CN115115277A - 园区综合能源调度方法、装置、计算机设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例涉及一种园区综合能源调度方法、装置、计算机设备及存储介质,包括:获取多类型能源统筹规划和协调调度综合能源系统中各类机组的机组参数、负荷预测数据、出力预测数据;基于所述机组参数、负荷预测数据、出力预测数据确定多类型能源统筹规划和协调调度综合能源系统的基础能源调度策略;基于预设的风险规避策略和风险偏好策略对所述基础能源调度策略进行优化,得到帕累托解集;基于TOPSIS方法从所述帕累托解集中确定目标解作为多类型能源统筹规划和协调调度综合能源系统的目标能源调度策略;基于所述目标能源调度策略对园区综合能源进行调度。由此,可以减少园区综合能源系统碳排放量,提高运行利润。
Description
技术领域
本发明实施例涉及综合能源系统优化调度方法应用领域,尤其涉及一种园区综合能源调度方法、装置、计算机设备及存储介质。
背景技术
2020年,提出了二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。据统计,能源行业碳排放占碳排放总量的80%左右,电力行业的碳排放占40%左右,因此,进一步提高可再生能源占比,加快能源低碳转型尤为重要。随着碳电市场的发展,对于运营商来说,在面对多重不确定性下实现综合能源系统的低碳运行非常重要。
现有的关于综合能源系统优化调度较少同时考虑到阶梯式机制和需求响应机制,且有关源侧可再生能源出力和负荷侧电、热、冷多类型负荷的不确定性的处理主要以场景模拟法、随机规划法、风险价值法、鲁棒优化法、机会约束法等,缺乏通过信息间隙决策理论(information gap decision-making theory,IGDT)处理可再生能源出力和多类型负荷的不确定性的多目标优化调度模型的研究。
发明内容
鉴于此,为解决上述技术问题或部分技术问题,本发明实施例提供一种园区综合能源调度方法、装置、计算机设备及存储介质。
第一方面,本发明实施例提供一种园区综合能源调度方法,包括:
获取多类型能源统筹规划和协调调度综合能源系统中各类机组的机组参数、负荷预测数据、出力预测数据;
基于所述机组参数、负荷预测数据、出力预测数据确定多类型能源统筹规划和协调调度综合能源系统的基础能源调度策略;
基于预设的风险规避策略和风险偏好策略对所述基础能源调度策略进行优化,得到帕累托解集;
基于TOPSIS方法从所述帕累托解集中确定目标解作为多类型能源统筹规划和协调调度综合能源系统的目标能源调度策略;
基于所述目标能源调度策略对园区综合能源进行调度。
在一个可能的实施方式中,所述方法还包括:
基于所述各类机组的机组参数、负荷预测数据、出力预测数据构建设能源生产设备模型、能源耦合设备模型和能源存储设备模型。
在一个可能的实施方式中,所述方法还包括:
基于预先分配的碳排放额与实际碳排放量之间的关系,建立阶梯式碳交易机制;
基于所述阶梯式碳交易机制确定碳交易价格制度;
基于所述各类机组的机组参数、负荷预测数据、出力预测数据与碳交易价格制度确定碳交易成本。
在一个可能的实施方式中,所述方法还包括:
获取多类型能源统筹规划和协调调度综合能源系统的当日售能收益、购能成本、设备运维成本、需求响应成本;
基于所述当日售能收益、购能成本、设备运维成本、需求响应成本和碳交易成本确定多类型能源统筹规划和协调调度综合能源系统的日运行利润;
将所述日运行利润作为能源调度模型的期望目标值;
基于所述期望目标值和预先设置的约束条件,构建能源调度模型。
在一个可能的实施方式中,所述方法还包括:
将所述机组参数、负荷预测数据、出力预测数据输入至所述能源调度模型,得到多类型能源统筹规划和协调调度综合能源系统的基础能源调度策略。
在一个可能的实施方式中,所述方法还包括:
基于多类型能源统筹规划和协调调度综合能源系统对机组负荷和出力的敏感程度设置目标偏差因子;
基于所述目标偏差因子、预设的风险规避策略和风险偏好策略对所述基础能源调度策略进行优化,得到帕累托解集。
在一个可能的实施方式中,所述方法还包括:
对所述帕累托解集进行插值拟合,得到帕累托前沿;
基于TOPSIS方法在所述帕累托前沿上确定目标解;
将所述目标解作为多类型能源统筹规划和协调调度综合能源系统的目标能源调度策略。
第二方面,本发明实施例提供一种园区综合能源调度装置,包括:
获取模块,用于获取多类型能源统筹规划和协调调度综合能源系统中各类机组的机组参数、负荷预测数据、出力预测数据;
确定模块,用于基于所述机组参数、负荷预测数据、出力预测数据确定多类型能源统筹规划和协调调度综合能源系统的基础能源调度策略;
优化模块,用于基于预设的风险规避策略和风险偏好策略对所述基础能源调度策略进行优化,得到帕累托解集;
所述确定模块,还用于基于TOPSIS方法从所述帕累托解集中确定目标解作为多类型能源统筹规划和协调调度综合能源系统的目标能源调度策略;
调度模块,用于基于所述目标能源调度策略对园区综合能源进行调度。
第三方面,本发明实施例提供一种计算机设备,包括:处理器和存储器,所述处理器用于执行所述存储器中存储的园区综合能源调度程序,以实现上述第一方面中所述的园区综合能源调度方法。
第四方面,本发明实施例提供一种存储介质,包括:所述存储介质存储有一个或者多个程序,所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行,以实现上述第一方面中所述的园区综合能源调度方法。
本发明实施例提供的园区综合能源调度方案,通过获取多类型能源统筹规划和协调调度综合能源系统中各类机组的机组参数、负荷预测数据、出力预测数据;基于所述机组参数、负荷预测数据、出力预测数据确定多类型能源统筹规划和协调调度综合能源系统的基础能源调度策略;基于预设的风险规避策略和风险偏好策略对所述基础能源调度策略进行优化,得到帕累托解集;基于TOPSIS方法从所述帕累托解集中确定目标解作为多类型能源统筹规划和协调调度综合能源系统的目标能源调度策略;基于所述目标能源调度策略对园区综合能源进行调度,相比于现有的关于综合能源系统优化调度较少同时考虑到阶梯式机制和需求响应机制,且有关源侧可再生能源出力和负荷侧电、热、冷多类型负荷的不确定性的处理缺乏通过信息间隙决策理论处理可再生能源出力和多类型负荷的不确定性的多目标优化调度模型的研究,由本方案,可以减少园区综合能源系统碳排放量,并且阶梯式碳交易价格的设置可以降低园区综合能源系统碳排放量,提高运行利润。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种园区综合能源调度方法的流程示意图;
图2为本发明实施例提供的一种多类型能源统筹规划和协调调度综合能源系统的结构示意图;
图3为本发明实施例提供的另一种园区综合能源调度方法的流程示意图;
图4为本发明实施例提供的一种阶梯式碳交易机制示意图;
图5为本发明实施例提供的一种风电、光伏、电负荷、热负荷、冷负荷日前预测曲线;
图6为本发明实施例提供的一种PIESO向用户出售电、热和冷的价格,以及从电网购买电力和从燃气电网购买天然气的价格示意图;
图7为本发明实施例提供的一种常规策略下的电功率平衡图;
图8为本发明实施例提供的一种常规策略下的热功率平衡图;
图9为本发明实施例提供的一种常规策略下的冷功率平衡图;
图10为本发明实施例提供的一种风险规避策略下的Pareto前沿示意图;
图11为本发明实施例提供的一种风险规避策略下的电功率平衡图;
图12为本发明实施例提供的一种风险规避策略下的热功率平衡图;
图13为本发明实施例提供的一种风险规避策略下的冷功率平衡图;
图14为本发明实施例提供的一种风险偏好策略下的Pareto前沿示意图;
图15为本发明实施例提供的一种风险规避策略下的电功率平衡图;
图16为本发明实施例提供的一种风险规避策略下的热功率平衡图;
图17为本发明实施例提供的一种风险规避策略下的冷功率平衡图;
图18为本发明实施例提供的一种不同场景下CHP输出电功率示意图;
图19为本发明实施例提供的一种不同场景下CHP输出热功率示意图;
图20为本发明实施例提供的一种不同场景下需求响应量示意图;
图21为本发明实施例提供的一种不同场景下天然气购买量示意图;
图22为本发明实施例提供的一种不同碳排放机制的影响示意图;
图23为本发明实施例提供的一种碳交易价格与PIESO利润之间的关系示意图;
图24为本发明实施例提供的一种可交易碳排放量比例的变化影响示意图;
图25为本发明实施例提供的一种园区综合能源调度装置的结构示意图;
图26为本发明实施例提供的一种计算机设备的结构示意图。
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,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中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。
为便于对本发明实施例的理解,下面将结合附图以具体实施例做进一步的解释说明,实施例并不构成对本发明实施例的限定。
图1为本发明实施例提供的一种园区综合能源调度方法的流程示意图,如图1所示,该方法具体包括:
本发明在低碳背景下,构建电-气-热-冷等多类型能源统筹规划和协调调度的综合能源系统(Integrated Energy System,IES)已成为提高能源综合利用效率,促进新能源消纳的重要手段。值得注意的是,与传统能源系统相比,综合能源系统更加突出强调电、热、气等异质能间的平等性和“可替代性/互补性”,实现多种能源子系统在能源开发、传输、转化、综合利用等环节的相互协调,以满足多元需求、提高用能效率、降低能量损耗、减少污染排放等。
目前,IES主要基于一种包含多种形式能量转化、传输以及存储的控制单元的能源集线器(Energy Hub,EH)模型实现各类型能源间的转换和协调调度。与此同时,随着电力市场和智能电网的发展,需求响应(Demand Response,DR)的作用日益增大。根据调研,大多数工业用户通过调整生产计划可实现的最大负荷转移和削减潜力大约为20%。因此,在IES调度优化中考虑DR,利用DR进行负荷的转移和削减能够实现保障能源供需平衡和提升用户的用能经济性。由此可知,EH模型和DR模型的应用充分考虑了IES整体的经济性,但鲜有考虑IES的环境问题。为此,碳交易机制被认为是减少碳排放量并兼顾IES运行经济性的有效手段之一,通过将碳交易机制引入IES调度,实现IES的低碳经济运行。
此外,IES中源侧风电光伏出力和需求侧电、热、冷多元负荷的不确定性也是影响系统经济可靠运行的重要影响因素。现阶段,关于不确定性的研究主要包括场景模拟法、随机规划法、风险价值法、鲁棒优化法、机会约束法、信息间隙决策理论(information gapdecision-making theory,IGDT)等。其中,IGDT是一种非概率、非可能性(非模糊)的不确定性风险管理方法,不需要大多数概率方法中使用的不确定参数的概率分布函数,也不需要模糊方法中需要的隶属函数。并且,与其他风险管理工具的不同之处在于,IGDT方法在实现的预测误差落入不确定性变量的最大波动范围内时,保证了目标函数满足预定的目标。因此,是实现IES经济调度运行较为可行的不确定性处理方法。
S11、获取多类型能源统筹规划和协调调度综合能源系统中各类机组的机组参数、负荷预测数据、出力预测数据。
本发明实施例中,结合图2,首先介绍多类型能源统筹规划和协调调度综合能源系统PIES的架构,PIES内部市场主体为能源供应商、园区综合能源系统运营商PIESO和综合能源用户,包含冷、热、电、气等多类能源。在能源供给侧,PIESO向上级电网和气网购买能源,通过优化PIESO内部的能源生产、转换耦合和储存设备的出力以及采用激励补贴机制引导用户参与需求响应来满足用户的用能需求,保障能源供给。在能源需求侧,综合能源用户根据PIESO给出的激励补贴价格,调整自身的用能需求,从而使得自身用能成本降低的同时保障能源供需平衡和系统安全稳定运行。
能源供应侧产生直接电能和热能的EH模型如式1:
式中,,分别为PIEO通过能源生产设备提供的电能和热能;,分别为
PIEO向上级电网和气网购买的电能和天然气;,分别为风电和光伏出力;,
分别为CHP机组输出电能和热能的效率;为燃气锅炉输出热能的效率。
由图2所示的PIES架构,可得到基于EH的供需双侧能量耦合模型如式5所示:
S12、基于所述机组参数、负荷预测数据、出力预测数据确定多类型能源统筹规划和协调调度综合能源系统的基础能源调度策略。
本发明实施例中,基于机组参数、负荷预测数据、出力预测数据构建多个数学模型,包括能源生产设备模型、能源耦合设备模型和能源存储设备模型,利用上述数学模型求解常规策略下的PIES优化调度模型,得到基础能源调度策略。具体的构建多个数学模型的过程在图3对应的实施例中进行详细说明,在此先不详述。
S13、基于预设的风险规避策略和风险偏好策略对所述基础能源调度策略进行优化,得到帕累托解集。
在常规策略下,求解PIES优化调度模型的日运行利润,并将该日运行利润作为目标期望值,在此基础上,基于预设的风险规避策略和风险偏好策略建立多目标优化调度模型;将原来的多目标优化问题转化为具有各个目标权重系数的单目标问题,选择合适的权重步长,可以通过CPLEX求解器求解单目标问题,得到足够多的帕累托(Pareto)最优解,即帕累托解集。
S14、基于TOPSIS方法从所述帕累托解集中确定目标解作为多类型能源统筹规划和协调调度综合能源系统的目标能源调度策略。
S15、基于所述目标能源调度策略对园区综合能源进行调度。
对所有Pareto最优解进行插值拟合得到Pareto前沿,结合实际工程调度需求,可以采用TOPSIS方法,在Pareto前沿上确定理想解作为原多目标优化问题的最终决策作为多类型能源统筹规划和协调调度综合能源系统的目标能源调度策略,TOPSIS法是根据有限的评价对象与理想化目标的接近程度进行排序的方法,在现有的对象中进行相对优劣的评价。
进一步的,根据确定的目标能源调度策略对园区综合能源进行调度。
本发明实施例提供的园区综合能源调度方法,通过获取多类型能源统筹规划和协调调度综合能源系统中各类机组的机组参数、负荷预测数据、出力预测数据;基于所述机组参数、负荷预测数据、出力预测数据确定多类型能源统筹规划和协调调度综合能源系统的基础能源调度策略;基于预设的风险规避策略和风险偏好策略对所述基础能源调度策略进行优化,得到帕累托解集;基于TOPSIS方法从所述帕累托解集中确定目标解作为多类型能源统筹规划和协调调度综合能源系统的目标能源调度策略;基于所述目标能源调度策略对园区综合能源进行调度,相比于现有的关于综合能源系统优化调度较少同时考虑到阶梯式机制和需求响应机制,且有关源侧可再生能源出力和负荷侧电、热、冷多类型负荷的不确定性的处理缺乏通过信息间隙决策理论处理可再生能源出力和多类型负荷的不确定性的多目标优化调度模型的研究,由本方法,可以减少园区综合能源系统碳排放量,并且阶梯式碳交易价格的设置可以降低园区综合能源系统碳排放量,提高运行利润。
图3为本发明实施例提供的另一种园区综合能源调度方法的流程示意图,如图3所示,该方法具体包括:
S31、基于所述各类机组的机组参数、负荷预测数据、出力预测数据构建设能源生产设备模型、能源耦合设备模型和能源存储设备模型。
本发明实施例中,基于各类机组的机组参数、负荷预测数据、出力预测数据构建设能源生产设备模型、能源耦合设备模型和能源存储设备模型。
具体的,能源生产设备模型如式7所示:
能源耦合设备模型如式8所示:
能源储存设备模型如式9所示:
S32、基于预先分配的碳排放额与实际碳排放量之间的关系,建立阶梯式碳交易机制。
S33、基于所述阶梯式碳交易机制确定碳交易价格制度。
S34、基于所述各类机组的机组参数、负荷预测数据、出力预测数据与碳交易价格制度确定碳交易成本。
以下对S32~S34进行统一说明:
在碳交易机制下,依据政府分配的碳排放额与实际碳排放量的差异,碳排放量是一种可以进行自由交易的商品,而在电力行业,目前主要采用基准线法确定系统的无偿碳排放配额。对于以提高能源综合利用效率和新能源消纳率为目标的PIES来说,其碳排放来源包括外购电力、热电联产设备和燃气锅炉。为简化模型,本发明实施例中假设各机组碳排放量与其出力成正比,当系统实际碳排放量超过初始分配额时,对超出的碳排放额度按照阶梯式价格购买。碳排放总量如式10所示:
碳排放设备的配额同样采用与其机组有功出力成比例的模型,表达式如11所示:
依据实际碳排放量与无偿分配的碳配额之间的关系,本发明实施例所建立的阶梯式交易机制如图4所示,图中横坐标为实际碳排放量超出无偿分配的碳配额的比例,当超出比例越高,碳交易价格则越高。
进一步的,根据阶梯式碳交易机制,制定碳交易价格制度。当系统实际碳排放量超过/低于初始分配额时,对超出的碳排放额度执行阶梯式价格购买/售出,具体表达式如式12所示。
S35、获取多类型能源统筹规划和协调调度综合能源系统的当日售能收益、购能成本、设备运维成本、需求响应成本。
S36、基于所述当日售能收益、购能成本、设备运维成本、需求响应成本和碳交易成本确定多类型能源统筹规划和协调调度综合能源系统的日运行利润。
S37、将所述日运行利润作为能源调度模型的期望目标值。
S38、基于所述期望目标值和预先设置的约束条件,构建能源调度模型。
以下对S35~S38进行统一说明:
PIESO的目标为日运行利润最高,将日运行利润最高作为能源调度模型的期望目标值,主要由售能收益、购能成本、设备运维成本、需求响应成本以及碳交易成本/收益构成。当PIES碳排放量小于碳配额时,系统通过参与碳市场交易获得额外的碳排放权售出收益,当PIES碳排放量大于碳配额时,系统需支付相应的碳排放权购买成本。
模型的约束条件主要包括功率平衡约束,设备出力约束和爬坡约束,联络线约束,储能装置约束,需求响应约束等约束条件,具体如式19-式23所示。
式中,为设备m在t时刻的出力(包括GB,CHP,HP,ER,AC,EES,TES,CES等);
为设备m最大出力,为设备m最大爬坡功率;为PIES与配电网的最大交互功率;
和为储能设备s的充能和放能状态,为0-1变量;和为储能设备s的最小
和最大能荷状态;为储能设备s的最大充/放功率;和分别为用户最大可转
移负荷和可削减负荷比例。
基于期望目标值和约束条件,构建能源调度模型。
S39、将所述机组参数、负荷预测数据、出力预测数据输入至所述能源调度模型,得到多类型能源统筹规划和协调调度综合能源系统的基础能源调度策略。
S310、基于多类型能源统筹规划和协调调度综合能源系统对机组负荷和出力的敏感程度设置目标偏差因子。
S311、基于所述目标偏差因子、预设的风险规避策略和风险偏好策略对所述基础能源调度策略进行优化,得到帕累托解集。
S312、对所述帕累托解集进行插值拟合,得到帕累托前沿。
S313、基于TOPSIS方法在所述帕累托前沿上确定目标解。
S314、将所述目标解作为多类型能源统筹规划和协调调度综合能源系统的目标能源调度策略。
以下对S39~S314进行统一说明:
对于因缺乏充足的历史数据而使得不确定性参数难以采用传统概率方法进行描述的问题,IGDT方法能够给出具有鲁棒性的决策方案。IGDT通过定义鲁棒函数和机会函数这两种免疫函数来分别处理不确定事件的不利和有利影响,即风险规避策略(risk aversestrategy,RAS)和风险偏好策略(risk seeking strategy,RSS)。当不考虑参数的不确定性时,典型优化模型为:
鲁棒模型:风险规避决策者为了保证目标不高于预设目标值,通常将风电、光伏出力和负荷等不确定参数的消极扰动最大化,具体模型如下:
鲁棒函数认为不确定会给目标期望带来消极影响,因此保证目标值在一个负
面的最差目标边界内寻找最大不确定性波动范围。式中,为引入不确定性后预设的决策
者所能接受的最差目标值,为确定模型下d取时的目标函数最优值;为鲁棒模型目标偏
差因子,表示预期目标的偏差程度,设置越大,则模型对优化目标变差的容忍度越大,
鲁棒性越强,反之亦然。
机会模型:风险投机决策者偏好冒进追求不确定性可能带来的额外收益,有机会追求更优的目标,最小化不确定参数的消极扰动,具体模型如下:
由于IGDT通常以单个不确定量的偏差系数作为目标函数,无法适用于同时处理风电、光伏出力和冷、热、电等多种负荷的不确定性,本发明实施例通过赋予各类偏差系数不同的权重,解决上述问题。同时,系统对各个不确定因素波动的敏感度不同,不同的权重系数会影响单一不确定性因素的不确定半径求解结果,但对系统综合不确定半径的影响不大,因此,调度决策者可根据系统实际情况和历史经验,依据敏感度越高、权重系数越大的原则,为不确定度设置各个权重系数。
鲁棒模型的构建是为了保证优化目标在可接受范围内的情况下,寻求不确定量的
最大不确定度。当不确定性变量增加时,IGDT由单目标模型向多目标模型转变,极大地增加
了求解难度。针对IGDT难以同时精确处理多个不确定因素的问题,本文采用多个不确定变
量。从多目标模型转换IGDT与五种不确定性多目标模型三种不确定性的电力短缺变量
,热负荷变量和冷负荷变量同时作用下的风电和光伏输出和负荷需求,通过选择步长
和权重遍历法得到多目标优化的Pareto平面。
由式(32)可知,目标函数通过遍历所有权值参数,可以得到所有Pareto平面上的最优解集。
机会模型的结构与鲁棒模型相似,此时不确定性程度越小,期望优化目标的实现机会越大,但方案对不确定量的波动越敏感,系统面临的风险越大。
模型求解流程:对于最终的PIES优化调度决策方案,本发明实施例采用逼近理想解排序法(TOPSIS)从帕累托前沿得到理想解。TOPSIS方法通过将多目标问题列成矩阵来确定理想解和负理想解。然后,通过计算每个目标与理想解和负理想解的欧几里得距离,以最接近理想解的帕累托解集作为最终决策。具体解决过程如下:
步骤1:考虑阶梯式碳交易机制,建立最优调度模型,使PIESO每日营业利润最大化;
步骤2:输入风电出力、光伏出力、电负荷、热负荷和冷负荷的预测值,通过CPLEX求解器得到确定性场景下的PIESO调度策略,作为IGDT模型的预期目标值;
步骤3:设置目标偏差因子,建立RA-Strategy和RS-Strategy下的多目标优化调度模型;
步骤4:将原来的多目标优化问题转化为具有各个目标权重系数的单目标问题,选择合适的权重步长,通过CPLEX求解器求解单目标问题,得到足够多的帕累托最优解;
步骤5:对所有Pareto最优解进行插值拟合得到Pareto前沿;
步骤6:结合实际工程调度需求,基于TOPSIS方法,在Pareto前沿上确定理想解作为原多目标优化问题的最终决策。
下面进行算例分析说明:
算例条件:本算例选取华北某一典型工业园区的实际工程数据,以一天24 h为调度周期、以1 h为步长进行算例仿真。图5为日前风电和光伏出力预测数据以及冷、热、电多类型负荷需求的预测数据。天然气热值为9.7 kWh/m3。图6为PIESO向用户出售电、热和冷的价格,以及从电网购买电力和从燃气电网购买天然气的价格。PIESO从电网购买的电力上限为1500 kW。表1为储能系统的参数,表2为其他设备的参数。
表1
表2
算例结果:本算例比较了常规策略、风险规避策略和风险偏好策略下各机组的出力计划、PIESO的经济效益和环境效益。
常规策略:在不考虑风电和光伏发电出力不确定性以及各种负荷需求不确定性的常规策略下,PIESO日运行利润为34858.61元。具体设备调度方案如图7-图9所示。
从图可以看出,用电需求主要通过风电机组、光伏机组和CHP机组来满足。其中,用户在1:00-9:00,13:00-15:00等用电低谷时刻增加用电负荷,在10:00-11:00,16:00-18:00等用电低谷时刻减少用电负荷,积极响应了PIESO给予的分时电价和补贴价格等需求响应激励机制,从而在降低自身用能成本的同时达到了削峰填谷的效果。电储能机组(EES)在时段16:00-18:00进行充电,在时段20:00-24:00进行放电,HP机组在时段1:00-11:00和19:00-24:00用电。
用户和AC机组的用热需求主要通过CHP和HP机组进行满足,在用热低谷时段12:00-19:00,CHP机组产生的热功率主要用于满足AC机组的用热需求。用户的用冷需求主要通过ER机组和AC机组进行满足,AC机组主要在用户的热负荷需求较低时段12:00-17:00,将一定的热负荷转换为冷负荷,ER机组主要则在其他时段通过消耗电功率产生相应的冷负荷。因此,通过利用园区用户电、热、冷等各类负荷在时间上的互补特性和PIES中各类能源转换耦合机组来实现能源的梯级利用,从而提高能源的综合利用效率。
风险规避策略:假设风险规避策略和风险偏好策略下的目标偏差因子和为
5%,计算PIESO在不同策略下的日运行利润,确定了最优不确定性和相应的PIESO调度计划。
选择步长为0.01,通过插值拟合得到Pareto平面,如图10所示。根据PIES调度运行要求和实
际工程经验,三个目标从高到低优先级为电力短缺变量,以及热负荷和冷负荷需求的不确
定性。通过TOPSIS方法得到的理想解所对应的三个目标的权重分别为0.41、0.32和0.27。基
于IGDT鲁棒模型得到的PIESO的调度利润为32798.47元,电力短缺不确定性、
热负荷需求不确定性和冷负荷需求不确定性,PIES综合不确定性
为0.0384。这表明当电力短缺实际值和热负荷、冷负荷实际需求值相对于预测值分别波动
5.3%、3.1%、2.5%时,PIESO的总调度收益至少大于32798.47元。风险规避策略下各机组的出
力计划如图11-13所示。
可以看出,IGDT鲁棒调度计划相对于初始出力计划更加保守,更多地让具有稳定出力特性的CCHP机组出力以应对不确定性,从而导致调度收益的减少。其中,CHP机组输出的电功率和热功率、EES机组输出的电功率和用户的需求响应量增加,使得PIES碳排放量增加,可交易的碳排放权和相应的碳交易收益减少,并增加了需求响应补贴成本,从而导致PIESO日运行总收益减小。
风险偏好策略:在风险偏好策略下,通过插值拟合得到Pareto前沿如图14所示。使
用TOPSIS法得到的理想解对应的三个目标的权重分别为0.52、0.26和0.22。在风险偏好策
略下,基于IGDT机会模型得到的PIESO的调度利润为36991.96元,电力短缺不确定性为、热负荷需求不确定性为和冷负荷需求不确定性为,
PIES综合不确定性为0.0328。这表明当PIES电力短缺、热负荷需求和冷负荷需求在以预测
值为中心的5.1%、1.5%和1.1%范围内波动时,PIESO的总运行调度利润可以提高到36991.96
元。在风险偏好策略下各单元的出力计划如下图15-图17所示。
可以看出,IGDT机会调度计划相对于初始出力计划更加激进,减少CCHP机组的出力,期许不确定因素能朝有利的方向发展,从而提高调度收益,实现目标期望值。其中,碳排放量最大的CHP机组输出的电功率和热功率减少,EES机组输出的电功率和用户的需求响应量减少,使得PIESO拥有更多可交易的碳排放权,增加了碳交易收益,同时减少了需求响应成本,从而导致PIESO日运利润增加,实现目标期望值。
对比分析:通过比较常规策略、RA策略和RS策略下的结果,分析了PIESO风险意识对热电联产机组调度计划、需求响应量和天然气采购量的影响。具体如图18-21所示。
从图16-18可以看出,为了对冲风电和光伏出力不确定性风险,风险规避策略下PIESO更倾向于通过稳定出力的CHP机组来满足用户的用能需求,因此,相应的PIES消耗的天然气量也最多。与此同时,风险规避策略下,PIESO通过调用更多的需求响应负荷来实现能源供需平衡。在风险偏好策略下,PIESO为了寻求更多的收益,减少CHP的出力和需求响应量,从而减少碳排放交易成本和需求响应成本。例如,在10:00-12:00,用户的电负荷需求量达到最大,此时段,常规策略下通过CHP机组满足13.7%的电负荷需求,DR规模占比为9.43%;风险规避策略下通过CHP机组满足16.54%的电负荷需求,DR规模占比为14.19%;风险偏好策略下通过CHP机组14.43%的电负荷需求,DR规模占比为9.68%。三种策略下的PIESO碳交易收益分别为21531.36元,15380.24元和25773.41元。
例如,在10:00到12:00期间,用户的用电负荷需求达到最大值。此时,13.7%的电力负荷需求由常规策略下的CHP机组满足,需求响应规模的比例为9.43%。在风险规避策略中,CHP机组满足16.54%的电力负荷需求,DR规模占14.19%。风险偏好策略下,CHP机组满足14.43%的电力负荷需求,DR规模占比为9.68%。
阶梯式碳交易机制影响分析:由于不同碳交易价格的设置对于各类机组的出力、系统经济性和环保性均有影响。因此,本算例在常规策略下,设置有无阶梯式碳交易、不同阶梯式碳交易初始价格和可交易碳排放量比例三种场景如表3,分析各个场景下的系统碳排放总量和PIESO日运行收益的变化曲线。
表3
在场景1中,分析了传统的碳交易和阶梯式碳交易机制对于PIESO利润和PIES碳排放总量的影响,具体如图22所示。
从图22可以看出,与传统碳交易机制相比,在阶梯式碳交易机制下,PIESO日运行利润相对较高,碳排放总量较低。由此可知,与阶梯式碳排放价格相比,固定不变的单位碳排放价格对于PIES的碳减排起到的激励效果相对较差。因此,在传统碳交易机制下,PIES的碳排放量虽然仍比碳排放配额低,使得PIESO可以将多余的碳排放配额进行交易,但是与采用阶梯式碳交易机制相比,可交易的碳排放额度减少了2.73%,使得PIESO减少了碳排放权交易收入4.87%。
在场景2中,分析了阶梯式碳交易初始价格变动对于PISO利润和PIES碳排放总量的影响,具体如图23所示。
从图23可以看出,当碳交易价格变化从50元/t增加为55元/t时,系统的碳排放总量显著少于碳排放配额,碳交易收益显著增加。当从55元/t增加至65元/t时,系统碳排放总量和碳交易收益的变化幅度显著降低,这是由于系统各机组的容量限制,即使碳交易价格持续增加,对于系统碳减排的激励效果也有限。由此可知,在一定区间内,碳交易价格的提高能够激励PIESO通过需求响应和利用各种能源之间的转换耦合来减少碳排放量,然而,当系统碳排放量趋于极限值时,碳价格的激励作用将显著减小,最终碳交易价格和碳排放量趋于稳定值。因此,制定合理的碳交易价格可以促进系统经济性和低碳性的协同。
在场景3中,分析了可交易碳排放比例的变化对于PIESO利润和PIESO碳排放总量的影响,具体如图24所示。
从图24可以看出,随着可交易的碳排放量超出碳配额比例设置从0.05变化为0.15,PIES碳排放总量相应增加,可交易的碳排放额度减少,从而导致PIESO的碳交易收益以及PIES日运行利润相应减少。然而,当可交易的碳排放量超出碳配额比例设置为0.2和0.25时,PIES碳排放总量和PIESO的日运行利润将不再发生变化。这是由于,PIES内部风电和光伏出力的限制、CHP机组容量以及需求响应规模的限制,导致PIES无法一直减少其碳排放量,碳减排潜力达到了最大值。同时,由于可交易的碳排放量超出碳配额比例设置较高,使得PIESO只能以第一梯度的碳排放价格进行交易,因此无法对PIESO的利润产生进一步的影响。
结论:本算例基于能源集线器架构,通过多个能源之间的耦合和转换以及用户侧的需求响应,并考虑阶梯式碳交易机制,构建了PIESO日运行利润最大化的调度优化模型。在此基础上,为应对源侧可再生能源出力和负荷侧电、热、冷负荷需求的不确定性,分别从风险规避和风险偏好两个角度,建立了基于IGDT的多目标鲁棒模型和机会模型,结果表明PIESO的风险意识对其利润以及调度计划的确定具有一定的影响,因此,PIESO可以考虑自身的风险承受力去选择一种合理的模型应对源侧和负荷侧的不确定性。此外,与传统碳交易机制相比,阶梯式碳交易机制的引入减少了碳排放量2.73%,并且阶梯式碳交易价格的设置对于PIES碳排放量和运行利润也具有显著的影响。因此,如何设置一个合理的阶梯式碳交易价格对于PIES运行经济性和环保性非常重要。
本发明实施例提供的园区综合能源调度方法,通过获取多类型能源统筹规划和协调调度综合能源系统中各类机组的机组参数、负荷预测数据、出力预测数据;基于所述机组参数、负荷预测数据、出力预测数据确定多类型能源统筹规划和协调调度综合能源系统的基础能源调度策略;基于预设的风险规避策略和风险偏好策略对所述基础能源调度策略进行优化,得到帕累托解集;基于TOPSIS方法从所述帕累托解集中确定目标解作为多类型能源统筹规划和协调调度综合能源系统的目标能源调度策略;基于所述目标能源调度策略对园区综合能源进行调度,由本方法,可以减少园区综合能源系统碳排放量,并且阶梯式碳交易价格的设置可以降低园区综合能源系统碳排放量,提高运行利润。
图25示出了本发明实施例的一种园区综合能源调度装置的结构示意图,如图25所示,该装置包括:
获取模块2501,用于获取多类型能源统筹规划和协调调度综合能源系统中各类机组的机组参数、负荷预测数据、出力预测数据。详细说明参见上述方法实施例对应的相关描述,此处不再赘述。
确定模块2502,用于基于所述机组参数、负荷预测数据、出力预测数据确定多类型能源统筹规划和协调调度综合能源系统的基础能源调度策略。详细说明参见上述方法实施例对应的相关描述,此处不再赘述。
优化模块2503,用于基于预设的风险规避策略和风险偏好策略对所述基础能源调度策略进行优化,得到帕累托解集。详细说明参见上述方法实施例对应的相关描述,此处不再赘述。
所述确定模块2502,还用于基于TOPSIS方法从所述帕累托解集中确定目标解作为多类型能源统筹规划和协调调度综合能源系统的目标能源调度策略。详细说明参见上述方法实施例对应的相关描述,此处不再赘述。
调度模块2504,用于基于所述目标能源调度策略对园区综合能源进行调度。详细说明参见上述方法实施例对应的相关描述,此处不再赘述。
本发明实施例提供的园区综合能源调度装置,用于执行上述实施例提供的园区综合能源调度方法,其实现方式与原理相同,详细内容参见上述方法实施例的相关描述,不再赘述。
图26示出了本发明实施例的一种计算机设备,如图26所示,该计算机设备可以包括处理器901和存储器902,其中处理器901和存储器902可以通过总线或者其他方式连接,图26中以通过总线连接为例。
处理器901可以为中央处理器(Central Processing Unit,CPU)。处理器901还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片,或者上述各类芯片的组合。
存储器902作为一种非暂态计算机可读存储介质,可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块,如本发明实施例中所提供方法所对应的程序指令/模块。处理器901通过运行存储在存储器902中的非暂态软件程序、指令以及模块,从而执行处理器的各种功能应用以及数据处理,即实现上述方法实施例中的方法。
存储器902可以包括存储程序区和存储数据区,其中,存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序;存储数据区可存储处理器901所创建的数据等。此外,存储器902可以包括高速随机存取存储器,还可以包括非暂态存储器,例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中,存储器902可选包括相对于处理器901远程设置的存储器,这些远程存储器可以通过网络连接至处理器901。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
一个或者多个模块存储在存储器902中,当被处理器901执行时,执行上述方法实施例中的方法。
上述计算机设备具体细节可以对应参阅上述方法实施例中对应的相关描述和效果进行理解,此处不再赘述。
本领域技术人员可以理解,实现上述实施例方法中的全部或部分流程,是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成,的程序可存储于一计算机可读取存储介质中,该程序在执行时,可包括如上述各方法的实施例的流程。其中,存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory,ROM)、随机存储记忆体(Random Access Memory,RAM)、快闪存储器(Flash Memory)、硬盘(Hard Disk Drive,缩写:HDD)或固态硬盘(Solid-StateDrive,SSD)等;存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
虽然结合附图描述了本发明的实施例,但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型,这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。
Claims (10)
1.一种园区综合能源调度方法,其特征在于,包括:
获取多类型能源统筹规划和协调调度综合能源系统中各类机组的机组参数、负荷预测数据、出力预测数据;
基于所述机组参数、负荷预测数据、出力预测数据确定多类型能源统筹规划和协调调度综合能源系统的基础能源调度策略;
基于预设的风险规避策略和风险偏好策略对所述基础能源调度策略进行优化,得到帕累托解集;
基于TOPSIS方法从所述帕累托解集中确定目标解作为多类型能源统筹规划和协调调度综合能源系统的目标能源调度策略;
基于所述目标能源调度策略对园区综合能源进行调度。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述获取多类型能源统筹规划和协调调度综合能源系统中各类机组的机组参数、负荷预测数据、出力预测数据之后,所述方法还包括:
基于所述各类机组的机组参数、负荷预测数据、出力预测数据构建设能源生产设备模型、能源耦合设备模型和能源存储设备模型。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:
基于预先分配的碳排放额与实际碳排放量之间的关系,建立阶梯式碳交易机制;
基于所述阶梯式碳交易机制确定碳交易价格制度;
基于所述各类机组的机组参数、负荷预测数据、出力预测数据与碳交易价格制度确定碳交易成本。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述基于所述机组参数、负荷预测数据、出力预测数据确定多类型能源统筹规划和协调调度综合能源系统的基础能源调度策略,包括:
获取多类型能源统筹规划和协调调度综合能源系统的当日售能收益、购能成本、设备运维成本、需求响应成本;
基于所述当日售能收益、购能成本、设备运维成本、需求响应成本和碳交易成本确定多类型能源统筹规划和协调调度综合能源系统的日运行利润;
将所述日运行利润作为能源调度模型的期望目标值;
基于所述期望目标值和预先设置的约束条件,构建能源调度模型。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:
将所述机组参数、负荷预测数据、出力预测数据输入至所述能源调度模型,得到多类型能源统筹规划和协调调度综合能源系统的基础能源调度策略。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述基于预设的风险规避策略和风险偏好策略对所述基础能源调度策略进行优化,得到帕累托解集,包括:
基于多类型能源统筹规划和协调调度综合能源系统对机组负荷和出力的敏感程度设置目标偏差因子;
基于所述目标偏差因子、预设的风险规避策略和风险偏好策略对所述基础能源调度策略进行优化,得到帕累托解集。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述基于TOPSIS方法从所述帕累托解集中确定目标解作为多类型能源统筹规划和协调调度综合能源系统的目标能源调度策略,包括:
对所述帕累托解集进行插值拟合,得到帕累托前沿;
基于TOPSIS方法在所述帕累托前沿上确定目标解;
将所述目标解作为多类型能源统筹规划和协调调度综合能源系统的目标能源调度策略。
8.一种园区综合能源调度装置,其特征在于,包括:
获取模块,用于获取多类型能源统筹规划和协调调度综合能源系统中各类机组的机组参数、负荷预测数据、出力预测数据;
确定模块,用于基于所述机组参数、负荷预测数据、出力预测数据确定多类型能源统筹规划和协调调度综合能源系统的基础能源调度策略;
优化模块,用于基于预设的风险规避策略和风险偏好策略对所述基础能源调度策略进行优化,得到帕累托解集;
所述确定模块,还用于基于TOPSIS方法从所述帕累托解集中确定目标解作为多类型能源统筹规划和协调调度综合能源系统的目标能源调度策略;
调度模块,用于基于所述目标能源调度策略对园区综合能源进行调度。
9.一种计算机设备,其特征在于,包括:处理器和存储器,所述处理器用于执行所述存储器中存储的园区综合能源调度程序,以实现权利要求1~7中任一项所述的园区综合能源调度方法。
10.一种存储介质,其特征在于,所述存储介质存储有一个或者多个程序,所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行,以实现权利要求1~7中任一项所述的园区综合能源调度方法。
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