CN111049184B - 一种多能互补园区响应电力系统风电消纳需求的计算方法 - Google Patents

一种多能互补园区响应电力系统风电消纳需求的计算方法 Download PDF

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CN111049184B CN201911362865.1A CN201911362865A CN111049184B CN 111049184 B CN111049184 B CN 111049184B CN 201911362865 A CN201911362865 A CN 201911362865A CN 111049184 B CN111049184 B CN 111049184B
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Abstract

本发明涉及一种多能互补园区响应电力系统风电消纳需求的计算方法，属于综合能源系统的运行控制技术领域。本发明计算方法，在日前计算多能互补园区次日的联络线初始计划即联络线功率基线；在电力系统存在风电消纳需求时，在日前计算多能互补园区对电力系统发布的风电消纳需求的最大响应程度；在电力系统存在风电消纳需求时，在日前计算不同程度风电消纳时的联络线功率计划曲线、多能互补园区内部的能源设备运行计划和最小调节成本。电力系统可根据这些计算结果向多能互补园区下发联络线功率计划。本发明能够充分利用多能互补园区内部的能源设备响应电力系统风电消纳需求，从而提升风电利用率，减少弃风的产生。

Description

一种多能互补园区响应电力系统风电消纳需求的计算方法
技术领域
本发明涉及一种多能互补园区响应电力系统风电消纳需求的计算方法，属于综合能源系统的运行控制技术领域。
背景技术
近年来，电力系统中风电的比例逐年上升。风电的随机性、间歇性、波动性和逆调峰性等特点使得弃风问题极为突出。
食品、材料加工、制药、机械制造等工业用户同时需要冷、热、电等多种能量形式进行生产作业，这些工厂聚集形成多能互补园区。其中冷、热能量在园区内平衡，由园区内的供热、供冷设备供给，这些供冷、供热设备常常与电能存在耦合关系。电能既可利用园区内的发电机产生，又可通过联络线从电力系统获取。由于不同的能流形式之间存在互补性，园区可通过调节不同特性的供冷、供热设备间的功率分配，在保证冷、热功率平衡的前提下调节联络线功率，同时园区内各种发电设备的发电功率也可实时调节，故多能互补园区联络线的电功率存在一定的灵活性，可作为电力系统的灵活性资源参与辅助服务。
发明内容
本发明涉及一种多能互补园区响应电力系统风电消纳需求的计算方法，以解决已有技术中存在的问题，计算多能互补园区可响应的不同风电消纳比例下的联络线功率计划曲线、多能互补园区内部的能源设备运行计划和最小调节成本，通过合理安排热电联产机组、燃气锅炉、吸收式制冷机、电锅炉和电制冷机能源设备的出力，以及合理控制蓄电池的充/放电时间和充/放电功率，可以改变园区联络线功率，从而将多能互补园区作为灵活性资源，响应电力系统风电消纳需求。
本发明提出的多能互补园区响应电力系统风电消纳需求的计算方法，包括以下步骤：
(1)设定多能互补园区中的能源设备包括发电机、热电联产机组、燃气锅炉、吸收式制冷机组、电锅炉、电制冷机和蓄电池，该多能互补园区与电力系统通过联络线相连，建立一个第一优化模型，第一优化模型用于计算多能互补园区向电力系统上报的联络线功率基线，作为电力系统日前调度的功率基线，第一优化模型以不加调控时多能互补园区自身总运行成本c0最小为目标，表达式如下：
Figure BDA0002337669230000021
其中，x为该第一优化模型中所有待求解变量构成的列向量，即：
Figure BDA0002337669230000022
Figure BDA0002337669230000023
Figure BDA0002337669230000024
为第iG台发电机在调度时刻t发出的有功功率；
Figure BDA0002337669230000025
和
Figure BDA0002337669230000026
分别为第iCHP台热电联产机组在调度时刻t的有功功率和供热功率；
Figure BDA0002337669230000027
为第iGB台燃气锅炉在调度时刻t的供热功率；
Figure BDA0002337669230000028
为第iAC台吸收式制冷机组在调度时刻t的供冷功率；
Figure BDA0002337669230000029
和
Figure BDA00023376692300000210
分别为第iEB台电锅炉在调度时刻t的耗电功率和供热功率；
Figure BDA00023376692300000211
和
Figure BDA00023376692300000212
分别为第iEC台电制冷机在调度时刻t的耗电功率和供冷功率；
Figure BDA00023376692300000213
和
Figure BDA00023376692300000214
分别为第iES台蓄电池在调度时刻t的充电功率和放电功率；
Figure BDA00023376692300000215
为第iES台蓄电池在调度时刻t的充电状态的0-1变量，
Figure BDA00023376692300000216
代表蓄电池在调度时刻t处在充电状态，
Figure BDA00023376692300000217
代表蓄电池在调度时刻t未处在充电状态；
Figure BDA00023376692300000218
为描述第iES台蓄电池在调度时刻t的放电状态的0-1变量，
Figure BDA00023376692300000219
代表蓄电池在调度时刻t处在放电状态，
Figure BDA00023376692300000220
代表蓄电池在调度时刻t未处在放电状态；
Figure BDA00023376692300000221
为第iES台蓄电池在调度时刻t的充电转换状态的0-1变量，即
Figure BDA00023376692300000222
代表蓄电池在调度时刻t-1未在充电、在调度时刻t处在充电状态，
Figure BDA00023376692300000223
代表蓄电池在调度时刻t-1在充电、调度时刻t处在未充电状态；
Figure BDA00023376692300000224
为第iES台蓄电池在调度时刻t的放电转换状态的0-1变量，即
Figure BDA00023376692300000225
代表蓄电池在调度时刻t-1未在放电、调度时刻t处在放电状态，
Figure BDA00023376692300000226
代表蓄电池在调度时刻t-1处在放电、调度时刻t未在放电状态；
Figure BDA00023376692300000227
为调度时刻t的联络线功率，即多能互补园区与电力系统交换的电功率，以电功率流入多能互补园区为正方向；上标T为向量转置；γ为电力系统所有调度时刻t构成的集合；SG为多能互补园区内所有发电机构成的集合；
Figure BDA00023376692300000228
为第iG台发电机在一个调度时刻发出单位有功功率所需成本，对于分布式光伏发电装置和分布式风电机组该值可取为0；SGB为所有燃气锅炉构成的集合；
Figure BDA00023376692300000229
为第iGB台燃气锅炉在一个调度时刻内维持单位供热功率所需成本；SAC为所有吸收式制冷机构成的集合；
Figure BDA00023376692300000230
为第iAC台吸收式制冷机组在一个调度时刻内维持单位供冷功率所需成本；SCHP为所有热电联产机组构成的集合；
Figure BDA0002337669230000031
为第iCHP台热电联产机组在一个调度时刻内维持单位发电功率所需成本；
Figure BDA0002337669230000032
为第iCHP台热电联产机组在一个调度时刻内维持单位供热功率所需成本；
Figure BDA0002337669230000033
为调度时刻t的联络线电价；ΔT为相邻两个调度时刻的时间间隔；
第一优化模型的约束条件包括：
(1-1)多能互补园区中发电机的有功功率范围和爬坡约束：
Figure BDA0002337669230000034
Figure BDA0002337669230000035
其中，
Figure BDA0002337669230000036
和
Figure BDA0002337669230000037
分别为多能互补园区中第iG台发电机的有功功率上限和下限，
Figure BDA0002337669230000038
和
Figure BDA0002337669230000039
为第iG台发电机有功功率的向上爬坡速率最大值和向下爬坡速率最大值；
(1-2)多能互补园区中热电联产机组的有功功率范围、供热功率范围和热电联产机组的有功功率爬坡约束：
Figure BDA00023376692300000310
Figure BDA00023376692300000311
其中，
Figure BDA00023376692300000312
为与第iCHP台热电联产机组的有功功率和供热功率相关的可行域，
Figure BDA00023376692300000313
和
Figure BDA00023376692300000314
为第iCHP台热电联产机组有功功率的向上爬坡速率最大值和向下爬坡速率最大值，上述参数均由热电联产机组说明书获得；
(1-3)多能互补园区中燃气锅炉供热功率范围及爬坡约束：
Figure BDA00023376692300000315
Figure BDA00023376692300000316
其中，
Figure BDA00023376692300000317
和
Figure BDA00023376692300000318
为第iGB台燃气锅炉的供热功率上限和下限，
Figure BDA00023376692300000319
和
Figure BDA00023376692300000320
为第iGB台燃气锅炉的供热功率向上爬坡速率最大值和向下爬坡速率最大值，上述参数均由燃气锅炉说明书获得；
(1-4)多能互补园区中吸收式制冷机的供冷功率范围及爬坡约束：
Figure BDA00023376692300000321
Figure BDA00023376692300000322
其中，
Figure BDA0002337669230000041
和
Figure BDA0002337669230000042
为第iAC台吸收式制冷机的供冷功率上限和下限，
Figure BDA0002337669230000043
和
Figure BDA0002337669230000044
为第iAC台吸收式制冷机的供冷功率向上爬坡速率最大值和向下爬坡速率最大值，上述参数均由吸收式制冷机说明书获得；
(1-5)多能互补园区中电锅炉的供热功率范围及爬坡约束：
Figure BDA0002337669230000045
Figure BDA0002337669230000046
Figure BDA0002337669230000047
其中，
Figure BDA0002337669230000048
和
Figure BDA0002337669230000049
为第iEB台电锅炉的耗电功率上限和下限，
Figure BDA00023376692300000410
为第iEB台电锅炉的供热效率，
Figure BDA00023376692300000411
和
Figure BDA00023376692300000412
为第iEB台电锅炉的耗电功率向上爬坡速率最大值和向下爬坡速率最大值，上述参数均可由电锅炉说明书获得；
(1-6)多能互补园区中电制冷机的供冷功率范围及爬坡约束：
Figure BDA00023376692300000413
Figure BDA00023376692300000414
Figure BDA00023376692300000415
其中，
Figure BDA00023376692300000416
和
Figure BDA00023376692300000417
为第iEC台电制冷机的耗电功率上限和下限，
Figure BDA00023376692300000418
为第iEC台电制冷机的性能系数，
Figure BDA00023376692300000419
和
Figure BDA00023376692300000420
为第iEC台电制冷机的耗电功率向上爬坡速率最大值和向下爬坡速率最大值，上述参数均可由电制冷机说明书获得；
(1-7)多能互补园区中蓄电池的运行约束：
Figure BDA00023376692300000421
Figure BDA00023376692300000422
Figure BDA00023376692300000423
Figure BDA00023376692300000424
Figure BDA00023376692300000425
Figure BDA00023376692300000426
Figure BDA0002337669230000051
Figure BDA0002337669230000052
其中，
Figure BDA0002337669230000053
和
Figure BDA0002337669230000054
为第iES台蓄电池的充电功率上限和下限；
Figure BDA0002337669230000055
和
Figure BDA0002337669230000056
为第iES台蓄电池的放电功率上限和下限；
Figure BDA0002337669230000057
为一个调度日中第i台蓄电池的最大充放电转换次数；
Figure BDA0002337669230000058
和
Figure BDA0002337669230000059
为第iES台蓄电池中可储存的最大能量和最小能量；上述所有参数均在对应设备的说明书或操作规程中得到；
Figure BDA00023376692300000510
为第iES台蓄电池在该调度日开始时储存的能量，由蓄电池前一日的调度结果得到；
(1-8)多能互补园区中的电能、热能、冷能的能量守恒约束：
Figure BDA00023376692300000511
Figure BDA00023376692300000512
Figure BDA00023376692300000513
其中，
Figure BDA00023376692300000514
为多能互补园区在调度时刻t的电负荷有功功率，
Figure BDA00023376692300000515
为多能互补园区在调度时刻t的热负荷功率，
Figure BDA00023376692300000516
为多能互补园区在调度时刻t的冷负荷功率，上述负荷功率均可根据历史负荷功率数据进行预测得到；
(1-9)多能互补园区中冷、热负荷的惯性及室内温度约束：
Figure BDA00023376692300000517
Figure BDA00023376692300000518
Figure BDA00023376692300000519
Figure BDA00023376692300000520
其中，
Figure BDA00023376692300000521
为热负荷的热容，
Figure BDA00023376692300000522
和
Figure BDA00023376692300000523
分别为热负荷t和t-1时刻的室内温度，
Figure BDA00023376692300000524
为热负荷的热导，SHL为所有热负荷构成的集合，
Figure BDA00023376692300000525
为t时刻的环境温度，
Figure BDA00023376692300000526
和
Figure BDA00023376692300000527
分别为热负荷室内温度最小值和最大值，
Figure BDA00023376692300000528
为冷负荷的热容，
Figure BDA00023376692300000529
和
Figure BDA00023376692300000530
分别为冷负荷t和t-1时刻的室内温度，
Figure BDA00023376692300000531
为冷负荷的热导，SCL为所有冷负荷构成的集合，
Figure BDA00023376692300000532
和
Figure BDA00023376692300000533
分别为冷负荷室内温度最小值和最大值。
采用分支定界法，求解由上述目标函数和约束条件组成的第一优化模型，得到多能互补园区与电力系统之间的联络线在调度时刻t的有功功率
Figure BDA0002337669230000061
的最优值
Figure BDA0002337669230000062
即多能互补园区联络线功率基线，以及目标函数最优值c0，即多能互补园区最小运行成本，多能互补园区将联络线功率基线上报电力系统；
(2)多能互补园区接收电力系统下发的调度时段t风电消纳需求
Figure BDA0002337669230000063
Figure BDA0002337669230000064
为电力系统期望联络线在调度时段t的有功功率高于联络线功率基线的有功功率值；根据该风电消纳需求
Figure BDA0002337669230000065
计算多能互补园区计算可提供的风电消纳能力，具体方法如下：
(2-1)选取计算步长ε，ε取值为0～1，置循环次数k初始值1；
(2-2)求解如下的第二优化模型，该第二优化模型用于在调度时段t，当联络线功率为
Figure BDA0002337669230000066
时，求多能互补园区运行费用最小时多能互补园区中的能源设备的运行计划；第二优化模型的目标函数与第一优化模型的目标函数相同；
第二优化模型的约束条件包括：
a、多能互补园区中发电机的有功功率范围和爬坡约束：与第一优化模型中约束条件(1-1)相同；
b、多能互补园区中热电联产机组的有功功率和供热功率范围约束和热电联产机组的有功功率爬坡约束：与第一优化模型中约束条件(1-2)相同；
c、多能互补园区中燃气锅炉供热功率范围及爬坡约束：与第一优化模型中约束条件(1-3)相同；
d、多能互补园区中吸收式制冷机的供冷功率范围及爬坡约束：与第一优化模型中约束条件(1-4)相同；
e、多能互补园区中电锅炉的供热功率范围及爬坡约束：与第一优化模型中约束条件(1-5)相同；
f、多能互补园区中电制冷机的供冷功率范围及爬坡约束：与第一优化模型中约束条件(1-6)相同；
g、多能互补园区中蓄电池的运行约束：与第一优化模型中约束条件(1-7)相同；
h、多能互补园区中的电能、热能、冷能的能量守恒约束：
Figure BDA0002337669230000067
Figure BDA0002337669230000068
Figure BDA0002337669230000069
i、多能互补园区中冷、热负荷的惯性及室内温度约束：与第一优化模型中约束条件(1-9)相同；
采用分支定界法，求解由上述目标函数和约束条件组成的第二优化模型，若第二优化模型可解，则得到目标函数最优值ck，以及多能互补园区与电力系统之间的联络线在调度时刻t的有功功率
Figure BDA0002337669230000071
的最优值
Figure BDA0002337669230000072
即多能互补园区向电力系统上报的功率基线，转步骤(2-3)；若该模型无解，则结束循环，进行步骤(3)；
(2-3)计算风电消纳比例为kε时的多能互补园区的调节成本ck*，ck*＝ck-c0，记录ck*，并置k＝k+1，对kε进行判断，若kε>1，转步骤(3)，若kε≤1，返回步骤(2-2)，直到kε>1，得到多个与不同风电消纳比例kε相对应的多能互补园区的调节成本ck*；
(3)将步骤(2-3)的多个与不同风电消纳比例kε相对应的多能互补园区的调节成本ck*上报电力系统，电力系统下发最终采用的多能互补园区的风电消纳比例，实现由多能互补园区对电力系统风电消纳需求的响应。
本发明提出的多能互补园区响应电力系统风电消纳需求的计算方法，其优点是：
本发明多能互补园区响应电力系统风电消纳需求的计算方法，在日前计算多能互补园区次日的联络线初始计划即联络线功率基线；在电力系统存在风电消纳需求时，在日前计算多能互补园区对电力系统发布的风电消纳需求的最大响应程度；在电力系统存在风电消纳需求时，在日前计算不同程度风电消纳时的联络线功率计划曲线、多能互补园区内部的能源设备运行计划和最小调节成本。电力系统可根据这些计算结果向多能互补园区下发联络线功率计划。本发明能够充分利用多能互补园区内部的能源设备响应电力系统风电消纳需求，从而提升风电利用率，减少弃风的产生。
具体实施方式
本发明提出的多能互补园区响应电力系统风电消纳需求的计算方法，包括以下步骤：
(1)计算多能互补园区次日的联络线初始计划即联络线功率基线，一般以园区总供能成本最小化为目标，求解如下优化问题：设定多能互补园区中的能源设备包括发电机、热电联产机组、燃气锅炉、吸收式制冷机组、电锅炉、电制冷机和蓄电池，其中的发电机可以为常规发电机、分布式光伏发电装置或分布式风电机组，该多能互补园区与电力系统通过联络线相连，建立一个第一优化模型，第一优化模型用于计算多能互补园区向电力系统上报的联络线功率基线，作为电力系统日前调度的功率基线，第一优化模型以不加调控时多能互补园区自身总运行成本c0最小为目标，第一优化模型的目标函数为使c0为最小：
Figure BDA0002337669230000081
其中，x为该第一优化模型中所有待求解变量构成的列向量，即：
Figure BDA0002337669230000082
Figure BDA0002337669230000083
Figure BDA0002337669230000084
为第iG台发电机在调度时刻t发出的有功功率；
Figure BDA0002337669230000085
和
Figure BDA0002337669230000086
分别为第iCHP台热电联产机组在调度时刻t的有功功率和供热功率；
Figure BDA0002337669230000087
为第iGB台燃气锅炉在调度时刻t的供热功率；
Figure BDA0002337669230000088
为第iAC台吸收式制冷机组在调度时刻t的供冷功率；
Figure BDA0002337669230000089
和
Figure BDA00023376692300000810
分别为第iEB台电锅炉在调度时刻t的耗电功率和供热功率；
Figure BDA00023376692300000811
和
Figure BDA00023376692300000812
分别为第iEC台电制冷机在调度时刻t的耗电功率和供冷功率；
Figure BDA00023376692300000813
和
Figure BDA00023376692300000814
分别为第iES台蓄电池在调度时刻t的充电功率和放电功率；
Figure BDA00023376692300000815
为第iES台蓄电池在调度时刻t的充电状态的0-1变量，
Figure BDA00023376692300000816
代表蓄电池在调度时刻t处在充电状态，
Figure BDA00023376692300000817
代表蓄电池在调度时刻t未处在充电状态；
Figure BDA00023376692300000818
为描述第iES台蓄电池在调度时刻t的放电状态的0-1变量，
Figure BDA00023376692300000819
代表蓄电池在调度时刻t处在放电状态，
Figure BDA00023376692300000820
代表蓄电池在调度时刻t未处在放电状态；
Figure BDA00023376692300000821
为第iES台蓄电池在调度时刻t的充电转换状态的0-1变量，即
Figure BDA00023376692300000822
代表蓄电池在调度时刻t-1未在充电、在调度时刻t处在充电状态，
Figure BDA00023376692300000823
代表蓄电池在调度时刻t-1在充电、调度时刻t处在未充电状态；
Figure BDA00023376692300000824
为第iES台蓄电池在调度时刻t的放电转换状态的0-1变量，即
Figure BDA00023376692300000825
代表蓄电池在调度时刻t-1未在放电、调度时刻t处在放电状态，
Figure BDA00023376692300000826
代表蓄电池在调度时刻t-1处在放电、调度时刻t未在放电状态；
Figure BDA00023376692300000827
为调度时刻t的联络线功率，即多能互补园区与电力系统交换的电功率，以电功率流入多能互补园区为正方向；上标T为向量转置；γ为电力系统所有调度时刻t构成的集合；SG为多能互补园区内所有发电机构成的集合；
Figure BDA00023376692300000828
为第iG台发电机在一个调度时刻发出单位有功功率所需成本，对于分布式光伏发电装置和分布式风电机组该值可取为0；SGB为所有燃气锅炉构成的集合；
Figure BDA00023376692300000829
为第iGB台燃气锅炉在一个调度时刻内维持单位供热功率所需成本；SAC为所有吸收式制冷机构成的集合；
Figure BDA00023376692300000830
为第iAC台吸收式制冷机组在一个调度时刻内维持单位供冷功率所需成本；SCHP为所有热电联产机组构成的集合；
Figure BDA00023376692300000831
为第iCHP台热电联产机组在一个调度时刻内维持单位发电功率所需成本；
Figure BDA0002337669230000091
为第iCHP台热电联产机组在一个调度时刻内维持单位供热功率所需成本；
Figure BDA0002337669230000092
为调度时刻t的联络线电价；ΔT为相邻两个调度时刻的时间间隔；
第一优化模型的约束条件包括：
(1-1)多能互补园区中发电机的有功功率范围和爬坡约束：
Figure BDA0002337669230000093
Figure BDA0002337669230000094
其中，
Figure BDA0002337669230000095
和
Figure BDA0002337669230000096
分别为多能互补园区中第iG台发电机的有功功率上限和下限，
Figure BDA0002337669230000097
和
Figure BDA0002337669230000098
为第iG台发电机有功功率的向上爬坡速率最大值和向下爬坡速率最大值；
(1-2)多能互补园区中热电联产机组的有功功率范围、供热功率范围和热电联产机组的有功功率爬坡约束：
Figure BDA0002337669230000099
Figure BDA00023376692300000910
其中，
Figure BDA00023376692300000911
为与第iCHP台热电联产机组的有功功率和供热功率相关的可行域，
Figure BDA00023376692300000912
和
Figure BDA00023376692300000913
为第iCHP台热电联产机组有功功率的向上爬坡速率最大值和向下爬坡速率最大值，上述参数均由热电联产机组说明书获得；
(1-3)多能互补园区中燃气锅炉供热功率范围及爬坡约束：
Figure BDA00023376692300000914
Figure BDA00023376692300000915
其中，
Figure BDA00023376692300000916
和
Figure BDA00023376692300000917
为第iGB台燃气锅炉的供热功率上限和下限，
Figure BDA00023376692300000918
和
Figure BDA00023376692300000919
为第iGB台燃气锅炉的供热功率向上爬坡速率最大值和向下爬坡速率最大值，上述参数均由燃气锅炉说明书获得；
(1-4)多能互补园区中吸收式制冷机的供冷功率范围及爬坡约束：
Figure BDA00023376692300000920
Figure BDA00023376692300000921
其中，
Figure BDA00023376692300000922
和
Figure BDA00023376692300000923
为第iAC台吸收式制冷机的供冷功率上限和下限，
Figure BDA00023376692300000924
和
Figure BDA0002337669230000101
为第iAC台吸收式制冷机的供冷功率向上爬坡速率最大值和向下爬坡速率最大值，上述参数均由吸收式制冷机说明书获得；
(1-5)多能互补园区中电锅炉的供热功率范围及爬坡约束：
Figure BDA0002337669230000102
Figure BDA0002337669230000103
Figure BDA0002337669230000104
其中，
Figure BDA0002337669230000105
和
Figure BDA0002337669230000106
为第iEB台电锅炉的耗电功率上限和下限，
Figure BDA0002337669230000107
为第iEB台电锅炉的供热效率，
Figure BDA0002337669230000108
和
Figure BDA0002337669230000109
为第iEB台电锅炉的耗电功率向上爬坡速率最大值和向下爬坡速率最大值，上述参数均可由电锅炉说明书获得；
(1-6)多能互补园区中电制冷机的供冷功率范围及爬坡约束：
Figure BDA00023376692300001010
Figure BDA00023376692300001011
Figure BDA00023376692300001012
其中，
Figure BDA00023376692300001013
和
Figure BDA00023376692300001014
为第iEC台电制冷机的耗电功率上限和下限，
Figure BDA00023376692300001015
为第iEC台电制冷机的性能系数，
Figure BDA00023376692300001016
和
Figure BDA00023376692300001017
为第iEC台电制冷机的耗电功率向上爬坡速率最大值和向下爬坡速率最大值，上述参数均可由电制冷机说明书获得；
(1-7)多能互补园区中蓄电池的运行约束：
Figure BDA00023376692300001018
Figure BDA00023376692300001019
Figure BDA00023376692300001020
Figure BDA00023376692300001021
Figure BDA00023376692300001022
Figure BDA00023376692300001023
Figure BDA00023376692300001024
Figure BDA0002337669230000111
其中，
Figure BDA0002337669230000112
和
Figure BDA0002337669230000113
为第iES台蓄电池的充电功率上限和下限；
Figure BDA0002337669230000114
和
Figure BDA0002337669230000115
为第iES台蓄电池的放电功率上限和下限；
Figure BDA0002337669230000116
为一个调度日中第i台蓄电池的最大充放电转换次数；
Figure BDA0002337669230000117
和
Figure BDA0002337669230000118
为第iES台蓄电池中可储存的最大能量和最小能量；上述所有参数均在对应设备的说明书或操作规程中得到；
Figure BDA0002337669230000119
为第iES台蓄电池在该调度日开始时储存的能量，由蓄电池前一日的调度结果得到；
(1-8)多能互补园区中的电能、热能、冷能的能量守恒约束：
Figure BDA00023376692300001110
Figure BDA00023376692300001111
Figure BDA00023376692300001112
其中，
Figure BDA00023376692300001113
为多能互补园区在调度时刻t的电负荷有功功率，
Figure BDA00023376692300001114
为多能互补园区在调度时刻t的热负荷功率，
Figure BDA00023376692300001115
为多能互补园区在调度时刻t的冷负荷功率，上述负荷功率均可根据历史负荷功率数据进行预测得到；
(1-9)多能互补园区中冷、热负荷的惯性及室内温度约束：
Figure BDA00023376692300001116
Figure BDA00023376692300001117
Figure BDA00023376692300001118
Figure BDA00023376692300001119
其中，
Figure BDA00023376692300001120
为热负荷的热容，
Figure BDA00023376692300001121
和
Figure BDA00023376692300001122
分别为热负荷t和t-1时刻的室内温度，
Figure BDA00023376692300001123
为热负荷的热导，SHL为所有热负荷构成的集合，
Figure BDA00023376692300001124
为t时刻的环境温度，
Figure BDA00023376692300001125
和
Figure BDA00023376692300001126
分别为热负荷室内温度最小值和最大值，
Figure BDA00023376692300001127
为冷负荷的热容，
Figure BDA00023376692300001128
和
Figure BDA00023376692300001129
分别为冷负荷t和t-1时刻的室内温度，
Figure BDA00023376692300001130
为冷负荷的热导，SCL为所有冷负荷构成的集合，
Figure BDA00023376692300001131
和
Figure BDA00023376692300001132
分别为冷负荷室内温度最小值和最大值。
采用分支定界法，求解由上述目标函数和约束条件组成的第一优化模型，得到多能互补园区与电力系统之间的联络线在调度时刻t的有功功率
Figure BDA00023376692300001133
的最优值
Figure BDA00023376692300001134
即多能互补园区联络线功率基线，以及目标函数最优值c0，即多能互补园区最小运行成本，多能互补园区将联络线功率基线上报电力系统；
(2)多能互补园区接收电力系统下发的调度时段t风电消纳需求
Figure BDA0002337669230000121
Figure BDA0002337669230000122
为电力系统期望联络线在调度时段t的有功功率高于联络线功率基线的有功功率值；根据该风电消纳需求
Figure BDA0002337669230000123
计算多能互补园区计算可提供的风电消纳能力，具体方法如下：
(2-1)选取计算步长ε，ε取值为0～1，本发明的一个实施例中取0.1；置循环次数k初始值1；
(2-2)求解如下的第二优化模型，该第二优化模型用于在调度时段t，当联络线功率为
Figure BDA0002337669230000124
时，求多能互补园区运行费用最小时多能互补园区中的能源设备的运行计划；第二优化模型的目标函数与第一优化模型的目标函数相同；
第二优化模型的约束条件包括：
a、多能互补园区中发电机的有功功率范围和爬坡约束：与第一优化模型中约束条件(1-1)相同；
b、多能互补园区中热电联产机组的有功功率和供热功率范围约束和热电联产机组的有功功率爬坡约束：与第一优化模型中约束条件(1-2)相同；
c、多能互补园区中燃气锅炉供热功率范围及爬坡约束：与第一优化模型中约束条件(1-3)相同；
d、多能互补园区中吸收式制冷机的供冷功率范围及爬坡约束：与第一优化模型中约束条件(1-4)相同；
e、多能互补园区中电锅炉的供热功率范围及爬坡约束：与第一优化模型中约束条件(1-5)相同；
f、多能互补园区中电制冷机的供冷功率范围及爬坡约束：与第一优化模型中约束条件(1-6)相同；
g、多能互补园区中蓄电池的运行约束：与第一优化模型中约束条件(1-7)相同；
h、多能互补园区中的电能、热能、冷能的能量守恒约束：
Figure BDA0002337669230000125
Figure BDA0002337669230000126
Figure BDA0002337669230000127
i、多能互补园区中冷、热负荷的惯性及室内温度约束：与第一优化模型中约束条件(1-9)相同；
采用分支定界法，求解由上述目标函数和约束条件组成的第二优化模型，若第二优化模型可解，则得到目标函数最优值ck，以及多能互补园区与电力系统之间的联络线在调度时刻t的有功功率
Figure BDA0002337669230000131
的最优值
Figure BDA0002337669230000132
即多能互补园区向电力系统上报的功率基线，转步骤(2-3)；若该模型无解，则结束循环，进行步骤(3)；
(2-3)计算风电消纳比例为kε时的多能互补园区的调节成本ck*，ck*＝ck-c0，记录ck*，并置k＝k+1，对kε进行判断，若kε>1，转步骤(3)，若kε≤1，返回步骤(2-2)，直到kε>1，得到多个与不同风电消纳比例kε相对应的多能互补园区的调节成本ck*；
(3)将步骤(2-3)的多个与不同风电消纳比例kε相对应的多能互补园区的调节成本ck*上报电力系统，电力系统下发最终采用的多能互补园区的风电消纳比例，实现由多能互补园区对电力系统风电消纳需求的响应。

Claims (1)

1.一种多能互补园区响应电力系统风电消纳需求的计算方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(1)设定多能互补园区中的能源设备包括发电机、热电联产机组、燃气锅炉、吸收式制冷机组、电锅炉、电制冷机和蓄电池，该多能互补园区与电力系统通过联络线相连，建立一个第一优化模型，第一优化模型用于计算多能互补园区向电力系统上报的联络线功率基线，作为电力系统日前调度的功率基线，第一优化模型以不加调控时多能互补园区自身总运行成本c0最小为目标，表达式如下：
Figure QLYQS_1
其中，x为该第一优化模型中所有待求解变量构成的列向量，即：
Figure QLYQS_2
Figure QLYQS_5
Figure QLYQS_12
为第iG台发电机在调度时刻t发出的有功功率；
Figure QLYQS_19
和
Figure QLYQS_8
分别为第iCHP台热电联产机组在调度时刻t的有功功率和供热功率；
Figure QLYQS_16
为第iGB台燃气锅炉在调度时刻t的供热功率；
Figure QLYQS_22
为第iAC台吸收式制冷机组在调度时刻t的供冷功率；
Figure QLYQS_28
和
Figure QLYQS_4
分别为第iEB台电锅炉在调度时刻t的耗电功率和供热功率；
Figure QLYQS_14
和
Figure QLYQS_21
分别为第iEC台电制冷机在调度时刻t的耗电功率和供冷功率；
Figure QLYQS_27
和
Figure QLYQS_9
分别为第iES台蓄电池在调度时刻t的充电功率和放电功率；
Figure QLYQS_17
为第iES台蓄电池在调度时刻t的充电状态的0-1变量，
Figure QLYQS_23
代表蓄电池在调度时刻t处在充电状态，
Figure QLYQS_29
代表蓄电池在调度时刻t未处在充电状态；
Figure QLYQS_6
为描述第iES台蓄电池在调度时刻t的放电状态的0-1变量，
Figure QLYQS_11
代表蓄电池在调度时刻t处在放电状态，
Figure QLYQS_32
代表蓄电池在调度时刻t未处在放电状态；
Figure QLYQS_33
为第iES台蓄电池在调度时刻t的充电转换状态的0-1变量，即
Figure QLYQS_3
代表蓄电池在调度时刻t-1未在充电、在调度时刻t处在充电状态，
Figure QLYQS_13
代表蓄电池在调度时刻t-1在充电、调度时刻t处在未充电状态；
Figure QLYQS_20
为第iES台蓄电池在调度时刻t的放电转换状态的0-1变量，即
Figure QLYQS_26
代表蓄电池在调度时刻t-1未在放电、调度时刻t处在放电状态，
Figure QLYQS_7
代表蓄电池在调度时刻t-1处在放电、调度时刻t未在放电状态；
Figure QLYQS_15
为调度时刻t的联络线功率，即多能互补园区与电力系统交换的电功率，以电功率流入多能互补园区为正方向；上标T为向量转置；γ为电力系统所有调度时刻t构成的集合；SG为多能互补园区内所有发电机构成的集合；
Figure QLYQS_25
为第iG台发电机在一个调度时刻发出单位有功功率所需成本，对于分布式光伏发电装置和分布式风电机组该值可取为0；SGB为所有燃气锅炉构成的集合；
Figure QLYQS_31
为第iGB台燃气锅炉在一个调度时刻内维持单位供热功率所需成本；SAC为所有吸收式制冷机构成的集合；
Figure QLYQS_10
为第iAC台吸收式制冷机组在一个调度时刻内维持单位供冷功率所需成本；SCHP为所有热电联产机组构成的集合；
Figure QLYQS_18
为第iCHP台热电联产机组在一个调度时刻内维持单位发电功率所需成本；
Figure QLYQS_24
为第iCHP台热电联产机组在一个调度时刻内维持单位供热功率所需成本；
Figure QLYQS_30
为调度时刻t的联络线电价；ΔT为相邻两个调度时刻的时间间隔；
第一优化模型的约束条件包括：
(1-1)多能互补园区中发电机的有功功率范围和爬坡约束：
Figure QLYQS_34
Figure QLYQS_35
其中，
Figure QLYQS_36
和
Figure QLYQS_37
分别为多能互补园区中第iG台发电机的有功功率上限和下限，
Figure QLYQS_38
和
Figure QLYQS_39
为第iG台发电机有功功率的向上爬坡速率最大值和向下爬坡速率最大值；
(1-2)多能互补园区中热电联产机组的有功功率范围、供热功率范围和热电联产机组的有功功率爬坡约束：
Figure QLYQS_40
Figure QLYQS_41
其中，
Figure QLYQS_42
为与第iCHP台热电联产机组的有功功率和供热功率相关的可行域，
Figure QLYQS_43
和
Figure QLYQS_44
为第iCHP台热电联产机组有功功率的向上爬坡速率最大值和向下爬坡速率最大值，上述参数均由热电联产机组说明书获得；
(1-3)多能互补园区中燃气锅炉供热功率范围及爬坡约束：
Figure QLYQS_45
Figure QLYQS_46
其中，
Figure QLYQS_47
和
Figure QLYQS_48
为第iGB台燃气锅炉的供热功率上限和下限，
Figure QLYQS_49
和
Figure QLYQS_50
为第iGB台燃气锅炉的供热功率向上爬坡速率最大值和向下爬坡速率最大值，上述参数均由燃气锅炉说明书获得；
(1-4)多能互补园区中吸收式制冷机的供冷功率范围及爬坡约束：
Figure QLYQS_51
Figure QLYQS_52
其中，
Figure QLYQS_53
和
Figure QLYQS_54
为第iAC台吸收式制冷机的供冷功率上限和下限，
Figure QLYQS_55
和
Figure QLYQS_56
为第iAC台吸收式制冷机的供冷功率向上爬坡速率最大值和向下爬坡速率最大值，上述参数均由吸收式制冷机说明书获得；
(1-5)多能互补园区中电锅炉的供热功率范围及爬坡约束：
Figure QLYQS_57
Figure QLYQS_58
Figure QLYQS_59
其中，
Figure QLYQS_60
和
Figure QLYQS_61
为第iEB台电锅炉的耗电功率上限和下限，
Figure QLYQS_62
为第iEB台电锅炉的供热效率，
Figure QLYQS_63
和
Figure QLYQS_64
为第iEB台电锅炉的耗电功率向上爬坡速率最大值和向下爬坡速率最大值，上述参数均可由电锅炉说明书获得；
(1-6)多能互补园区中电制冷机的供冷功率范围及爬坡约束：
Figure QLYQS_65
Figure QLYQS_66
Figure QLYQS_67
其中，
Figure QLYQS_68
和
Figure QLYQS_69
为第iEC台电制冷机的耗电功率上限和下限，
Figure QLYQS_70
为第iEC台电制冷机的性能系数，
Figure QLYQS_71
和
Figure QLYQS_72
为第iEC台电制冷机的耗电功率向上爬坡速率最大值和向下爬坡速率最大值，上述参数均可由电制冷机说明书获得；
(1-7)多能互补园区中蓄电池的运行约束：
Figure QLYQS_73
Figure QLYQS_74
Figure QLYQS_75
Figure QLYQS_76
Figure QLYQS_77
Figure QLYQS_78
Figure QLYQS_79
Figure QLYQS_80
其中，
Figure QLYQS_83
和
Figure QLYQS_85
为第iES台蓄电池的充电功率上限和下限；
Figure QLYQS_86
和
Figure QLYQS_82
为第iES台蓄电池的放电功率上限和下限；
Figure QLYQS_84
为一个调度日中第i台蓄电池的最大充放电转换次数；
Figure QLYQS_87
和
Figure QLYQS_88
为第iES台蓄电池中可储存的最大能量和最小能量；上述所有参数均在对应设备的说明书或操作规程中得到；
Figure QLYQS_81
为第iES台蓄电池在该调度日开始时储存的能量，由蓄电池前一日的调度结果得到；
(1-8)多能互补园区中的电能、热能、冷能的能量守恒约束：
Figure QLYQS_89
Figure QLYQS_90
Figure QLYQS_91
其中，
Figure QLYQS_92
为多能互补园区在调度时刻t的电负荷有功功率，
Figure QLYQS_93
为多能互补园区在调度时刻t的热负荷功率，
Figure QLYQS_94
为多能互补园区在调度时刻t的冷负荷功率，上述负荷功率均可根据历史负荷功率数据进行预测得到；
(1-9)多能互补园区中冷、热负荷的惯性及室内温度约束：
Figure QLYQS_95
Figure QLYQS_96
Figure QLYQS_97
Figure QLYQS_98
其中，
Figure QLYQS_101
为热负荷的热容，
Figure QLYQS_104
和
Figure QLYQS_106
分别为热负荷t和t-1时刻的室内温度，
Figure QLYQS_102
为热负荷的热导，SHL为所有热负荷构成的集合，
Figure QLYQS_107
为t时刻的环境温度，
Figure QLYQS_109
和
Figure QLYQS_111
分别为热负荷室内温度最小值和最大值，
Figure QLYQS_99
为冷负荷的热容，
Figure QLYQS_105
和
Figure QLYQS_108
分别为冷负荷t和t-1时刻的室内温度，
Figure QLYQS_110
为冷负荷的热导，SCL为所有冷负荷构成的集合，
Figure QLYQS_100
和
Figure QLYQS_103
分别为冷负荷室内温度最小值和最大值；
采用分支定界法，求解由上述目标函数和约束条件组成的第一优化模型，得到多能互补园区与电力系统之间的联络线在调度时刻t的有功功率
Figure QLYQS_112
的最优值
Figure QLYQS_113
即多能互补园区联络线功率基线，以及目标函数最优值c0，即多能互补园区最小运行成本，多能互补园区将联络线功率基线上报电力系统；
(2)多能互补园区接收电力系统下发的调度时段t风电消纳需求
Figure QLYQS_114
为电力系统期望联络线在调度时段t的有功功率高于联络线功率基线的有功功率值；根据该风电消纳需求
Figure QLYQS_115
计算多能互补园区计算可提供的风电消纳能力，具体方法如下：
(2-1)选取计算步长ε，ε取值为0～1，置循环次数k初始值1；
(2-2)求解如下的第二优化模型，该第二优化模型用于在调度时段t，当联络线功率为
Figure QLYQS_116
时，求多能互补园区运行费用最小时多能互补园区中的能源设备的运行计划；第二优化模型的目标函数与第一优化模型的目标函数相同；
第二优化模型的约束条件包括：
a、多能互补园区中发电机的有功功率范围和爬坡约束：与第一优化模型中约束条件(1-1)相同；
b、多能互补园区中热电联产机组的有功功率和供热功率范围约束和热电联产机组的有功功率爬坡约束：与第一优化模型中约束条件(1-2)相同；
c、多能互补园区中燃气锅炉供热功率范围及爬坡约束：与第一优化模型中约束条件(1-3)相同；
d、多能互补园区中吸收式制冷机的供冷功率范围及爬坡约束：与第一优化模型中约束条件(1-4)相同；
e、多能互补园区中电锅炉的供热功率范围及爬坡约束：与第一优化模型中约束条件(1-5)相同；
f、多能互补园区中电制冷机的供冷功率范围及爬坡约束：与第一优化模型中约束条件(1-6)相同；
g、多能互补园区中蓄电池的运行约束：与第一优化模型中约束条件(1-7)相同；
h、多能互补园区中的电能、热能、冷能的能量守恒约束：
Figure QLYQS_117
Figure QLYQS_118
Figure QLYQS_119
i、多能互补园区中冷、热负荷的惯性及室内温度约束：与第一优化模型中约束条件(1-9)相同；
采用分支定界法，求解由上述目标函数和约束条件组成的第二优化模型，若第二优化模型可解，则得到目标函数最优值ck，以及多能互补园区与电力系统之间的联络线在调度时刻t的有功功率
Figure QLYQS_120
的最优值
Figure QLYQS_121
即多能互补园区向电力系统上报的功率基线，转步骤(2-3)；若该模型无解，则结束循环，进行步骤(3)；
(2-3)计算风电消纳比例为kε时的多能互补园区的调节成本ck*，ck*＝ck-c0，记录ck*，并置k＝k+1，对kε进行判断，若kε>1，转步骤(3)，若kε≤1，返回步骤(2-2)，直到kε>1，得到多个与不同风电消纳比例kε相对应的多能互补园区的调节成本ck*；
(3)将步骤(2-3)的多个与不同风电消纳比例kε相对应的多能互补园区的调节成本ck*上报电力系统，电力系统下发最终采用的多能互补园区的风电消纳比例，实现由多能互补园区对电力系统风电消纳需求的响应。
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