CN111382902A - 基于运行效益增量的区域综合能源系统储能优化配置方法 - Google Patents

基于运行效益增量的区域综合能源系统储能优化配置方法 Download PDF

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Abstract

一种基于运行效益增量的区域综合能源系统储能优化配置方法。其包括收集基础数据；在Matlab建模界面中构建区域综合能源系统的储能设备数学模型；确定约束条件和目标函数；在YALMIP中对区域综合能源系统进行建模，调用商业求解器CPLEX对模型进行求解；输出储能设备配置的优先级顺序；得出储能设备配置方案建议等步骤。本发明效果：系统运行能完全满足区域内电、冷、热负荷的需求以及充分消纳可再生新能源的出力，基于各设备的出力情况计算包含储能设备的区域综合能源系统运行经济性指标，通过分析系统配置不同储能设备的经济性和可行性，可以有针对性地解决该区域适合配置何种储能方式，对区域综合能源系统规划问题具有指导意义。

Description

基于运行效益增量的区域综合能源系统储能优化配置方法
技术领域
本发明属于城市区域综合能源系统规划与优化技术领域，特别是涉及一种基于运行效益增量的区域综合能源系统储能优化配置方法。
背景技术
风电的反调峰特性和供暖季“以热定电”模式会导致弃风现象严重，从而造成能源浪费。随着能源互联网的推进和综合能源系统的发展以及各种储能方式的出现，通过建立含有多种储能方式的区域综合能源系统的运行方式，可以提高可再生新能源的利用率。
由于区域综合能源系统受到系统内可再生能源的随机性、间歇性、不确定性的影响，以及系统在出现故障时通常需要切断与电网之间的连接，这些都势必导致了综合能源系统需要通过合理地规划储能系统与可再生能源之间的集成利用，以实现提高系统的供电可靠性的目的。目前国内外对含有储能设备的区域综合能源系统优化调度模型和控制方法均有一定的研究，但都大多只研究了单一储能设备对区域综合能源系统消纳新能源时经济性和可靠性的影响，少有文献研究电、热、冷、气等多种储能设备共同作用对区域综合能源系统经济性和可靠性的影响，以及储能设备配置优先级的问题。一方面，现有研究考虑区域综合能源系统中的储能设备不全面；再有，优化过程中考虑的目标因素不全面，从而优化结果误差较大；最后，在多种储能方式存在的条件下，都未明确给出研究的区域综合能源系统中适合配置的储能方式。如果有方法能有针对性解决上述问题，无疑会对区域综合能源系统规划建设具有非常重要的意义。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于运行效益增量的区域综合能源系统储能优化配置方法。
为了达到上述目的，本发明提供的基于运行效益增量的区域综合能源系统储能优化配置方法包括按顺序执行的下列步骤：
步骤1)收集包括所研究区域的冷、热、电负荷功率数据，区域的分时电价和天然气价格，以及区域综合能源系统内各种设备的运行参数在内的基础数据；
步骤2)根据上述基础数据在Matlab建模界面中构建区域综合能源系统的储能设备数学模型；
步骤3)确定区域综合能源系统运行的约束条件和目标函数；
步骤4)根据步骤2)构建的数学模型和步骤3)确定的约束条件及目标函数，在YALMIP中对区域综合能源系统进行建模，再调用商业求解器CPLEX对该模型进行求解；
步骤5)输出该区域综合能源系统中各储能设备配置的优先级顺序；
步骤6)从经济性对区域综合能源系统中配置新增储能设备前后的运行成本进行量化分析，包含购电费用、燃气费用、设备运行维护费用、气体排放物治理费用及效益量化总费用，并将包含新增储能设备前后的区域综合能源系统进行对比分析，得出储能设备配置方案建议。
在步骤1)中，所述的收集包括所研究区域的冷、热、电负荷功率数据，区域的分时电价和天然气价格，以及区域综合能源系统内各种设备的运行参数在内的基础数据的方法为：
收集所研究区域的夏季典型日冷、热、电负荷24小时负荷功率数据和光伏、风电机组24小时预测出力数据，所在区域的分时电价和天然气价格，以及区域综合能源系统内各种设备的运行参数数据。
在步骤2)中，所述的根据上述基础数据在Matlab建模界面中构建区域综合能源系统的储能设备数学模型的方法是：
根据上述基础数据在Matlab建模界面中构建该区域综合能源系统中各储能设备的数学模型,所述的储能设备包括燃气轮机、风电机组、余热锅炉、换热装置、冰蓄冷装置、吸收式制冷机、光伏机组、蓄电池、蓄热电锅炉和P2G设备。
在步骤3)中，所述的确定区域综合能源系统运行的约束条件和目标函数的方法是：
步骤3.1)确定目标函数：以调度周期内区域综合能源系统加入新增储能设备之后相较于前一状态的区域综合能源系统节省的总运行成本最大为目标函数，总运行成本包括购燃气费用、购电费用、设备运行维护费用以及排放物治理费用：
Figure BDA0002397756370000031
式中：ΔC为新增某一储能设备后区域综合能源系统相较于前一状态的该系统节省的总运行成本，即运行效益增量；Ffuel和F'fuel分别为前一状态的区域综合能源系统和新增某一储能设备后该系统的燃气费用；Frm和F'rm分别为前一状态的区域综合能源系统和新增某一储能设备后该系统的设备运行维护费用；Fgrid和F'grid分别为前一状态的区域综合能源系统和新增某一储能设备后该系统的购电费用；Fem和F'em分别为前一状态的区域综合能源系统和新增某一储能设备后该系统的排放物治理费用；Ω为前一状态的区域综合能源系统内所有设备集合；Ω∪Aj为加入某一储能设备后该系统的所有设备集合；
步骤3.2)确定约束条件：区域综合能源系统运行的约束条件包括电、冷、热功率平衡约束，设备出力约束，其中：
电功率平衡约束如公式(2)所示：
Figure BDA0002397756370000041
冷功率平衡约束如公式(3)所示：
QEC(t)+QAC(t)＝LCA(t) (3)
热功率平衡约束如公式(4)所示：
QHX(t)+QEB(t)+hr,d(t)＝LTW(t) (4)
式中：LE(t)，LCA(t)，LTW(t)分别为时段t内用户侧所需的电、冷、热负荷功率；PPV(t)为时段t内系统可以消纳的光伏输出的电功率；Pwind(t)为时段t内系统可以消纳的风机输出电功率；PGT(t)为时段t内燃气轮机的发电功率；Pgrid(t)为时段t内区域综合能源系统与大电网交互的电功率；PESC(t)、PESD(t)分别为时段t内蓄电池的充电、放电功率；PEB(t)为时段t内电锅炉的用电功率；Pp2g(t)为P2G设备在时段t内输入的电功率；PEC(t)为时段t内冰蓄冷装置输入的电功率；QEC(t)为时段t内冰蓄冷装置总的制冷功率；QAC(t)为时段t内吸收式制冷机输出的制冷功率；QHX(t)为时段t内换热装置输出的热功率；QEB(t)为时段t内蓄热电锅炉供给热负荷的热功率；hr,d(t)为时段t内蓄热罐的放热功率；
设备出力约束主要包括各设备电、热或冷功率上下限约束，以及对于储能设备需同时满足充放能功率、储能量在内的多个约束条件，其中：
各设备电、热或冷功率应满足功率上下限约束条件，如公式(5)所示：
Figure BDA0002397756370000051
式中：Pi为设备i的电功率；Qi为设备i的热或冷功率；Pimin、Pimax为设备i的电功率下限和上限；Qimin、Qimax为设备i的热或冷功率下限和上限；
对于以蓄电池为例的储能类设备，应同时满足充放电功率、储能量在内的多个约束条件，如公式(6)所示：
Figure BDA0002397756370000052
式中：PESC,max、PESD,max分别为蓄电池的最大充、放电功率；WES(t)为时段t内蓄电池的总能量；WES,min、WES,max分别为蓄电池的最小、最大储能容量；σES为自放电率；ηES,C、ηES,D分别为充、放电效率；WES(T)、WES(0)分别为调度周期末和初始时刻的蓄电池储能量；Δt为单位时段时长。
在步骤6)中，所述的从经济性对区域综合能源系统中配置新增储能设备前后的运行成本进行量化分析，包含购电费用、燃气费用、设备运行维护费用、气体排放物治理费用及效益量化总费用，并将包含新增储能设备前后的区域综合能源系统进行对比分析，得出储能设备配置方案建议的方法是:
步骤6.1)计算购电费用：
Figure BDA0002397756370000053
Figure BDA0002397756370000061
式中：
Figure BDA0002397756370000062
表示时段t购电电价，元/kW·h；
Figure BDA0002397756370000063
和
Figure BDA0002397756370000064
分别为前一状态和加入新增储能设备后区域综合能源系统与大电网交互的电功率；
步骤6.2)计算燃气费用：
Figure BDA0002397756370000065
Figure BDA0002397756370000066
式中：cfc为购买天然气的单位热值价格，元/kW·h；
Figure BDA0002397756370000067
和
Figure BDA0002397756370000068
分别为前一状态和加入新增储能设备后区域综合能源系统与燃气公司交互的天然气功率；
步骤6.3)计算设备运行维护费用：
Figure BDA0002397756370000069
Figure BDA00023977563700000610
式中：cfc为储能设备m单位输出能量的运行维护费用；Pt,m,out为时段t内储能设备m的出力；
步骤6.4)计算排放物治理费用：
Figure BDA00023977563700000611
Figure BDA00023977563700000612
式中：αgk为排放k类型气体的外部折扣成本，取值见表4；λk为小型燃气轮机排放k类型气体的排放因子，取值见表4；K为排放气体类型总数；
步骤6.5)计算效益量化总费用：
F＝Fgrid+Ffuel+Frm+Fem (15)
F'＝F'fuel+F'rm+F'grid+F'em (16)
根据所应用区域所需负荷需求，以调度周期内区域综合能源系统加入新增储能设备之后相较于前一状态的系统节省的总运行成本最大为目标函数迭代确定该区域综合能源系统中可加入的各类储能设备配置的优先级顺序，然后根据优化后的配置结果，量化出各类储能设备配置前后系统运行的总费用以及区域内新能源出力的消纳情况，区域系统运营商根据优化结果考虑是否舍弃优先级较低的储能设备。
本发明提供的基于运行效益增量的区域综合能源系统储能优化配置方法的有益效果：
系统运行能完全满足区域内电、冷、热负荷的需求以及充分消纳可再生新能源的出力，基于各设备的出力情况计算包含储能设备的区域综合能源系统运行经济性指标，通过分析系统配置不同储能设备的经济性和可行性，可以有针对性地解决该区域适合配置何种储能方式，对区域综合能源系统规划问题具有指导意义。通过优化区域综合能源系统储能设备配置优先级问题，可深度挖掘多能源综合应用价值，发挥多能源的综合运营优势，充分消纳新能源；区域综合能源系统运营商可根据储能设备配置优先级优化结果、运行总成本、新能源消纳情况以及新增投资成本考虑是否舍弃优先级较低的储能设备。
附图说明
图1为本发明提供的基于运行效益增量的区域综合能源系统储能优化配置方法实施流程图。
图2为区域综合能源系统的构成结构示意图。
图3为各场景下燃气轮机的出力曲线图。
图4为各场景下蓄热电锅炉的功率曲线图。
图5为场景二到场景五下蓄热电锅炉的蓄热罐中的热能容量情况曲线图。
图6为各场景下区域综合能源系统从燃气公司的购气量曲线图。
图7为各场景下综区域合能源系统消纳新能源光伏出力的曲线图。
图8为各场景下区域综合能源系统消纳新能源风机出力的曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明提供的运行效益增量的区域综合能源系统储能优化配置方法进行详细说明。
如图1所示，本发明提供的基于运行效益增量的区域综合能源系统储能优化配置方法包括按顺序执行的下列步骤：
步骤1)收集包括所研究区域的冷、热、电负荷功率数据，区域的分时电价和天然气价格，以及区域综合能源系统内各种设备的运行参数在内的基础数据；
收集所研究区域的夏季典型日冷、热、电负荷24小时负荷功率数据和光伏、风电机组24小时预测出力数据，所在区域的分时电价和天然气价格，以及区域综合能源系统内各种设备的运行参数数据。
以我国北方某工业园区为例，收集到的该园区中夏季典型日冷、热、电负荷24小时负荷功率数据和光伏、风电机组24小时预测出力数据如表1所示；区域的分时电价和天然气价格数据如表2所示；区域综合能源系统内各种设备的运行参数数据如表3所示；燃气轮机气体排放物的外部成本和排放系数数据如表4所示。
表1我国北方某工业园区内夏季典型日冷、热、电负荷24小时负荷功率数据和光伏、风电机组24小时预测出力数据
Figure BDA0002397756370000091
表2我国北方某工业园区内夏季典型日分时电价和天然气价格数据
Figure BDA0002397756370000092
表3综合能源系统内各种设备的运行参数数据
Figure BDA0002397756370000101
表4气体排放物的外部成本和排放系数数据
Figure BDA0002397756370000102
Figure BDA0002397756370000111
步骤2)根据上述基础数据在Matlab建模界面中构建区域综合能源系统的储能设备数学模型；
参见图2所示的区域综合能源系统的构成结构示意图，该区域综合能源系统主要包括燃气轮机、风电机组、余热锅炉、换热装置、冰蓄冷装置、吸收式制冷机、光伏机组、蓄电池、蓄热电锅炉和P2G设备在内的储能设备，在Matlab建模界面中构建该区域综合能源系统中各储能设备的数学模型,其数学模型表达式如表5所示；
表5区域综合能源系统中储能设备及其数学模型
Figure BDA0002397756370000112
Figure BDA0002397756370000121
Figure BDA0002397756370000131
步骤3)确定区域综合能源系统运行的约束条件和目标函数；
步骤3.1)确定目标函数：目标函数的确定是基于运行效益增量的区域综合能源系统多种储能设备优化配置策略的核心所在，以调度周期内区域综合能源系统加入新增储能设备之后相较于前一状态的区域综合能源系统节省的总运行成本最大为目标函数，总运行成本包括购燃气费用、购电费用、设备运行维护费用以及排放物治理费用：
Figure BDA0002397756370000132
式中：ΔC为新增某一储能设备后区域综合能源系统相较于前一状态的该系统节省的总运行成本，即运行效益增量；Ffuel和F'fuel分别为前一状态的区域综合能源系统和新增某一储能设备后该系统的燃气费用；Frm和F'rm分别为前一状态的区域综合能源系统和新增某一储能设备后该系统的设备运行维护费用；Fgrid和F'grid分别为前一状态的区域综合能源系统和新增某一储能设备后该系统的购电费用；Fem和F'em分别为前一状态的区域综合能源系统和新增某一储能设备后该系统的排放物治理费用；Ω为前一状态的区域综合能源系统内所有设备集合；Ω∪Aj为加入某一储能设备后该系统的所有设备集合。
步骤3.2)确定约束条件：区域综合能源系统运行的约束条件包括电、冷、热功率平衡约束，设备出力约束，其中：
电功率平衡约束如公式(2)所示：
Figure BDA0002397756370000141
冷功率平衡约束如公式(3)所示：
QEC(t)+QAC(t)＝LCA(t) (3)
热功率平衡约束如公式(4)所示：
QHX(t)+QEB(t)+hr,d(t)＝LTW(t) (4)
式中：LE(t)，LCA(t)，LTW(t)分别为时段t内用户侧所需的电、冷、热负荷功率；PPV(t)为时段t内系统可以消纳的光伏输出的电功率；Pwind(t)为时段t内系统可以消纳的风机输出电功率；PGT(t)为时段t内燃气轮机的发电功率；Pgrid(t)为时段t内区域综合能源系统与大电网交互的电功率；PESC(t)、PESD(t)分别为时段t内蓄电池的充电、放电功率；PEB(t)为时段t内电锅炉的用电功率；Pp2g(t)为P2G设备在时段t内输入的电功率；PEC(t)为时段t内冰蓄冷装置输入的电功率；QEC(t)为时段t内冰蓄冷装置总的制冷功率；QAC(t)为时段t内吸收式制冷机输出的制冷功率；QHX(t)为时段t内换热装置输出的热功率；QEB(t)为时段t内蓄热电锅炉供给热负荷的热功率；hr,d(t)为时段t内蓄热罐的放热功率；
设备出力约束主要包括各设备电、热或冷功率上下限约束，以及对于储能设备需同时满足充放能功率、储能量在内的多个约束条件，其中：
各设备电、热或冷功率应满足功率上下限约束条件，如公式(5)所示：
Figure BDA0002397756370000142
式中：Pi为设备i的电功率；Qi为设备i的热或冷功率；Pimin、Pimax为设备i的电功率下限和上限；Qimin、Qimax为设备i的热或冷功率下限和上限。
对于储能类设备，以蓄电池(储电)为例，应同时满足充放电功率、储能量在内的多个约束条件，如公式(6)所示：
Figure BDA0002397756370000151
式中：PESC,max、PESD,max分别为蓄电池的最大充、放电功率；WES(t)为时段t内蓄电池的总能量；WES,min、WES,max分别为蓄电池的最小、最大储能容量；σES为自放电率；ηES,C、ηES,D分别为充、放电效率；WES(T)、WES(0)分别为调度周期末和初始时刻的蓄电池储能量，令其相等是为了给下一个周期的调节留有裕度，一个周期后蓄电池的蓄电量恢复到初始状态；Δt为单位时段时长。
步骤4)根据步骤2)构建的数学模型和步骤3)确定的约束条件及目标函数，在YALMIP中对区域综合能源系统进行建模，再调用商业求解器CPLEX对该模型进行求解；
由于上述约束条件中包含耦合变量，如各种储能设备的充放能功率，因此在区域综合能源系统模型中引入0-1变量；运行程序，耗时4.398秒；
步骤5)输出该区域综合能源系统中各储能设备配置的优先级顺序；
所述的输出该区域综合能源系统中各储能设备配置的优先级顺序为蓄热电锅炉→P2G装置→冰蓄冷装置→蓄电池。为了便于比较分析，将该区域综合能源系统初始状态作为场景一；将加入蓄热电锅炉后的区域综合能源系统作为场景二；在场景二的基础上，将加入P2G设备后的区域综合能源系统作为场景三；在场景三的基础上，将加入冰蓄冷装置后的区域综合能源系统作为场景四；最后，在场景四的基础上，将加入蓄电池后的区域综合能源系统作为场景五。得到的各场景下燃气轮机的出力曲线如图3所示，得到的各场景下蓄热电锅炉的功率曲线如图4所示，得到的场景二到场景五下蓄热电锅炉的蓄热罐中的热能容量情况如图5所示，得到的各场景下区域综合能源系统从燃气公司的购气量曲线如图6所示，得到的各场景下区域综合能源系统消纳新能源光伏出力的曲线如图7所示；得到的各场景下区域综合能源系统消纳新能源风机出力的曲线如图8所示。
步骤6)从经济性对区域综合能源系统中配置新增储能设备前后的运行成本进行量化分析，包含购电费用、燃气费用、设备运行维护费用、气体排放物治理费用及效益量化总费用，并将包含新增储能设备前后的区域综合能源系统进行对比分析，得出储能设备配置方案建议。
步骤6.1)计算购电费用：
Figure BDA0002397756370000161
Figure BDA0002397756370000162
式中：
Figure BDA0002397756370000163
表示时段t购电电价，元/kW·h；
Figure BDA0002397756370000164
和
Figure BDA0002397756370000165
分别为前一状态和加入新增储能设备后区域综合能源系统与大电网交互的电功率；
步骤6.2)计算燃气费用：
Figure BDA0002397756370000171
Figure BDA0002397756370000172
式中：cfc为购买天然气的单位热值价格，元/kW·h；
Figure BDA0002397756370000173
和
Figure BDA0002397756370000174
分别为前一状态和加入新增储能设备后区域综合能源系统与燃气公司交互的天然气功率；
步骤6.3)计算设备运行维护费用：
Figure BDA0002397756370000175
Figure BDA0002397756370000176
式中：cfc为储能设备m单位输出能量的运行维护费用；Pt,m,out为时段t内储能设备m的出力。
步骤6.4)计算排放物治理费用：
Figure BDA0002397756370000177
Figure BDA0002397756370000178
式中：αgk为排放k类型气体的外部折扣成本，取值见表4；λk为小型燃气轮机排放k类型气体的排放因子，取值见表4；K为排放气体类型总数；
步骤6.5)计算效益量化总费用：
F＝Fgrid+Ffuel+Frm+Fem (15)
F'＝F'fuel+F'rm+F'grid+F'em (16)
得到的结果如表6所示。
表6该区域综合能源系统储能设备配置优化结果
Figure BDA0002397756370000181
从该区域综合能源系统储能设备配置优化结果表可以看出，由于该区域热负荷较大，该区域会首先配置蓄热电锅炉，相较于初始区域综合能源系统，总费用可节省27661.98元，节省率可达35.32％；其次配置P2G设备，总费用可进一步节省4.01％；下一步配置冰蓄冷装置，总费用可进一步节省1.78％；最后配置蓄电池，总费用可进一步节省1.36％。随着储能设备的增加，燃气费用和气体排放治理费用越来越低，可见燃气轮机出力逐渐减少；而购电费用呈现逐渐增加的趋势，可见由于储能设备的存在，储能设备会提前存储利用电能转化的冷和热能以及多余的电能，进而在负荷高峰时降低燃气轮机的出力。
从运行经济性层面上考虑，包含电、气、热、冷四种储能方式的区域综合能源系统可使运行总费用达到最低。在本发明采用的算例中可以看到，配置冰蓄冷装置和蓄电池装置后相较于已经配置了蓄热电锅炉和P2G设备的区域综合能源系统总费用节约率很低，分别为1.78％和1.36％，因此该区域综合能源系统运营商可根据实际投资情况考虑是否需要配置冰蓄冷装置和蓄电池。

Claims (5)

1.一种基于运行效益增量的区域综合能源系统储能优化配置方法，其特征在于：所述的基于运行效益增量的区域综合能源系统储能优化配置方法包括按顺序执行的下列步骤：
步骤1)收集包括所研究区域的冷、热、电负荷功率数据，区域的分时电价和天然气价格，以及区域综合能源系统内各种设备的运行参数在内的基础数据；
步骤2)根据上述基础数据在Matlab建模界面中构建区域综合能源系统的储能设备数学模型；
步骤3)确定区域综合能源系统运行的约束条件和目标函数；
步骤4)根据步骤2)构建的数学模型和步骤3)确定的约束条件及目标函数，在YALMIP中对区域综合能源系统进行建模，再调用商业求解器CPLEX对该模型进行求解；
步骤5)输出该区域综合能源系统中各储能设备配置的优先级顺序；
步骤6)从经济性对区域综合能源系统中配置新增储能设备前后的运行成本进行量化分析，包含购电费用、燃气费用、设备运行维护费用、气体排放物治理费用及效益量化总费用，并将包含新增储能设备前后的区域综合能源系统进行对比分析，得出储能设备配置方案建议。
2.根据权利要求1所述的基于运行效益增量的区域综合能源系统储能优化配置方法，其特征在于：在步骤1)中，所述的收集包括所研究区域的冷、热、电负荷功率数据，区域的分时电价和天然气价格，以及区域综合能源系统内各种设备的运行参数在内的基础数据的方法为：
收集所研究区域的夏季典型日冷、热、电负荷24小时负荷功率数据和光伏、风电机组24小时预测出力数据，所在区域的分时电价和天然气价格，以及区域综合能源系统内各种设备的运行参数数据。
3.根据权利要求1所述的基于运行效益增量的区域综合能源系统储能优化配置方法，其特征在于：在步骤2)中，所述的根据上述基础数据在Matlab建模界面中构建区域综合能源系统的储能设备数学模型的方法是：
根据上述基础数据在Matlab建模界面中构建该区域综合能源系统中各储能设备的数学模型,所述的储能设备包括燃气轮机、风电机组、余热锅炉、换热装置、冰蓄冷装置、吸收式制冷机、光伏机组、蓄电池、蓄热电锅炉和P2G设备。
4.根据权利要求1所述的基于运行效益增量的区域综合能源系统储能优化配置方法，其特征在于：在步骤3)中，所述的确定区域综合能源系统运行的约束条件和目标函数的方法是：
步骤3.1)确定目标函数：以调度周期内区域综合能源系统加入新增储能设备之后相较于前一状态的区域综合能源系统节省的总运行成本最大为目标函数，总运行成本包括购燃气费用、购电费用、设备运行维护费用以及排放物治理费用：
Figure FDA0002397756360000021
式中：ΔC为新增某一储能设备后区域综合能源系统相较于前一状态的该系统节省的总运行成本，即运行效益增量；Ffuel和F′fuel分别为前一状态的区域综合能源系统和新增某一储能设备后该系统的燃气费用；Frm和F′rm分别为前一状态的区域综合能源系统和新增某一储能设备后该系统的设备运行维护费用；Fgrid和F′grid分别为前一状态的区域综合能源系统和新增某一储能设备后该系统的购电费用；Fem和F′em分别为前一状态的区域综合能源系统和新增某一储能设备后该系统的排放物治理费用；Ω为前一状态的区域综合能源系统内所有设备集合；Ω∪Aj为加入某一储能设备后该系统的所有设备集合；
步骤3.2)确定约束条件：区域综合能源系统运行的约束条件包括电、冷、热功率平衡约束，设备出力约束，其中：
电功率平衡约束如公式(2)所示：
Figure FDA0002397756360000031
冷功率平衡约束如公式(3)所示：
QEC(t)+QAC(t)＝LCA(t) (3)
热功率平衡约束如公式(4)所示：
QHX(t)+QEB(t)+hr,d(t)＝LTW(t) (4)
式中：LE(t)，LCA(t)，LTW(t)分别为时段t内用户侧所需的电、冷、热负荷功率；PPV(t)为时段t内系统可以消纳的光伏输出的电功率；Pwind(t)为时段t内系统可以消纳的风机输出电功率；PGT(t)为时段t内燃气轮机的发电功率；Pgrid(t)为时段t内区域综合能源系统与大电网交互的电功率；PESC(t)、PESD(t)分别为时段t内蓄电池的充电、放电功率；PEB(t)为时段t内电锅炉的用电功率；Pp2g(t)为P2G设备在时段t内输入的电功率；PEC(t)为时段t内冰蓄冷装置输入的电功率；QEC(t)为时段t内冰蓄冷装置总的制冷功率；QAC(t)为时段t内吸收式制冷机输出的制冷功率；QHX(t)为时段t内换热装置输出的热功率；QEB(t)为时段t内蓄热电锅炉供给热负荷的热功率；hr,d(t)为时段t内蓄热罐的放热功率；
设备出力约束主要包括各设备电、热或冷功率上下限约束，以及对于储能设备需同时满足充放能功率、储能量在内的多个约束条件，其中：
各设备电、热或冷功率应满足功率上下限约束条件，如公式(5)所示：
Figure FDA0002397756360000041
式中：Pi为设备i的电功率；Qi为设备i的热或冷功率；Pimin、Pimax为设备i的电功率下限和上限；Qimin、Qimax为设备i的热或冷功率下限和上限；
对于以蓄电池为例的储能类设备，应同时满足充放电功率、储能量在内的多个约束条件，如公式(6)所示：
Figure FDA0002397756360000042
式中：PESC,max、PESD,max分别为蓄电池的最大充、放电功率；WES(t)为时段t内蓄电池的总能量；WES,min、WES,max分别为蓄电池的最小、最大储能容量；σES为自放电率；ηES,C、ηES,D分别为充、放电效率；WES(T)、WES(0)分别为调度周期末和初始时刻的蓄电池储能量；Δt为单位时段时长。
5.根据权利要求1所述的基于运行效益增量的区域综合能源系统储能优化配置方法，其特征在于：在步骤6)中，所述的从经济性对区域综合能源系统中配置新增储能设备前后的运行成本进行量化分析，包含购电费用、燃气费用、设备运行维护费用、气体排放物治理费用及效益量化总费用，并将包含新增储能设备前后的区域综合能源系统进行对比分析，得出储能设备配置方案建议的方法是:
步骤6.1)计算购电费用：
Figure FDA0002397756360000051
Figure FDA0002397756360000052
式中：
Figure FDA0002397756360000053
表示时段t购电电价，元/kW·h；
Figure FDA0002397756360000054
和
Figure FDA0002397756360000055
分别为前一状态和加入新增储能设备后区域综合能源系统与大电网交互的电功率；
步骤6.2)计算燃气费用：
Figure FDA0002397756360000056
Figure FDA0002397756360000057
式中：cfc为购买天然气的单位热值价格，元/kW·h；
Figure FDA0002397756360000058
和
Figure FDA0002397756360000059
分别为前一状态和加入新增储能设备后区域综合能源系统与燃气公司交互的天然气功率；
步骤6.3)计算设备运行维护费用：
Figure FDA00023977563600000510
Figure FDA00023977563600000511
式中：cfc为储能设备m单位输出能量的运行维护费用；Pt,m,out为时段t内储能设备m的出力；
步骤6.4)计算排放物治理费用：
Figure FDA0002397756360000061
Figure FDA0002397756360000062
式中：αgk为排放k类型气体的外部折扣成本，取值见表4；λk为小型燃气轮机排放k类型气体的排放因子，取值见表4；K为排放气体类型总数；
步骤6.5)计算效益量化总费用：
F＝Fgrid+Ffuel+Frm+Fem (15)
F'＝F′fuel+F′rm+F′grid+F′em (16)
根据所应用区域所需负荷需求，以调度周期内区域综合能源系统加入新增储能设备之后相较于前一状态的系统节省的总运行成本最大为目标函数迭代确定该区域综合能源系统中可加入的各类储能设备配置的优先级顺序，然后根据优化后的配置结果，量化出各类储能设备配置前后系统运行的总费用以及区域内新能源出力的消纳情况，区域系统运营商根据优化结果考虑是否舍弃优先级较低的储能设备。
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