一种综合考虑可靠性与经济性的电热耦合微网最优响应模型的建立方法技术

本发明专利技术公开了一种综合考虑可靠性与经济性的电热耦合微网最优响应模型的建立方法，电热耦合微网包括微电网、热网和电锅炉，微电网包括电负荷、向电负荷供电的电能母线、分布式光伏、储电装置以及和上级电网相连的联络线；热网中包括热能母线、热负荷以及储热装置；电锅炉连接电能母线和热能母线；包括如下步骤，S1、建立电热耦合微网中各元件的出力模型；S2、建立电热联合响应机制；S3、基于电热联合响应对电热耦合微网进行可靠性和经济性进行评估；S4、以综合效益最优为目标建立电热联合响应模型；S5、基于遗传算法求解电热联合最优响应模型。优点是：实现综合考虑可靠性与经济性的电热联合最优需求响应，实现电热耦合微网综合效益的最大化。

A method to establish the optimal response model of coupled micro grid considering reliability and economy

【技术实现步骤摘要】
一种综合考虑可靠性与经济性的电热耦合微网最优响应模型的建立方法
本专利技术涉及综合能源系统优化运行领域，尤其涉及一种综合考虑可靠性与经济性的电热耦合微网最优响应模型的建立方法。
技术介绍
在城市和能源的协同发展过程中，为进一步提高能源利用效率，提升能源系统运行的安全性和经济性，需要构建统一的社会综合能源系统，打破各能源系统单独规划和独立运行的固有模式，进行整体设计和运行优化。能源互联网与综合能源系统的概念应运而生。而作为能源互联网的关键节点，综合能源微网由于其灵活的运行方式，受到了广泛的关注。综合能源微网一般涵盖集成的供电、供气、供暖、供冷等能源系统，以及相关的通信和信息基础设施。综合能源微网中，各个能源间从生产、传输到消费的耦合和互动日益增强，其中以热电联产机组、电锅炉等作为能源转换中枢进行电热耦合的综合能源微网应用最为普遍，是能源互联网的主要表现形式之一，也是目前我国分布式能源结构调整的重要方向。供能可靠性可用于衡量综合能源系统向用户提供不间断的电、气、冷、热等能源的能力，以保证多类型用户的用能需求。对于电热耦合微网，其可靠性评估的结果可表征系统整体的稳定性。在负荷持续增长而供电容量不足的背景下，对系统的供能可靠性评估显得尤为重要。需求响应是用户在电价或激励等政策下主动调整自身的用电行为以获利的一种方式，进一步将单一的电能需求响应扩展为考虑电气热等多种能源类型的综合需求响应，可以实现多能互济与负荷曲线的平缓，进而提升供能可靠性指标。但综合需求响应的引入也需要供电与供热的能源公司付出相应的经济性代价实现对用户的激励，因此需要综合平衡响应后的可靠性提升与经济性代价，设计一种最优的需求响应方案，实现综合考虑可靠性与经济性的电热联合最优需求响应。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种综合考虑可靠性与经济性的电热耦合微网最优响应模型的建立方法，从而解决现有技术中存在的前述问题。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种综合考虑可靠性与经济性的电热耦合微网最优响应模型的建立方法，所述电热耦合微网包括微电网、热网和电锅炉，所述微电网中的元件包括电负荷、向电负荷供电的电能母线、分布式光伏、储电装置以及和上级电网相连的联络线；所述热网中的元件包括热能母线、热负荷以及储热装置；所述电锅炉连接所述电能母线和所述热能母线，令电能和热能耦合；包括如下步骤，S1、建立电热耦合微网中各元件的出力模型；S2、建立电热联合响应机制；S3、基于电热联合响应对电热耦合微网进行可靠性和经济性进行评估；S4、以综合效益最优为目标建立电热联合响应模型；S5、基于遗传算法求解电热联合最优响应模型。优选的，所述步骤S1包括如下具体内容，S11、建立光伏出力模型；统计历史数据得到全年的光照强度序列，结合光照强度与光伏出力的关系式确定全年的光伏出力模型；S12、建立电、热负荷出力模型；实时的电负荷可通过典型的年-周、周-日与日-小时曲线得到，计算公式为，Lt＝Lp×Pw×Pd×Ph(t)其中，Lp为年负荷峰值，Pw为与第t个小时对应的年-周负荷百分比系数，Pd为对应的周-日负荷百分比系数，Ph(t)为对应的日-小时负荷百分比系数；所述热负荷的全年时序数据通过实际区域的调研获取；S13、建立储电装置出力模型；所述储电装置的实时运行情况通过充放电功率与荷电状态两个参量表征，其动态模型如下，其中，SSOC(t)为t时刻储电装置的荷电状态；PCES、PDES分别为储电单元的充放电功率；ΔtηCES、ηDES分别为充放电效率；ESOC.max为额定容量；S14、建立储热装置出力模型；所述储热装置的状态变化根据储热容量、输入输出热功率及热损耗计算获得，其计算公式为，S(t)＝S(t-1)+Phs(t)Δt-η×S(t-1)其中，S(t)与S(t-1)分别表示t时刻与t-1时刻的储热容量，Phs(t)表示储热装置在t时刻的输出功率，η表示储热装置的储热效率；S15、建立电锅炉出力模型；所述电锅炉的制热功率的计算公式为，Qeb＝ηebPeb其中，Qeb表示电锅炉的制热功率，ηeb表示热电功率比，Peb表示装置的电功率。优选的，所述步骤S2包括如下具体内容，S21、建立基于电价的电热联合响应机制；在峰谷时分电价下，用户会自动调整自身的用电行为，将部分峰时用电转移到谷时，以降低用电费用，用户在不同时刻的用电变化量计算公式为，其中，Qon，Qmid与Qoff分别表示峰、平、谷时段的原始用电量，ΔQon，ΔQmid与ΔQoff分别表示峰、平、谷时段的电负荷改变量，Pon，Pmid与Poff分别表示峰、平、谷时段的电价，ΔPon，ΔPmid与ΔPoff分别表示3个时段的电价改变量，ε为电力价格弹性系数；综合原始负荷以及分时电价下的负荷改变量，获取采用了基于电价的需求响应机制以后的实时电负荷，其中，L0(t)与L(t)分别表示实施峰谷电价前后的t时刻的负荷，Ton，Tmid与Toff分别表示用电的峰平谷时段，ΔTon，ΔTmid与ΔToff分别表示3个时段的持续时间；储电装置作为特殊的电负荷，其将在分时电价下，电价低谷时刻充电，电价高峰时段放电，从而进一步平缓负荷曲线并获得相应收益；对于热负荷基于电价的响应，通过电锅炉与储热的配合，在谷电价时段，电锅炉以最大功率工作，除了供给正常的热负荷外，多余的热量送入储热装置，在峰电价时段，电锅炉与储热装置联合供给热负荷，其中储热装置优先使用；基于电价的响应，能源公司需要付出应的经济性代价以诱导用户参与响应，也就是峰谷电价实施以后售电收益的变化，计算公式如下，式中，CPSDR为单次电价响应的费用，Pall为峰谷电价实施前的平电价。S22、建立基于激励的电热联合响应机制；所述基于激励的电热联合响应机制是在尖峰负荷时段或用户可靠性受到影响时，通过提供用户响应的经济奖励，以激励部分用户主动削减负荷，从而保证其余重要负荷的可靠性水平；对于基于激励的电负荷响应，用户在紧急时刻收到能源公司发出的响应信号后，结合自身的停电意愿确定响应比例，响应模型表示如下Pti＝θki×Pt其中，Pti表示响应后的负荷，Pt表示原始负荷，ki为能源公司规定的电负荷削减比例，θ表示用户的停电意愿；对于基于激励的热负荷响应，与电负荷类似，热负荷点收到削减信号后，综合考虑自身的意愿确定热负荷的削减比例，响应模型表示如下Qti＝λhi×Qt式中，Qti表示响应后的热负荷；Qt表示原始负荷；hi为能源公司规定的热负荷削减比例；λ表示用户的中断供热意愿；基于激励的响应需要能源公司付出经济性代价，即激励费用，单次激励下的费用计算公式如下CIBDR＝(Pti-Pt)×tir×E+(Qti-Qt)×tir×Ch其中，CIBDR为单次激励响应的费用，E为单位电量削减后的补偿；Ch为单位热量削减后的补偿，tir表示响应时间。优选的，所述步骤S3具体包括如下内容，S31、获取初始电负荷、热负荷与光伏的出力曲线；S32、判断电负荷与热负荷是否参与基于电价的响应，若是，则结合基于电价的响应机制更新电负荷曲线与电锅炉的时序功率，并结合步骤S21中基于电价的响应的计算公式，计算响应费用；若否，则维持之前的电负荷曲线与电锅炉的时序功率不变；S33、结合各元件的出力模型确定各元件的无故障运本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种综合考虑可靠性与经济性的电热耦合微网最优响应模型的建立方法，所述电热耦合微网包括微电网、热网和电锅炉，所述微电网中的元件包括电负荷、向电负荷供电的电能母线、分布式光伏、储电装置以及和上级电网相连的联络线；所述热网中的元件包括热能母线、热负荷以及储热装置；所述电锅炉连接所述电能母线和所述热能母线，令电能和热能耦合；其特征在于：包括如下步骤，S1、建立电热耦合微网中各元件的出力模型；S2、建立电热联合响应机制；S3、基于电热联合响应对电热耦合微网进行可靠性和经济性进行评估；S4、以综合效益最优为目标建立电热联合响应模型；S5、基于遗传算法求解电热联合最优响应模型。

【技术特征摘要】
1.一种综合考虑可靠性与经济性的电热耦合微网最优响应模型的建立方法，所述电热耦合微网包括微电网、热网和电锅炉，所述微电网中的元件包括电负荷、向电负荷供电的电能母线、分布式光伏、储电装置以及和上级电网相连的联络线；所述热网中的元件包括热能母线、热负荷以及储热装置；所述电锅炉连接所述电能母线和所述热能母线，令电能和热能耦合；其特征在于：包括如下步骤，S1、建立电热耦合微网中各元件的出力模型；S2、建立电热联合响应机制；S3、基于电热联合响应对电热耦合微网进行可靠性和经济性进行评估；S4、以综合效益最优为目标建立电热联合响应模型；S5、基于遗传算法求解电热联合最优响应模型。2.根据权利要求1所述的综合考虑可靠性与经济性的电热耦合微网最优响应模型的建立方法，其特征在于：所述步骤S1包括如下具体内容，S11、建立光伏出力模型；统计历史数据得到全年的光照强度序列，结合光照强度与光伏出力的关系式确定全年的光伏出力模型；S12、建立电、热负荷出力模型；实时的电负荷可通过典型的年-周、周-日与日-小时曲线得到，计算公式为，Lt＝Lp×Pw×Pd×Ph(t)其中，Lp为年负荷峰值，Pw为与第t个小时对应的年-周负荷百分比系数，Pd为对应的周-日负荷百分比系数，Ph(t)为对应的日-小时负荷百分比系数；所述热负荷的全年时序数据通过实际区域的调研获取；S13、建立储电装置出力模型；所述储电装置的实时运行情况通过充放电功率与荷电状态两个参量表征，其动态模型如下，其中，SSOC(t)为t时刻储电装置的荷电状态；PCES、PDES分别为储电单元的充放电功率；ΔtηCES、ηDES分别为充放电效率；ESOC.max为额定容量；S14、建立储热装置出力模型；所述储热装置的状态变化根据储热容量、输入输出热功率及热损耗计算获得，其计算公式为，S(t)＝S(t-1)+Phs(t)Δt-η×S(t-1)其中，S(t)与S(t-1)分别表示t时刻与t-1时刻的储热容量，Phs(t)表示储热装置在t时刻的输出功率，η表示储热装置的储热效率；S15、建立电锅炉出力模型；所述电锅炉的制热功率的计算公式为，Qeb＝ηebPeb其中，Qeb表示电锅炉的制热功率，ηeb表示热电功率比，Peb表示装置的电功率。3.根据权利要求1所述的综合考虑可靠性与经济性的电热耦合微网最优响应模型的建立方法，其特征在于：所述步骤S2包括如下具体内容，S21、建立基于电价的电热联合响应机制；在峰谷时分电价下，用户会自动调整自身的用电行为，将部分峰时用电转移到谷时，以降低用电费用，用户在不同时刻的用电变化量计算公式为，其中，Qon，Qmid与Qoff分别表示峰、平、谷时段的原始用电量，ΔQon，ΔQmid与ΔQoff分别表示峰、平、谷时段的电负荷改变量，Pon，Pmid与Poff分别表示峰、平、谷时段的电价，ΔPon，ΔPmid与ΔPoff分别表示3个时段的电价改变量，ε为电力价格弹性系数；综合原始负荷以及分时电价下的负荷改变量，获取采用了基于电价的需求响应机制以后的实时电负荷，其中，L0(t)与L(t)分别表示实施峰谷电价前后的t时刻的负荷，Ton，Tmid与Toff分别表示用电的峰平谷时段，ΔTon，ΔTmid与ΔToff分别表示3个时段的持续时间；储电装置作为特殊的电负荷，其将在分时电价下，电价低谷时刻充电，电价高峰时段放电，从而进一步平缓负荷曲线并获得相应收益；对于热负荷基于电价的响应，通过电锅炉与储热的配合，在谷电价时段，电锅炉以最大功率工作，除了供给正常的热负荷外，多余的热量送入储热装置，在峰电价时段，电锅炉与储热装置联合供给热负荷，其中储热装置优先使用；基于电价的响应，能源公司需要付出应的经济性代价以诱导用户参与响应，也就是峰谷电价实施以后售电收益的变化，计算公式如下，式中，CPSDR为单次电价响应的费用，Pall为峰谷电价实施前的平电价。S22、建立基于激励的电热联合响应机制；所述基于激励的电热联合响应机制是在尖峰负荷时段或用户可靠性受到影响时，通过提供用户响应的经济奖励，以激励部分用户主动削减负荷，从而保证其余重要负荷的可靠性水平；对于基于激励的电负荷响应，用户在紧急时刻收到能源公司发出的响应信号后，结合自身的停电意愿确定响应比例，响应模型表示如下Pti＝θki×Pt其中，Pti表示响应后的负荷，Pt表示原始负荷，ki为能源公司规定的电负荷削减比例，θ表示用户的停电意愿；对于基于激励的热负荷响应，与电负荷类似，热负荷点收到削减信号后，综合考虑自身的意愿确定热负荷的削减比例，响应模型表示如下Qti＝λhi×Qt式中，Qti表示响应后的热负荷；Qt表示原始负荷；hi为能源公司规定的热负荷削减比例；λ表示用户的中断供热意愿；基于激励的响应需要能源公司付出经济性代价，即激励费用，单次激励下的费用计算公式如下CIBDR＝(Pti-Pt)×tir×E+(Qti-Qt)×tir×Ch其中，CIBDR为单次激励响应的费用，E为单位电量削减后的补偿；Ch为单位热量削减后的补偿，tir表示响应时间。4.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：江红胜，韩庆浩，
申请(专利权)人：中民新能投资集团有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11