CN111404180A - 综合能源系统的优化调度方法和系统 - Google Patents

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CN111404180A CN202010188806.3A CN202010188806A CN111404180A CN 111404180 A CN111404180 A CN 111404180A CN 202010188806 A CN202010188806 A CN 202010188806A CN 111404180 A CN111404180 A CN 111404180A
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Abstract

本发明提供了综合能源系统的优化调度方法和系统，包括：获取综合能源系统的拓扑结构和电气设备基本信息；根据电气设备基本信息建立含有储能装置的系统设备模型；构建系统目标函数和约束条件，并利用混合整数规划法进行求解得到综合能源系统的优化调度分析结果。本发明可以增强综合能源系统的调节能力，增加新能源消纳空间，有效提高电力系统的调节能力以及新能源电力的接纳能力。

Description

综合能源系统的优化调度方法和系统
技术领域
本发明涉及综合能源系统技术领域，尤其是涉及综合能源系统的优化 调度方法和系统。
背景技术
当前，我国能源转型面临着需求放缓、传统产能过剩、环境问题突出、 整体效率较低等问题。综合能源系统整合了区域煤炭、石油、天然气、电 能、热能等多种能源，实现多种异质能源子系统之间的协调规划、优化运 行、协同管理、交互响应和互补互济。
综合能源系统的物理载体是能源互联网，该系统是指在规划、设计、 建设和运行这些过程中，是指在规划、设计、建设和运行过程中，通过各 能源生产、传输、分配、转换、消费和存储等环节的优化后，以电力为中 心，以电网为主干，所形成的能源产供销一体化系统，可在一个区域内实 现对不同能源的有效调度和高效利用。
由于自然界中的太阳能和风能取之不尽用之不竭，光伏发电(PV)和 风力发电(WT)等新能源为基础的发电形式大规模发展。但是，太阳能和 风能的间歇性、不确定性、波动性使得PV和WT的出力不稳定，导致了其 不可控性。当前，我国风电发展集中在“三北”地区，与此同时，由于热电联 产机组电能输出不够灵活，导致的弃风问题也越来越严重，造成了严重的 浪费和经济损失。为降低供能侧和负荷侧不确定性的影响，需要通过调整 可控设备的出力、负荷削减或弃风、弃光等手段来满足电力系统电热平衡 的约束，从而保证系统处于稳定状态。
利用综合能源系统的协同运作可以提高新能源电力的接纳能力，展现 了多能源互补的优势，因此如何对考虑电热储能和风电消纳在内的综合能 源系统进行优化调度则是未来亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供了综合能源系统的优化调度方法和 系统，可以增强综合能源系统的调节能力，增加新能源消纳空间，有效提 高电力系统的调节能力以及新能源电力的接纳能力。
第一方面，本发明实施例提供了综合能源系统的优化调度方法，包括：
获取综合能源系统的拓扑结构和电气设备基本信息；
根据所述电气设备基本信息建立含有储能装置的系统设备模型；
构建系统目标函数和约束条件，并利用混合整数规划法进行求解得到 综合能源系统的优化调度分析结果。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方 式，其中，所述电气设备基本信息包括机组类型、机组容量、充电功率、 储热功率和储电容量。
结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方 面的第二种可能的实施方式，其中，所述系统设备模型包括供能设备模型 和储能设备模型，其中，所述供能设备模型包括火电机组模型和热电联产 机组模型，所述储能设备模型包括电能存储系统模型和蓄热罐模型。
结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方 面的第三种可能的实施方式，其中，所述目标函数为综合能源系统的总能 耗成本函数最小，总能耗成本包括常规火电机组的发电成本、热电联产机 组的发电成本和弃风成本。
结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方 面的第四种可能的实施方式，其中，所述约束条件包括电力系统约束和热 力系统约束，其中，所述电力系统约束包括负荷平衡约束和机组出力约束， 所述热力系统约束包括供热平衡约束。
结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方 面的第五种可能的实施方式，其中，所述弃风成本根据弃风成本系数、风 机计划上网发电量和风机实际发电量进行计算。
结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方 面的第六种可能的实施方式，其中，所述电能存储系统模型根据氢储系统 的充放电功率、电解槽电能损耗、压缩机电能损耗、电解槽能量转化率、 燃料电池能量转化率、氢气最高热值和压缩机的固定能量损耗进行计算。
结合第一方面的第四种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方 面的第七种可能的实施方式，其中，所述电力系统约束根据火电机组出力、 热电联产机组出力、风电机组的预测出力和起风功率进行列写，所述热力 系统约束根据区域热需求和热点联产机组与TES机组的集合进行列写。
第二方面，本发明实施例提供了综合能源系统的优化调度系统，包括：
获取单元，用于获取综合能源系统的拓扑结构和电气设备基本信息；
模型建立单元，用于根据所述电气设备基本信息建立含有储能装置的 系统设备模型；
优化调度单元，用于构建系统目标函数和约束条件，并利用混合整数 规划法进行求解得到综合能源系统的优化调度分析结果。
本发明提供了综合能源系统的优化调度方法和系统，包括：获取综合 能源系统的拓扑结构和电气设备基本信息；根据电气设备基本信息建立含 有储能装置的系统设备模型；构建系统目标函数和约束条件，并利用混合 整数规划法进行求解得到综合能源系统的优化调度分析结果。本发明可以 增强综合能源系统的调节能力，增加新能源消纳空间，有效提高电力系统 的调节能力以及新能源电力的接纳能力。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从 说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其 他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实 施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下 面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍， 显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普 通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获 得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的综合能源系统的优化调度方法流程图；
图2为本发明实施例提供的综合能源系统的优化调度系统示意图。
图标：10-获取单元；20-模型建立单元；30-优化调度单元。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附 图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是 本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本 领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施 例，都属于本发明保护的范围。
当前，我国能源转型面临着需求放缓、传统产能过剩、环境问题突出、 整体效率较低等问题。综合能源系统整合了区域煤炭、石油、天然气、电 能、热能等多种能源，实现多种异质能源子系统之间的协调规划。利用综 合能源系统的协同运作可以提高新能源电力的接纳能力，展现了多能源互 补的优势，如何对考虑电热储能和风电消纳在内的综合能源系统进行优化 调度则是未来亟待解决的问题。
基于此，本发明实施例提供了综合能源系统的优化调度方法和系统， 可以增强综合能源系统的调节能力，增加新能源消纳空间，有效提高电力 系统的调节能力以及新能源电力的接纳能力。
实施例一：
图1为本发明实施例提供的综合能源系统的优化调度方法流程图。
参照图1，综合能源系统的优化调度方法包括：
步骤S101，获取综合能源系统的拓扑结构和电气设备基本信息；
步骤S102，根据电气设备基本信息建立含有储能装置的系统设备模型；
步骤S103，构建系统目标函数和约束条件，并利用混合整数规划法进 行求解得到综合能源系统的优化调度分析结果。
根据本发明的实例性实施例，电气设备基本信息包括机组类型、机组 容量、充电功率、储热功率和储电容量。
根据本发明的实例性实施例，系统设备模型包括供能设备模型和储能 设备模型，其中，供能设备模型包括火电机组模型和热电联产机组模型， 储能设备模型包括电能存储系统模型和蓄热罐模型。
具体地，氢气作为一种清洁、安全、高效、可再生的能源，是人类摆 脱对“三大能源”依赖的最经济、最有效的替代能源之一。封闭的储氢和燃料 电池联用可以看成一个储电装置。假定电能存储系统在T时间段内充放电 功率恒定，则在充放电前和充放电后系统存储的能量关系为：
Figure BDA0002415120920000061
式中：
Figure BDA0002415120920000062
是第i个氢储系统在t时刻的存储水平；
Figure BDA0002415120920000063
分 别为第i个氢储系统的充放电功率，电解槽以及压缩机的电能损耗；
Figure BDA0002415120920000064
分 别为电解槽和燃料电池的能量转换率；HHV为氢气的最高热值；
Figure BDA0002415120920000065
为压 缩机的固定能量损耗。
国内目前常用的储热装置是短期存储热量的大型蓄热罐，利用水作为 存储介质，依据不同温度的水密度有差异，冷热水分层原理进行蓄热。对 于储热装置的运行成本，主要考虑其散热损失，为此，对于储热装置的储 热量变换可以得到以下表达式：
Figure BDA0002415120920000066
式中：
Figure BDA0002415120920000067
和
Figure BDA0002415120920000068
分别表示t时刻以及上一时刻储热罐的储热量；μloss表示储 热罐散热损失率；
Figure BDA0002415120920000069
表示一段时间内储热罐的储热量；
Figure BDA00024151209200000610
表示储热罐的 充热效率；
Figure BDA00024151209200000611
表示一段时间储热罐的放热量；
Figure BDA00024151209200000612
表示储热罐的放热效率。
根据本发明的实例性实施例，目标函数为综合能源系统的总能耗成本 函数最小，总能耗成本包括常规火电机组的发电成本、热电联产机组的发 电成本和弃风成本。
具体地，考虑风电消纳的综合能源系统优化调度通常以系统的总煤耗 成本最低为调度目标。为检验储能装置对弃风消纳的效果，在成本中加入 了弃风成本。其中，火电机组的发电成本由运行成本及启停成本两部分组 成。弃风成本由下式进行计算：
Figure BDA00024151209200000613
式中：λ为弃风成本系数；
Figure BDA0002415120920000071
和
Figure BDA0002415120920000072
分别为t时刻第i个风机理论上 网发电量和实际发电量。为检验储能装置对弃风消纳的效果，在成本中加 入了弃风成本，故弃风消纳优化调度模型的目标函数可表示为：
Figure BDA0002415120920000073
式中：Ctotal为总燃料消耗成本；F1为常规火电机组的燃料消耗成本函数；F2为CHP机组的燃料消耗成本函数；
Figure BDA0002415120920000074
为t时刻第i台常规机组的电能输出；
Figure BDA0002415120920000075
分别为t时刻第i台含储CHP机组的总电能输出、总热能输出、 总供热功率及TES储、放热功率；
Figure BDA0002415120920000076
为t时刻第i台风机弃风成本。
根据本发明的实例性实施例，约束条件包括电力系统约束和热力系统 约束，其中，电力系统约束包括负荷平衡约束和机组出力约束，热力系统 约束包括供热平衡约束。
根据本发明的实例性实施例，弃风成本根据弃风成本系数、风机计划 上网发电量和风机实际发电量进行计算。
根据本发明的实例性实施例，电能存储系统模型根据氢储系统的充放 电功率、电解槽电能损耗、压缩机电能损耗、电解槽能量转化率、燃料电 池能量转化率、氢气最高热值和压缩机的固定能量损耗进行计算。
根据本发明的实例性实施例，电力系统约束根据火电机组出力、热电 联产机组出力、风电机组的预测出力和起风功率进行列写，热力系统约束 根据区域热需求和热点联产机组与TES机组的集合进行列写。
具体地，综合能源系统优化调度问题的建模和求解是两个紧密相关的 过程，优化问题的求解方法主要分为两大类：即启发式方法和数学优化方 法。本文提出的优化调度模型属于混合整数线性规划问题，故采用二次规 划求解器CPLEX对其进行求解。
本发明提供了综合能源系统的优化调度方法，包括：获取综合能源系 统的拓扑结构和电气设备基本信息；根据电气设备基本信息建立含有储能 装置的系统设备模型；构建系统目标函数和约束条件，并利用混合整数规 划法进行求解得到综合能源系统的优化调度分析结果。本发明可以增强综 合能源系统的调节能力，增加新能源消纳空间，有效提高电力系统的调节 能力以及新能源电力的接纳能力。
实施例二：
图2为本发明实施例提供的综合能源系统的优化调度系统示意图。
参照图2，综合能源系统的优化调度系统包括：
获取单元10，用于获取综合能源系统的拓扑结构和电气设备基本信息；
模型建立单元20，用于根据所述电气设备基本信息建立含有储能装置 的系统设备模型；
优化调度单元30，用于构建系统目标函数和约束条件，并利用混合整 数规划法进行求解得到综合能源系统的优化调度分析结果。
需要说明的是，本发明实施例提供的综合能源系统的优化调度系统， 与上述实施例提供的综合能源系统的优化调度方法具有相同的技术特征， 所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用 以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于 此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术 人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围 内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变 化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都 应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利 要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种综合能源系统的优化调度方法，其特征在于，包括：
获取综合能源系统的拓扑结构和电气设备基本信息；
根据所述电气设备基本信息建立含有储能装置的系统设备模型；
构建系统目标函数和约束条件，并利用混合整数规划法进行求解得到综合能源系统的优化调度分析结果。
2.根据权利要求1所述的综合能源系统的优化调度方法，其特征在于，所述电气设备基本信息包括机组类型、机组容量、充电功率、储热功率和储电容量。
3.根据权利要求2所述的综合能源系统的优化调度方法，其特征在于，所述系统设备模型包括供能设备模型和储能设备模型，其中，所述供能设备模型包括火电机组模型和热电联产机组模型，所述储能设备模型包括电能存储系统模型和蓄热罐模型。
4.根据权利要求3所述的综合能源系统的优化调度方法，其特征在于，所述目标函数为综合能源系统的总能耗成本函数最小，总能耗成本包括常规火电机组的发电成本、热电联产机组的发电成本和弃风成本。
5.根据权利要求3所述的综合能源系统的优化调度方法，其特征在于，所述约束条件包括电力系统约束和热力系统约束，其中，所述电力系统约束包括负荷平衡约束和机组出力约束，所述热力系统约束包括供热平衡约束。
6.根据权利要求4所述的综合能源系统的优化调度方法，其特征在于，所述弃风成本根据弃风成本系数、风机计划上网发电量和风机实际发电量进行计算。
7.根据权利要求3所述的综合能源系统的优化调度方法，其特征在于，所述电能存储系统模型根据氢储系统的充放电功率、电解槽电能损耗、压缩机电能损耗、电解槽能量转化率、燃料电池能量转化率、氢气最高热值和压缩机的固定能量损耗进行计算。
8.根据权利要求5所述的综合能源系统的优化调度方法，其特征在于，所述电力系统约束根据火电机组出力、热电联产机组出力、风电机组的预测出力和起风功率进行列写，所述热力系统约束根据区域热需求和热点联产机组与TES机组的集合进行列写。
9.一种综合能源系统的优化调度系统，其特征在于，包括：
获取单元，用于获取综合能源系统的拓扑结构和电气设备基本信息；
模型建立单元，用于根据所述电气设备基本信息建立含有储能装置的系统设备模型；
优化调度单元，用于构建系统目标函数和约束条件，并利用混合整数规划法进行求解得到综合能源系统的优化调度分析结果。
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CN112163968A (zh) * 2020-09-24 2021-01-01 武汉理工大学 一种综合能源储能系统优化调度方法
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