原方法,以非常低的概率消除场景,并通过基于概率量度测量场景与场景的距离将紧密相关的场景聚合到群集中;根据风力和光伏的十个代表场景及相应概率获取各时刻风力和光伏输出预测值,计算公式为:
其中,Pwind(T)和PPV(T)分别为风力和光伏输出预期值,s为场景数,ps为场景s对应的概率值,Pwind s(T)和PPV s(T)分别为在s场景下的风力和光伏输出。
具体而言,利用双参数Weibull分布模拟风力场景,Beta分布模拟光伏场景,应用拉丁超立方抽样方法,生成大量受制于概率分布的风力输出和光伏输出场景,通过场景还原方法,以非常低的概率消除场景,并通过基于概率量度测量场景与场景的距离,将紧密相关的场景聚合到群集中。
通过以上方法,分别得到风力和光伏的十个代表场景及相应概率。计算各时刻风力和光伏输出预测值
其中,Pwind(T)、PPV(T)分别为风力和光伏输出预期值,s为场景数,ps为场景s对应的概率值,Pwind s(T)、PPV s(T)分别为在s场景下的风力和光伏输出。
在步骤S103中,建立综合优化调度模型,其中,最优目标为使日常运行成本最小,以应用粒子群算法对优化调度模型进行求解。
可以理解的是,本发明实施例建立综合优化调度模型,且最优目标是使日常运行成本最小,并且应用粒子群算法对所提出的优化模型进行求解。
进一步地,在本发明的一个实施例中,综合优化调度模型为:
其中,C为日常运行成本,cGrid(T)和cGas分别为购电价格和天然气价格,PGrid(T)为该微网与主网交换的电功率,Pload(T)、Qload(T)分别为电力负荷和冷却负荷,f、g为映射。
根据本发明实施例提出的基于优化算法的多种能源类型协调调度方法,能够在多种能源类型协调调度中充分考虑可再生能源不确定性,并且将制冷和电力具有耦合关系的储冰空调应用于其中,从而实现应用制冷和电力需求有耦合关系的储冰空调的多种能源类型的经济优化。
其次参照附图描述根据本发明实施例提出的基于优化算法的多种能源类型协调调度装置。
图2是本发明一个实施例的基于优化算法的多种能源类型协调调度装置的结构示意图。
如图2所示,该基于优化算法的多种能源类型协调调度装置10包括:构建模块100、生成模块200和优化模块300。
其中,构建模块100用于建立热电冷联产模块运行模型、储冰空调的功率限制和蓄电池的运行限制。生成模块200用于针对可再生能源不确定性进行场景生成,并还原得到可再生能源预期值。优化模块300用于建立综合优化调度模型,其中,最优目标为使日常运行成本最小,以应用粒子群算法对优化调度模型进行求解。本发明实施例的装置10可以实现应用制冷和电力需求有耦合关系的储冰空调的多种能源类型的经济优化。
进一步地,在本发明的一个实施例中,其中,热电冷联产模块运行模型为:
其中,T表示一天之中不同时刻,ECCHP(T)为热电冷联产模块的电力输出效率,PCCHP(T)和QCCHP(T)分别为热电冷联产模块的输出电功率和输出冷却功率,F(T)为输出电功率PCCHP(T)时对应的天然气体积消耗量,ICCHP(T)为热电冷联产模块的开关状态,f、g、h为映射,Pmax和Pmin分别为输出电功率的上下限,Qmax和Qmin分别为输出冷却功率的上下限;储冰空调的功率限制为:
其中,PAC(T)为储冰空调消耗的电功率,QAC(T)为储冰空调产生的冷却功率,IS(T)为储冰空调中存储的冷却能量,IAC(T)为储冰空调的开关状态,f、g为映射,QACmax和QACmin分别为产生冷却功率的上下限,ISmax和ISmin分别为储冰空调存储容量的上下限;蓄电池的运行限制为:
其中,SOC(T)为电池充电状态,PSB(T)为电池充放电功率,f为映射,PSBmax和PSBmin分别为电池充放电功率的上下限,SOCmax和SOCmin分别为电池充电状态的上下限。
进一步地,在本发明的一个实施例中,生成模块200包括:,生成单元、聚合单元和计算单元。
其中,生成单元用于通过双参数Weibull分布模拟风力场景与Beta分布模拟光伏场景,并通过拉丁超立方抽样生成大量受制于概率分布的风力输出和光伏输出场景。聚合单元用于通过场景还原方法,以非常低的概率消除场景,并通过基于概率量度测量场景与场景的距离将紧密相关的场景聚合到群集中。计算单元用于根据风力和光伏的十个代表场景及相应概率获取各时刻风力和光伏输出预测值,计算公式为:
其中,Pwind(T)和PPV(T)分别为风力和光伏输出预期值,s为场景数,ps为场景s对应的概率值,Pwind s(T)和PPV s(T)分别为在s场景下的风力和光伏输出。
进一步地,在本发明的一个实施例中,综合优化调度模型为:
其中,C为日常运行成本,cGrid(T)和cGas分别为购电价格和天然气价格,PGrid(T)为该微网与主网交换的电功率,Pload(T)、Qload(T)分别为电力负荷和冷却负荷,f、g为映射。
需要说明的是,前述对基于优化算法的多种能源类型协调调度方法实施例的解释说明也适用于该实施例的基于优化算法的多种能源类型协调调度装置,此处不再赘述。
根据本发明实施例提出的基于优化算法的多种能源类型协调调度装置,能够在多种能源类型协调调度中充分考虑可再生能源不确定性,并且将制冷和电力具有耦合关系的储冰空调应用于其中,从而实现应用制冷和电力需求有耦合关系的储冰空调的多种能源类型的经济优化。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三个等,除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种基于优化算法的多种能源类型协调调度方法,其特征在于,包括以下步骤:
建立热电冷联产模块运行模型、储冰空调的功率限制和蓄电池的运行限制;
针对可再生能源不确定性进行场景生成,并还原得到可再生能源预期值;以及
建立综合优化调度模型,其中,最优目标为使日常运行成本最小,以应用粒子群算法对所述优化调度模型进行求解。
5.根据权利要求1所述的基于优化算法的多种能源类型协调调度方法,其特征在于,所述针对可再生能源不确定性进行场景生成,并还原得到可再生能源预期值,进一步包括:
通过双参数Weibull分布模拟风力场景与Beta分布模拟光伏场景,并通过拉丁超立方抽样生成大量受制于概率分布的风力输出和光伏输出场景;
通过场景还原方法,以非常低的概率消除场景,并通过基于概率量度测量场景与场景的距离将紧密相关的场景聚合到群集中;
根据风力和光伏的十个代表场景及相应概率获取各时刻风力和光伏输出预测值,计算公式为:
其中,Pwind(T)和PPV(T)分别为风力和光伏输出预期值,s为场景数,ps为场景s对应的概率值,Pwind s(T)和PPV s(T)分别为在s场景下的风力和光伏输出。
7.一种基于优化算法的多种能源类型协调调度装置,其特征在于,包括:
构建模块,用于建立热电冷联产模块运行模型、储冰空调的功率限制和蓄电池的运行限制;
生成模块,用于针对可再生能源不确定性进行场景生成,并还原得到可再生能源预期值;以及
优化模块,用于建立综合优化调度模型,其中,最优目标为使日常运行成本最小,以应用粒子群算法对所述优化调度模型进行求解。
8.根据权利要求7所述的基于优化算法的多种能源类型协调调度装置,其特征在于,其中,
所述热电冷联产模块运行模型为:
其中,T表示一天之中不同时刻,ECCHP(T)为热电冷联产模块的电力输出效率,PCCHP(T)和QCCHP(T)分别为热电冷联产模块的输出电功率和输出冷却功率,F(T)为输出电功率PCCHP(T)时对应的天然气体积消耗量,ICCHP(T)为热电冷联产模块的开关状态,f、g、h为映射,Pmax和Pmin分别为输出电功率的上下限,Qmax和Qmin分别为输出冷却功率的上下限;
所述储冰空调的功率限制为:
其中,PAC(T)为储冰空调消耗的电功率,QAC(T)为储冰空调产生的冷却功率,IS(T)为储冰空调中存储的冷却能量,IAC(T)为储冰空调的开关状态,f、g为映射,QACmax和QACmin分别为产生冷却功率的上下限,ISmax和ISmin分别为储冰空调存储容量的上下限;
所述蓄电池的运行限制为:
其中,SOC(T)为电池充电状态,PSB(T)为电池充放电功率,f为映射,PSBmax和PSBmin分别为电池充放电功率的上下限,SOCmax和SOCmin分别为电池充电状态的上下限。
9.根据权利要求7所述的基于优化算法的多种能源类型协调调度装置,其特征在于,所述生成模块包括:
生成单元,用于通过双参数Weibull分布模拟风力场景与Beta分布模拟光伏场景,并通过拉丁超立方抽样生成大量受制于概率分布的风力输出和光伏输出场景;
聚合单元,用于通过场景还原方法,以非常低的概率消除场景,并通过基于概率量度测量场景与场景的距离将紧密相关的场景聚合到群集中;
计算单元,用于根据风力和光伏的十个代表场景及相应概率获取各时刻风力和光伏输出预测值,计算公式为:
其中,Pwind(T)和PPV(T)分别为风力和光伏输出预期值,s为场景数,ps为场景s对应的概率值,Pwind s(T)和PPV s(T)分别为在s场景下的风力和光伏输出。
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