一种综合能源系统源荷协调优化调度方法技术方案

本发明专利技术公开了一种综合能源系统源荷协调优化调度方法，首先，针对系统内运行灵活性需求分析，精细刻画各类资源提供灵活性的能力；其次，源侧分析电氢耦合单元运行特性构建热电联产机组和氢燃料电池联合运行模型，荷侧考虑综合需求响应的灵活性供给能力，得到系统综合灵活性供给的模型；最后，构建基于综合能源系统灵活性资源约束的优化调度模型，利用MATLAB软件中的求解器CPLEX软件对模型进行求解。仿真结果表明，所提调度方法进一步提高了系统灵活性、降低了系统运行成本。降低了系统运行成本。降低了系统运行成本。

【技术实现步骤摘要】
一种综合能源系统源荷协调优化调度方法


[0001]本专利技术涉及电力系统优化运行
，具体地说是一种综合能源系统源荷协调优化调度方法。

技术介绍

[0002]随着世界能源危机日益严峻，社会各界越来越关注能源的高效利用以及可持续发展理念。我国在2020年，提出CO2排放量力争于2030年之前达到顶峰，2060年前实现碳中和的目标。综合能源系统在能源梯级利用、多能互补，提高能源利用率上发挥着重要作用。
[0003]综合能源系统打破了传统电、气、热能源独立运行模式的壁垒，具有多能互补、提高能源利用效率、降低用能成本的优点。但是目前高比例可再生能源接入的综合能源系统中，可再生能源和负荷的波动性与不确定性给系统的安全运行带来了挑战。因此如何分析异质能源之间的耦合特性，协调配合能源侧供能设备和负荷侧用能设备，以此提高系统灵活性、提高可再生能源消纳和降低系统总成本，是目前仍需解决的重要问题。
[0004]目前有研究考虑从源侧入手通过增设灵活性资源容量借助系统灵活性资源的调节作用，从而提高整体灵活性。有的学者考虑电储能装置充放电作用提高系统灵活性以应多可再生能源接入所带来的问题，但是上述研究仅仅关注电热耦合设备和储能侧灵活性资源，忽略了电
‑
氢耦合设备对系统灵活性的影响。氢能作为一种清洁低碳的二次能源其热值高、污染低，随着制氢技术的发展和普及，氢能需求越来越大，因此在系统中考虑氢能源高效利用具有实际意义。同时有研究负荷侧灵活性资源但仅分析验证了综合需求响应对于提升系统经济性和消纳的能力，只针对某一需求响应方法或直接将多种需求响应方法同时应用于风电消纳，忽略了负荷侧资源所能提供的灵活性供给能力以及对系统运行灵活性影响的分析。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是针对现有技术存在的问题，提出一种综合能源系统源荷协调优化调度方法，旨在促进可再生能源消纳，提高系统应对不确定性干扰的能力。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种综合能源系统源荷协调优化调度方法，包括以下步骤：
[0007]步骤A：首先建立综合能源系统的灵活性资源和灵活性需求的模型，为更直观地表示系统的运行灵活性，引入灵活性裕度指标，其值为灵活性供给与灵活性需求之间的差值，若灵活性裕度小于0，则说明系统灵活性不足，根据系统不同时刻出现的灵活性不足问题分为上调灵活性不足和下调灵活性不足时段；
[0008]所述综合能源系统灵活性需求源自可再生能源及电负荷的波动性和不确定性，负荷的波动性可由相邻时段的一阶差分表示，而风光联合出力作为源侧资源向下波动实际产生的是向上灵活性需求，因此系统灵活性需求量化模型如下：
[0009][0010]式中：分别为上、下调灵活性需求值；L
t
为t时段的电负荷；λ
u
和λ
d
分别为系统电负荷预测误差对上下调灵活性资源的需求；别为系统电负荷预测误差对上下调灵活性资源的需求；为风电、光伏功率预测的全天最大值；为t时段的风电、光伏功率预测值；ω
u
、ω
d
分别为风电功率预测误差对上下调灵活性资源的需求；α
u
、α
d
为光伏功率预测误差对上、下调灵活性资源的需求；
[0011]对可再生能源出力与负荷不确定性具有调节能力的可调度资源均可视为灵活性资源，通过预留调节能力来应对系统内的灵活性需求，从而提高系统灵活性，所述灵活性资源包括可调度的常规机组、储能设备、CHP机组与氢燃料电池、综合需求响应；
[0012]所述综合能源系统中常规机组以火电机组为主，火电机组爬坡速率低并且受限于调度指令，灵活调节能力较差，只能提供有限的灵活性，灵活性供给可表示为：
[0013][0014]式中：分别为常规机组上下爬坡速率；P
n,max
、P
n,min
分别为常规机组出力上下限；P
n,t
为t时刻常规机组出力；分别为常规机组产生的上、下调供给；
[0015]所述综合能源系统中储能设备以蓄电池为主，蓄电池通过放能提供上调灵活性，通过充能提供下调灵活性，其灵活性供给可表示为：
[0016][0017]式中：分别为蓄电池的最小、最大荷电状态；S
soc,t
为t时刻蓄电池的荷电状态；为蓄电池放、充电效率；为蓄电池最大容量；为充放电功率的最大值；为分别为时刻产生的上、下调供给；
[0018]步骤B：源侧分析电氢耦合单元运行特性构建热电联产机组和氢燃料电池联合运行模型，充分发挥氢能源热值高、污染低、来源广的优势，利用氢燃料电池良好的热电联产特性，增加供能灵活性资源同时提高CHP机组灵活调节范围；
[0019]CHP与氢燃料电池联合运行模型中，其所能提供的灵活性供给不仅与CHP机组有关还与氢燃料电池热电联产特性相关，其灵活性供给可以表示为：
[0020][0021]式中：为CHP机组输出电功率最小最大值；P
CHPe,t
为t时刻CHP机组产生的电功率；为CHP机组输出电功率爬坡上限和下限；为氢燃料电池输出电功率最小最大值；P
H
‑
e,t
为t时刻氢燃料电池产生的电功率；为氢燃料电池输出电功率爬坡上限和下限；分别为t时刻联合运行模型产生的上、下调供给；
[0022]步骤C：引入用户侧需求响应作为荷侧灵活性资源，据此构建综合能源系统综合需求响应模型；IDR所能提供的上、下调供给可表示为：
[0023][0024]式中：分别为IDR产生的上、下调供给，分别为IDR产生的上、下调供给，分别为参与响应电负荷、热负荷最大最小值，i、j∈{cut,mov}表示可削减和可转移负荷；为t时刻进行参与响应的电、热负荷；χ表示热能灵活性资源折算系数，其取值与CHP机组热电转换效率有关；
[0025]步骤D：在步骤A的基础上，调用步骤B中所述的源侧联合运行模式，考虑步骤C中所述的综合需求响应模型，获得源荷协调的综合能源系统调度方案；
[0026]步骤E：基于步骤D中的源荷协调的综合能源系统调度方案，建立以系统综合成本最优为目标函数，考虑系统灵活性约束的优化调度模型；
[0027]对各类资源灵活性供给能力进行整合，可以得到：
[0028][0029]式中：分别为t时刻系统的上、下调供给；
[0030]所述灵活性约束是在确定时间尺度下满足灵活性供给大于需求：
[0031][0032]步骤F：基于步骤D中的考虑灵活性约束的多能互补综合能源系统经济优化调度模
型，利用MATLAB软件中的求解器CPLEX软件对模型进行求解。
[0033]本专利技术进一步的优选方案：所述步骤A中的综合能源系统包括风电机组、光伏机组、外部电网、外部气网、热电联产机组、电解槽装置、氢燃料电池机组、储能设备、常规电热气负荷和可参与需求响应的柔性电热负荷。
[0034]本专利技术进一步的优选方案本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种综合能源系统源荷协调优化调度方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A：首先建立综合能源系统的灵活性资源和灵活性需求的模型，为更直观地表示系统的运行灵活性，引入灵活性裕度指标，其值为灵活性供给与灵活性需求之间的差值，若灵活性裕度小于0，则说明系统灵活性不足，根据系统不同时刻出现的灵活性不足问题分为上调灵活性不足和下调灵活性不足时段；所述综合能源系统灵活性需求源自可再生能源及电负荷的波动性和不确定性，负荷的波动性可由相邻时段的一阶差分表示，而风光联合出力作为源侧资源向下波动实际产生的是向上灵活性需求，因此系统灵活性需求量化模型如下：式中：分别为上、下调灵活性需求值；L
t
为t时段的电负荷；λ
u
和λ
d
分别为系统电负荷预测误差对上下调灵活性资源的需求；为系统电负荷预测误差对上下调灵活性资源的需求；为风电、光伏功率预测的全天最大值；为t时段的风电、光伏功率预测值；ω
u
、ω
d
分别为风电功率预测误差对上下调灵活性资源的需求；α
u
、α
d
为光伏功率预测误差对上、下调灵活性资源的需求；对可再生能源出力与负荷不确定性具有调节能力的可调度资源均可视为灵活性资源，通过预留调节能力来应对系统内的灵活性需求，从而提高系统灵活性，所述灵活性资源包括可调度的常规机组、储能设备、CHP机组与氢燃料电池、综合需求响应；所述综合能源系统中常规机组以火电机组为主，火电机组爬坡速率低并且受限于调度指令，灵活调节能力较差，只能提供有限的灵活性，灵活性供给可表示为：式中：分别为常规机组上下爬坡速率；P
n,max
、P
n,min
分别为常规机组出力上下限；P
n,t
为t时刻常规机组出力；分别为常规机组产生的上、下调供给；所述综合能源系统中储能设备以蓄电池为主，蓄电池通过放能提供上调灵活性，通过充能提供下调灵活性，其灵活性供给可表示为：式中：分别为蓄电池的最小、最大荷电状态；S
SOC,t
为t时刻蓄电池的荷电
状态；为蓄电池放、充电效率；为蓄电池最大容量；为充放电功率的最大值；为分别为时刻产生的上、下调供给；步骤B：源侧分析电氢耦合单元运行特性构建热电联产机组和氢燃料电池联合运行模型，充分发挥氢能源热值高、污染低、来源广的优势，利用氢燃料电池良好的热电联产特性，增加供能灵活性资源同时提高CHP机组灵活调节范围；CHP与氢燃料电池联合运行模型中，其所能提供的灵活性供给不仅与CHP机组有关还与氢燃料电池热电联产特性相关，其灵活性供给可以表示为：式中：为CHP机组输出电功率最小最大值；P
CHPe,t
为t时刻CHP机组产生的电功率；为CHP机组输出电功率爬坡上限和下限；为氢燃料电池输出电功率最小最大值；P
H
‑
e,t
为t时刻氢燃料电池产生的电功率；为氢燃料电池输出电功率爬坡上限和下限；分别为t时刻联合运行模型产生的上、下调供给；步骤C：引...

【专利技术属性】
技术研发人员：张彭成，胡福年，周小博，卞建军，彭晨惠，郭旭，曹文彦，
申请(专利权)人：江苏师范大学，
类型：发明
国别省市：