CN113870054A - 多类型灵活性资源下的电气综合能源系统的协同规划方法 - Google Patents

多类型灵活性资源下的电气综合能源系统的协同规划方法 Download PDF

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CN113870054A CN202111147942.9A CN202111147942A CN113870054A CN 113870054 A CN113870054 A CN 113870054A CN 202111147942 A CN202111147942 A CN 202111147942A CN 113870054 A CN113870054 A CN 113870054A
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韩宇奇
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李博
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Abstract

本发明公开了多类型灵活性资源下的电气综合能源系统的协同规划方法，在规划约束条件的作用下，创建年总成本的目标函数；年投资成本为n个灵活性资源下的投资成本，灵活性资源为提升电气综合能源系统灵活性能的资源；在n个灵活性资源中，将n个灵活性资源分为m个资源组，选择任意一个资源组，将该资源组对应的年投资成本以及年运行成本输入到目标函数中，获得该资源组对应的年总成本，直到m个资源组遍历完成，获得m个年总成本；将获得的m个年总成本进行比较，选择年总成本最小目标函数，对电气综合能源系统进行协同规划；本发明的有益效果为通过提升系统对清洁能源的消纳能力，有效地增强了系统的灵活性，同时大幅降低了系统的年总成本。

Description

多类型灵活性资源下的电气综合能源系统的协同规划方法
技术领域
本发明涉及能源协同规划技术领域，具体而言，涉及多类型灵活性资源下的电气综合能源系统的协同规划方法。
背景技术
随着环境污染和化石能源消耗的加剧，以风电为代表的清洁能源得到规模化的快速发展，将成为电力系统绿色转型的主要供能资源。在未来高比例清洁能源接入电力系统的愿景下，风电、光伏出力的间歇性和强波动性给系统的功率平衡能力带来巨大的压力，同时风光发电大规模接入电力系统会压缩常规机组的运行空间，降低系统运行灵活性与惯性，从而导致弃风弃光现象严重。
实际上，在电力系统现有的资源中，常规火电机组的容量占比最大，具有成为灵活性资源的潜力，通过规划特定的火电机组进行灵活性改造能够降低机组的最小技术出力同时提高爬坡率，从而大幅改善系统的向上和向下灵活性。
实际上火电机组灵活性改造是现阶段电力系统灵活性提升最有效也是最普遍的途径，但从另一方面来看，由于现有技术对火电机组灵活性改造的容量有限，仅依靠常规火电机组的灵活性改造难以支撑中长期电力系统的灵活性提升。因此，必须深入挖掘“源-网-荷-储”四个环节的灵活性潜力，以形成多类型资源协同规划的灵活性提升方案。得益于“削峰填谷”以及就地消纳清洁能源的特点和优势，源侧安装储能已成为系统灵活性提升的一大有效保障,但大容量储能技术的仍不够成熟，且投资成本相对较高，亟待进一步的技术突破和成本降低。
在现有技术中存在如下缺点：向下灵活性与系统减少常规机组出力的能力紧密相关。传统火电机组具有爬坡速率较慢和最低稳燃出力较高的技术缺陷，难以快速响应高比例清洁能源发电所带来的波动性影响，而提升灵活性要求系统必须具有快速爬坡能力和出力空间更大的灵活调节资源，故仅考虑传统火电机组这一单一资源的已不足以支撑系统的安全运行的灵活性要求，高比例清洁能源接入下类型考虑单一类型灵活性资源提供调节能力的规划模型将不再适用。
尽管火电机组灵活性改造能够提升机组爬坡速率以及降低最低稳燃出力，可视为现阶段电力系统灵活性提升最有效途径，但受限于多重现实因素(技术水平、市场策略、政策扶持)的影响，火电机组灵活性改造的容量十分有限，仅依靠常规火电机组的灵活性改造难以支撑中长期电力系统的灵活性提升。
有鉴于此，特提出本申请。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是在现有的电气综合能源系统中，仅仅依靠常规火电机组的灵活性改造难以支撑中长期电力系统的灵活性提升，目的在于提供多类型灵活性资源下的电气综合能源系统的协同规划方法，能够实现综合运用多种灵活性资源，在改善系统运行灵活性(即促进风电消纳)的同时使得系统的年总成本大幅降低。
本发明通过下述技术方案实现：
多类型灵活性资源下的电气综合能源系统的协同规划方法，协同规划方法步骤包括：
S1：在规划约束条件的作用下，创建年总成本的目标函数，所述目标函数由年投资成本与年运行成本构成；所述年投资成本为n个灵活性资源下的投资成本，所述灵活性资源为提升电气综合能源系统灵活性能的资源；
S2：在n个灵活性资源中，将n个灵活性资源分为m个资源组，所述资源组包括至少一个灵活性资源，m＝2n-1；
S3：在m个资源组中，选择任意一个资源组，将该资源组对应的年投资成本以及年运行成本输入到目标函数中，获得该资源组对应的年总成本，直到m个资源组遍历完成，获得m个年总成本；
S4：将获得的m个年总成本进行比较，选择年总成本最小目标函数，并基于该目标函数对应需要的灵活性资源，对电气综合能源系统进行协同规划。
传统地在电气综合能源系统中，通常是采用传统火电和抽水蓄能的调节容量与调节能力来实现对电气系统安全运行，但是采用这种方法对电气系统进行运行的时候，往往会出现仅仅依靠火电机组的灵活性改造难以支撑中长期电力系统的灵活性提升，本发明提供了多类型灵活性资源下的电气综合能源系统的协同规划方法，考虑多种类型资源的灵活性提升的规划投资策略，并充分发挥了各类灵活性资源所具备的优势。所提发明通过提升系统对清洁能源的消纳能力，有效地增强了系统的灵活性，同时大幅降低了系统的年总成本。
优选地，所述年投资成本包括3个灵活性资源，分别为火电机组灵活性改造资源、源侧储能系统安装资源、燃气机组投建资源。
优选地，所述规划约束条件包括普通约束条件与灵活性资源特性约束条件；所述普通约束条件包括常规火电机组出力和爬坡约束、风电出力约束、节点功率平衡和传输容量限制以及天然气系统约束；所述灵活性资源特性约束包括灵活性改造后火电机出力和爬坡约束、燃气机组出力和爬坡约束以及源侧储能约束。
优选地，所述目标函数的具体表达式为C＝Cinv+Cop，Cinv为年投资成本，Cop为年运行成本；
所述年运行成本Cop的具体表达式为：
Cop＝C1+C2+C3+C4+C5
Figure BDA0003286112400000031
C1为机组和风电出力成本，Ωcf表示火电机组集合，fi(Pi,t)表示火电机组发电成本，Pi,t表示火电机组出力；Ωw表示风电场集合，Cw表示单位风力发电成本，
Figure BDA0003286112400000032
表示风力发电预测值，
Figure BDA0003286112400000033
表示弃风量；C2为特定资源出力成本，ωgf表示是否选择燃气机组的0-1变量，选择为1，不选则为0，Cg,t表示气井供气的单位价格，Gg,t表示气井供气量；ωes表示是否选择源侧储能的0-1变量，选择为1，不选则为0，Cs,t表示储能运行单价，包括充电和放电的费用，|Ps,t|表示储能的充放电功率；C3为备用供给成本，
Figure BDA0003286112400000034
和
Figure BDA0003286112400000035
分别表示备用容量供给的单价和备用供给量，包括上调备用和下调备用；C4为备用不足风险成本，
Figure BDA0003286112400000036
和
Figure BDA0003286112400000037
分别表示备用不足风险单价和备用缺额量，包括上备用缺额和下备用缺额；C5为弃风成本，
Figure BDA0003286112400000038
为单位弃风成本，
Figure BDA0003286112400000039
为单位弃风量；M表示一年中电负荷和风电出力典型场景的集合；Dm表示第m类典型场景包含的天数；
所述年投资成本Cinv的具体表达式为：
Figure BDA00032861124000000310
Figure BDA00032861124000000311
c为单位容量的投资费用；x为是否投资的0-1变量；λ为资金回收系数，用于一次性投资至每年投资年费的换算；ω为是否选择投资该类灵活性资源的0-1变量；ωgf表示是否选择燃气机组的0-1变量，选择为1，不选则为0；ωes表示是否选择源侧储能的0-1变量，选择为1，不选则为0。
优选地，所述风电出力约束具体表达式为：
Figure BDA0003286112400000041
风电实际出力Pw,t应该在0和风电预测值
Figure BDA0003286112400000042
的范围之间；
优选地，所述节点功率平衡和和传输容量限制具体表达式为：
Figure BDA0003286112400000043
Figure BDA0003286112400000044
Pi,t为火电机组的发电功率，Pj,t为燃气机组的发电功率，Pw,t为风电厂的发电功率，Ps,t为储能发电功率；
Figure BDA0003286112400000045
为电力负荷的消耗功率；Tl是基于直流潮流的功率传输分布因子矩阵；efl max表示线路的最大传输容量；
优选地，所述天然气系统约束具体表达式为：
Figure BDA0003286112400000046
Figure BDA0003286112400000047
Figure BDA0003286112400000048
Figure BDA0003286112400000049
Figure BDA00032861124000000410
为气井最小供气量，
Figure BDA00032861124000000411
为气井的最大供气量；气网节点气压约束，
Figure BDA00032861124000000412
为节点气压的最小限值，
Figure BDA00032861124000000413
为节点气压的最大限值；Cmn是常数，Fmn为管道气体流量，π为节点气压；Fg,t是气井的天然气输出量，
Figure BDA00032861124000000414
为节气负荷，Fmn,t为管道mn中的气体流量，
Figure BDA00032861124000000415
为节点燃气机组耗气量。
优选地，所述灵活性改造后火电机组出力和爬坡约束具体表达式为：
Figure BDA00032861124000000416
Figure BDA00032861124000000417
当火电机组灵活性改造完成后，火电机组的最小出力转变为
Figure BDA00032861124000000418
最大爬坡速率转变为
Figure BDA00032861124000000419
Figure BDA00032861124000000420
为火电机组是否进行灵活性改造的0-1变量，改造为1，不改造为0，
Figure BDA00032861124000000421
为火电机组改造后的爬坡速率；
优选地，所述燃气机组出力和爬坡约束具体表达式为：
Figure BDA0003286112400000051
Figure BDA0003286112400000052
Figure BDA0003286112400000053
Figure BDA0003286112400000054
为燃气机组的耗气量；HHV为高热值；αj为热电比，
Figure BDA0003286112400000055
为燃气机组是否投建的0-1变量，投建为1，不投建为0。
Figure BDA0003286112400000056
和
Figure BDA0003286112400000057
分别为燃气机组的下爬坡和上爬坡所需的备用容量，
Figure BDA0003286112400000058
是燃气机组爬坡速率的最大值；
优选地，所述源侧储能约束具体表达式为：
Figure BDA0003286112400000059
Figure BDA00032861124000000510
Figure BDA00032861124000000511
Figure BDA00032861124000000512
为第s个储能电池组在t时刻的容量值；
Figure BDA00032861124000000513
为充电系数，
Figure BDA00032861124000000514
为放电系数，
Figure BDA00032861124000000515
为源侧储能是否投建的0-1变量，投建为1，不投建为0。
本发明还公开了一种计算机存储的介质，其上存储有计算程序，该计算机程序被处理器执行时，实现如上所述的协同规划方法。
本发明还公开了一种电气综合能源系统，通过如上所述的协同规划方法获得的电气综合能源系统。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明实施例提供的多类型灵活性资源下的电气综合能源系统的协同规划方，考虑火电机组灵活性改造、源侧储能系统安装以及燃气机组投建的多类型灵活性提升的规划投资策略，并充分发挥了各类灵活性资源所具备的优势。所提发明通过提升系统对清洁能源的消纳能力，有效地增强了系统的灵活性，同时大幅降低了系统的年总成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为电气综合能源系统拓扑结构示意图
图2为典型日下的运行成本
图3为不考虑任何灵活性资源系统的备用容量供给情况
图4为考虑火电机组灵活性改造后系统的备用容量供给情况
图5为考虑投建燃气机组后系统的备用容量供给情况
图6为考虑投建储能后系统的备用容量供给情况
图7为技术路线示意图
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本本发明。在其他实施例中，为了避免混淆本本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
实施例一
本实施例提供了多类型灵活性资源下的电气综合能源系统的协同规划方法，如图7所示，协同规划方法步骤包括：
S1：在规划约束条件的作用下，创建年总成本的目标函数，所述目标函数由年投资成本与年运行成本构成；所述年投资成本为n个灵活性资源下的投资成本，所述灵活性资源为提升电气综合能源系统灵活性能的资源；
在本实施例中，投资成本考虑待规划灵活性资源初始一次性投资的费用；年运行成本考虑投资了不同的灵活性资源后系统年发电成本、年备用成本、年弃风成本、年供气成本、年储能运行成本和年备用不足风险成本相加后的总成本。
目标函数的具体表达式为C＝Cinv+Cop，Cinv为年投资成本，Cop为年运行成本；
所述年运行成本Cop的具体表达式为：
Cop＝C1+C2+C3+C4+C5
Figure BDA0003286112400000071
C1为机组和风电出力成本，Ωcf表示火电机组集合，fi(Pi,t)表示火电机组发电成本，Pi,t表示火电机组出力；Ωw表示风电场集合，Cw表示单位风力发电成本，
Figure BDA0003286112400000072
表示风力发电预测值，
Figure BDA0003286112400000073
表示弃风量；C2为特定资源出力成本，ωgf表示是否选择燃气机组的0-1变量，选择为1，不选则为0，Cg,t表示气井供气的单位价格，Gg,t表示气井供气量；ωes表示是否选择源侧储能的0-1变量，选择为1，不选则为0，Cs,t表示储能运行单价，包括充电和放电的费用，|Ps,t|表示储能的充放电功率；C3为备用供给成本，
Figure BDA0003286112400000074
和
Figure BDA0003286112400000075
分别表示备用容量供给的单价和备用供给量，包括上调备用和下调备用；C4为备用不足风险成本，
Figure BDA0003286112400000076
和
Figure BDA0003286112400000077
分别表示备用不足风险单价和备用缺额量，包括上备用缺额和下备用缺额；C5为弃风成本，
Figure BDA0003286112400000078
为单位弃风成本，
Figure BDA0003286112400000079
为单位弃风量；M表示一年中电负荷和风电出力典型场景的集合；Dm表示第m类典型场景包含的天数；
所述年投资成本Cinv的具体表达式为：
Figure BDA0003286112400000081
Figure BDA0003286112400000082
c为单位容量的投资费用；x为是否投资的0-1变量；λ为资金回收系数，用于一次性投资至每年投资年费的换算；ω为是否选择投资该类灵活性资源的0-1变量；ωgf表示是否选择燃气机组的0-1变量，选择为1，不选则为0；ωes表示是否选择源侧储能的0-1变量，选择为1，不选则为0。
在本实施例中，设置的灵活资源为三个，分别为火电机组灵活性改造资源、源侧储能系统安装资源、燃气机组投建资源；本实施例中，规划约束条件包括普通约束条件与灵活性资源特性约束条件；
普通约束条件包括常规火电机组出力和爬坡约束、风电出力约束、节点功率平衡和传输容量限制以及天然气系统约束；
所述风电出力约束具体表达式为：
Figure BDA0003286112400000083
风电实际出力Pw,t应该在0和风电预测值
Figure BDA0003286112400000084
的范围之间；
所述节点功率平衡和和传输容量限制具体表达式为：
Figure BDA0003286112400000085
Figure BDA0003286112400000086
Pi,t为火电机组的发电功率，Pj,t为燃气机组的发电功率，Pw,t为风电厂的发电功率，Ps,t为储能发电功率；
Figure BDA0003286112400000087
为电力负荷的消耗功率；Tl是基于直流潮流的功率传输分布因子矩阵；efl max表示线路的最大传输容量；
所述天然气系统约束具体表达式为：
Figure BDA0003286112400000088
气网节点气压约束：
Figure BDA0003286112400000089
管道气流Fmn和节点气压之间的方向关系和数值转换关系：
Figure BDA00032861124000000810
节点气流平衡：
Figure BDA00032861124000000811
上述各式表示基于Weymouth理论的稳态气流约束，
Figure BDA0003286112400000091
为气井最小供气量，
Figure BDA0003286112400000092
为气井的最大供气量；气网节点气压约束，
Figure BDA0003286112400000093
为节点气压的最小限值，
Figure BDA0003286112400000094
为节点气压的最大限值；Cmn是常数，Fmn为管道气体流量，π为节点气压；Fg,t是气井的天然气输出量，
Figure BDA0003286112400000095
为节气负荷，Fmn,t为管道mn中的气体流量，
Figure BDA0003286112400000096
为节点燃气机组耗气量。
灵活性资源特性约束包括灵活性改造后火电机出力和爬坡约束、燃气机组出力和爬坡约束以及源侧储能约束，对于不同的灵活性资源有不同的建模特性，具体为：
所述灵活性改造后火电机组出力和爬坡约束具体表达式为：
Figure BDA0003286112400000097
Figure BDA0003286112400000098
当火电机组灵活性改造完成后，火电机组的最小出力转变为
Figure BDA0003286112400000099
最大爬坡速率转变为
Figure BDA00032861124000000910
Figure BDA00032861124000000911
为火电机组是否进行灵活性改造的0-1变量，改造为1，不改造为0，
Figure BDA00032861124000000912
为火电机组改造后的爬坡速率；
所述燃气机组出力和爬坡约束具体表达式为：
Figure BDA00032861124000000913
Figure BDA00032861124000000914
Figure BDA00032861124000000915
Figure BDA00032861124000000916
为燃气机组的耗气量；HHV为高热值；αj为热电比，
Figure BDA00032861124000000917
为燃气机组是否投建的0-1变量，投建为1，不投建为0。
Figure BDA00032861124000000918
和
Figure BDA00032861124000000919
分别为燃气机组的下爬坡和上爬坡所需的备用容量，
Figure BDA00032861124000000920
是燃气机组爬坡速率的最大值；
所述源侧储能约束具体表达式为：
Figure BDA00032861124000000921
Figure BDA00032861124000000922
Figure BDA00032861124000000923
Figure BDA00032861124000000924
为第s个储能电池组在t时刻的容量值；
Figure BDA00032861124000000925
为充电系数，
Figure BDA00032861124000000926
为放电系数，
Figure BDA00032861124000000927
为源侧储能是否投建的0-1变量，投建为1，不投建为0。
S2：在n个灵活性资源中，将n个灵活性资源分为m个资源组，所述资源组包括至少一个灵活性资源，m＝2n-1；
当设置三个灵活性资源的时候，选择至少一种资源进行分组，则一共有7种不同的资源组的分配方法，分别对着7个不同的资源组的年总成本进行计算。
S3：在m个资源组中，选择任意一个资源组，将该资源组对应的年投资成本以及年运行成本输入到目标函数中，获得该资源组对应的年总成本，直到m个资源组遍历完成，获得m个年总成本；
将每个资源组对应的年总成本计算出来后，会得到7个不同的年总成本，在把这7个不同的年总成本进行比较，则可以得到一个最小的年总成本，本实施例中就需要选择年总成本最小的对应的目标函数方案，实现对电气综合能源系统的协同规划。
S4：将获得的m个年总成本进行比较，选择年总成本最小目标函数，并基于该目标函数对应需要的灵活性资源，对电气综合能源系统进行协同规划。
具体实施的效果为：
如图1所示，采用IEEE-24节点和12节点的电力-天然气综合能源系统来分析考虑多类型灵活性手段的规划研究。IEEE-24节点电力系统包括10个火电机组G1-G10，4个风电场W1-W4，以及4个候选储能设备EES1-EES4。电力系统和天然气系统由四个候选的燃气机组GasG1-GasG4相互连接。12节点天然气系统包含三个气源N1-N3，10个天然气管道和4个天然气负荷。表中展示了用于规划的候选灵活资源的安装容量和位置，图表1所示。
灵活性资源 安装节点 容量(MW) 投资成本(10<sup>4</sup>yuan/MW)
燃气轮机#1 Bus 23 110 182
燃气轮机#2 Bus 20 120 180
燃气轮机#3 Bus 13 100 182
燃气轮机#4 Bus 10 110 182
储能#1 Bus 6 100 140
储能#2 Bus 4 80 142
储能#3 Bus 11 100 140
储能#4 Bus 24 100 144
待改造的常规机组G1-G10 / / 50
表1
在经过规划后，得到结果为：通过将优化模型转化成混合整数线性规划(MILP)模型，将得到以下规划结果，如表2所示。
Figure BDA0003286112400000111
表2
如图2所示，为经济性提升，首先分析规划的年总成本。方案2/3/4采用的灵活性规划策略均能够使年总成本降低，并由原来的4.939亿元分别减少至4.749、4.710以及4.722亿元。通过下表可以看到，虽然方案3燃气机组的投建成本最高，但投建后其运行成本均低于方案2和方案4，实际上其年总成本是最低的，从而获得了经济性最优的效果，图表3所示。
Figure BDA0003286112400000112
表3
如图2所示，并结合运行过程中的弃风情况来分析。通过对比方案2/3/4，尽管方案3新增了天然气源的供气成本(黄色柱状图)，但在方案3下系统充分利用了风力发电成本低的优势，在能量供应足够的基础上降低了高成本的机组出力，由此使得日运行总成本最低，经济性最好。备用供给一定程度上反应了系统应对风电、负荷以及光伏出力不确定性的能力。相比于方案1，方案2/3/4均消除了备用不足的风险成本，但在满足备用足量的情况下方案3的备用供给成本更少(橘色柱状图)，这得益于燃气机组的备用供给容量更便宜。
如图3～图6所示，为灵活性提升，从备用调度的角度来看，各规划方案的24小时日备用具体分析如下图。通过对常规机组灵活性改造、投建燃气机组以及投建储能电站均能提供足够的备用容量使系统各时段备用需求得到满足(无备用缺额现象的出现)。方案3/4通过投建不同的灵活性资源(燃气机组/储能)均能减轻常规机组的备用压力(即蓝色部分减少)。
实际上向下灵活性不足是造成弃风、弃光的重要原因。在本项目背景下系统优先考虑向下灵活性对清洁能源消纳能力的影响。对比方案1、2以及方案4可看出，相比于火电机组，燃气机组的向下调节范围更大，应对高比例清洁能源接入情景的消纳优势更为明显。
本实施例提供的多类型灵活性资源下的电气综合能源系统的协同规划方法，考虑火电机组灵活性改造、源侧储能系统安装以及燃气机组投建的多类型灵活性提升的规划投资策略，并充分发挥了各类灵活性资源所具备的优势。所提发明通过提升系统对清洁能源的消纳能力，有效地增强了系统的灵活性，同时大幅降低了系统的年总成本。
实施例二
本实施例公开了一种计算机存储的介质，其上存储有计算程序，该计算机程序被处理器执行时，实现如实施例一中的多类型灵活性资源下的电气综合能源系统的协同规划方法。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
实施例三
本实施例公开了一种电气综合能源系统，通过采用实施例一中的多类型灵活性资源下的电气综合能源系统的协同规划方法所过的的电气综合能源系统，即本发明公开的电气综合能源系统是采用的协同规划方法下获得的电气综合能源系统。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.多类型灵活性资源下的电气综合能源系统的协同规划方法，其特征在于，协同规划方法步骤包括：
S1：在规划约束条件的作用下，创建年总成本的目标函数，所述目标函数由年投资成本与年运行成本构成；所述年投资成本为n个灵活性资源下的投资成本，所述灵活性资源为提升电气综合能源系统灵活性能的资源；
S2：在n个灵活性资源中，将n个灵活性资源分为m个资源组，所述资源组包括至少一个灵活性资源，m＝2n-1；
S3：在m个资源组中，选择任意一个资源组，将该资源组对应的年投资成本以及年运行成本输入到目标函数中，获得该资源组对应的年总成本，直到m个资源组遍历完成，获得m个年总成本；
S4：将获得的m个年总成本进行比较，选择年总成本最小目标函数，并基于该目标函数对应需要的灵活性资源，对电气综合能源系统进行协同规划。
2.根据权利要求1所述的多类型灵活性资源下的电气综合能源系统的协同规划方法，其特征在于，所述年投资成本包括3个灵活性资源，分别为火电机组灵活性改造资源、源侧储能系统安装资源、燃气机组投建资源。
3.根据权利要求2所述的多类型灵活性资源下的电气综合能源系统的协同规划方法，其特征在于，所述规划约束条件包括普通约束条件与灵活性资源特性约束条件；所述普通约束条件包括常规火电机组出力和爬坡约束、风电出力约束、节点功率平衡和传输容量限制以及天然气系统约束；所述灵活性资源特性约束包括灵活性改造后火电机出力和爬坡约束、燃气机组出力和爬坡约束以及源侧储能约束。
4.根据权利要求3所述的基于高比例清洁能源的电气综合能源系统的协同规划方法，其特征在于，所述目标函数的具体表达式为C＝Cinv+Cop，Cinv为年投资成本，Cop为年运行成本；所述年运行成本Cop的具体表达式为：
Cop＝C1+C2+C3+C4+C5
Figure FDA0003286112390000021
C1为机组和风电出力成本，Ωcf表示火电机组集合，fi(Pi,t)表示火电机组发电成本，Pi,t表示火电机组出力；Ωw表示风电场集合，Cw表示单位风力发电成本，
Figure FDA0003286112390000022
表示风力发电预测值，
Figure FDA0003286112390000023
表示弃风量；C2为特定资源出力成本，ωgf表示是否选择燃气机组的0-1变量，选择为1，不选则为0，Cg,t表示气井供气的单位价格，Gg,t表示气井供气量；ωes表示是否选择源侧储能的0-1变量，选择为1，不选则为0，Cs,t表示储能运行单价，包括充电和放电的费用，|Ps,t|表示储能的充放电功率；C3为备用供给成本，
Figure FDA0003286112390000024
和
Figure FDA0003286112390000025
分别表示备用容量供给的单价和备用供给量，包括上调备用和下调备用；C4为备用不足风险成本，
Figure FDA0003286112390000026
和
Figure FDA0003286112390000027
分别表示备用不足风险单价和备用缺额量，包括上备用缺额和下备用缺额；C5为弃风成本，
Figure FDA0003286112390000028
为单位弃风成本，
Figure FDA0003286112390000029
为单位弃风量；M表示一年中电负荷和风电出力典型场景的集合；Dm表示第m类典型场景包含的天数；
所述年投资成本Cinv的具体表达式为：
Figure FDA00032861123900000210
Figure FDA00032861123900000211
c为单位容量的投资费用；x为是否投资的0-1变量；λ为资金回收系数，用于一次性投资至每年投资年费的换算；ω为是否选择投资该类灵活性资源的0-1变量；ωgf表示是否选择燃气机组的0-1变量，选择为1，不选则为0；ωes表示是否选择源侧储能的0-1变量，选择为1，不选则为0。
5.根据权利要求4所述的多类型灵活性资源下的电气综合能源系统的协同规划方法，其特征在于，所述风电出力约束具体表达式为：
Figure FDA0003286112390000031
风电实际出力Pw,t应该在0和风电预测值
Figure FDA0003286112390000032
的范围之间；
所述节点功率平衡和和传输容量限制具体表达式为：
Figure FDA0003286112390000033
Figure FDA0003286112390000034
Pi,t为火电机组的发电功率，Pj,t为燃气机组的发电功率，Pw,t为风电厂的发电功率，Ps,t为储能发电功率；
Figure FDA0003286112390000035
为电力负荷的消耗功率；Tl是基于直流潮流的功率传输分布因子矩阵；
Figure FDA0003286112390000036
表示线路的最大传输容量。
6.根据权利要求4所述的多类型灵活性资源下的电气综合能源系统的协同规划方法，其特征在于，所述天然气系统约束具体表达式为：
Figure FDA0003286112390000037
Figure FDA0003286112390000038
Figure FDA0003286112390000039
Figure FDA00032861123900000310
Figure FDA00032861123900000311
为气井最小供气量，
Figure FDA00032861123900000312
为气井的最大供气量；气网节点气压约束，
Figure FDA00032861123900000313
为节点气压的最小限值，
Figure FDA00032861123900000314
为节点气压的最大限值；Cmn是常数，Fmn为管道气体流量，π为节点气压；Fgt是气井的天然气输出量，
Figure FDA00032861123900000315
为节气负荷，Fmn,t为管道mn中的气体流量，
Figure FDA00032861123900000316
为节点燃气机组耗气量。
7.根据权利要求4所述的多类型灵活性资源下的电气综合能源系统的协同规划方法，其特征在于，所述灵活性改造后火电机组出力和爬坡约束具体表达式为：
Figure FDA00032861123900000317
Figure FDA00032861123900000318
当火电机组灵活性改造完成后，火电机组的最小出力转变为
Figure FDA00032861123900000319
最大爬坡速率转变为
Figure FDA0003286112390000041
Figure FDA0003286112390000042
为火电机组是否进行灵活性改造的0-1变量，改造为1，不改造为0，
Figure FDA0003286112390000043
为火电机组改造后的爬坡速率；
所述燃气机组出力和爬坡约束具体表达式为：
Figure FDA0003286112390000044
Figure FDA0003286112390000045
Figure FDA0003286112390000046
Figure FDA0003286112390000047
为燃气机组的耗气量；HHV为高热值；αj为热电比，
Figure FDA0003286112390000048
为燃气机组是否投建的0-1变量，投建为1，不投建为0。
Figure FDA0003286112390000049
和
Figure FDA00032861123900000410
分别为燃气机组的下爬坡和上爬坡所需的备用容量，
Figure FDA00032861123900000411
是燃气机组爬坡速率的最大值。
8.根据权利要求4所述的多类型灵活性资源下的电气综合能源系统的协同规划方法，其特征在于，所述源侧储能约束具体表达式为：
Figure FDA00032861123900000412
Figure FDA00032861123900000413
Figure FDA00032861123900000414
为第s个储能电池组在t时刻的容量值；
Figure FDA00032861123900000415
为充电系数，
Figure FDA00032861123900000416
为放电系数，
Figure FDA00032861123900000417
为源侧储能是否投建的0-1变量，投建为1，不投建为0。
9.一种计算机存储的介质，其上存储有计算程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1～8任一所述的协同规划方法。
10.一种电气综合能源系统，其特征在于，通过如权利要求1～8任意一种所述的协同规划方法获得的电气综合能源系统。
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CN114583766A (zh) * 2022-05-06 2022-06-03 天津大学 面向风电消纳的海上油气平台能源系统低碳运行调度方法

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