[go: up one dir, main page]

CN113869593A - 基于综合需求响应的园区综合能源系统多阶段规划方法 - Google Patents

基于综合需求响应的园区综合能源系统多阶段规划方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113869593A
CN113869593A CN202111170959.6A CN202111170959A CN113869593A CN 113869593 A CN113869593 A CN 113869593A CN 202111170959 A CN202111170959 A CN 202111170959A CN 113869593 A CN113869593 A CN 113869593A
Authority
CN
China
Prior art keywords
park
equipment
power
energy system
comprehensive
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202111170959.6A
Other languages
English (en)
Inventor
张群
李妍
刘畅
李泽森
诸晓骏
王青山
王琼
王鑫
陈昌铭
林振智
杨莉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhejiang University ZJU
Economic and Technological Research Institute of State Grid Jiangsu Electric Power Co Ltd
Original Assignee
Zhejiang University ZJU
Economic and Technological Research Institute of State Grid Jiangsu Electric Power Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhejiang University ZJU, Economic and Technological Research Institute of State Grid Jiangsu Electric Power Co Ltd filed Critical Zhejiang University ZJU
Priority to CN202111170959.6A priority Critical patent/CN113869593A/zh
Publication of CN113869593A publication Critical patent/CN113869593A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q10/00—Administration; Management
    • G06Q10/04—Forecasting or optimisation specially adapted for administrative or management purposes, e.g. linear programming or "cutting stock problem"
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q10/00—Administration; Management
    • G06Q10/06—Resources, workflows, human or project management; Enterprise or organisation planning; Enterprise or organisation modelling
    • G06Q10/063—Operations research, analysis or management
    • G06Q10/0631—Resource planning, allocation, distributing or scheduling for enterprises or organisations
    • G06Q10/06315—Needs-based resource requirements planning or analysis
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q10/00—Administration; Management
    • G06Q10/06—Resources, workflows, human or project management; Enterprise or organisation planning; Enterprise or organisation modelling
    • G06Q10/067—Enterprise or organisation modelling
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q50/00—Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
    • G06Q50/06—Energy or water supply

Landscapes

  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Human Resources & Organizations (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Strategic Management (AREA)
  • Economics (AREA)
  • Entrepreneurship & Innovation (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Tourism & Hospitality (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Marketing (AREA)
  • General Business, Economics & Management (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Development Economics (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Operations Research (AREA)
  • Game Theory and Decision Science (AREA)
  • Educational Administration (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Primary Health Care (AREA)
  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)

Abstract

本发明公开一种基于综合需求响应的园区综合能源系统多阶段规划方法，可以得到最优建设时序下的园区综合能源系统最优配置方案和最优运行策略，进而可以实现对负荷的“削峰填谷”。本发明的规划方法能够投建较少的供能设备来满足园区的负荷峰值，降低了运行曲线的峰谷差，设备出力更加平稳；本发明的规划方法改善了一次性投入设备所造成的超前投资，结合园区的实际建设进程，根据负荷增长情况将设备分阶段依次投入，避免了前期设备冗余、资源浪费，以及后期设备老化、容量短缺，能够充分利用设备容量，有效提高设备利用率，避免由于负荷增长造成设备容量不足而需从外部购能，可以为园区综合能源系统的规划和运行提供重要参考价值。

Description

基于综合需求响应的园区综合能源系统多阶段规划方法
技术领域：
本发明涉及综合能源系统领域，具体涉及一种基于综合需求响应的园区综合能源系统多阶段规划方法。
背景技术：
在当今社会能源需求不断增加和环境污染持续恶化的双重压力下，能源供需关系日趋紧张。园区综合能源系统作为多能源耦合和供应的典型应用之一，对于提高能源利用效率、提升可再生能源消纳率等有着极大的促进作用。
在实际工程建设中，随着园区综合能源系统的开发运营时间推移，园区的负荷往往会随之增长，并且园区综合能源系统的建设通常也分为多期工程进行建设。在园区的运营初期，用户较少，负荷需求较低，而在园区的运营中后期，随着园区的发展，用户增加，负荷需求增长。若在建设初期将设备一次性投入将造成初期设备容量冗余，而在后期又因为设备老化和负荷增长造成设备容量不足，因而需要向外部大量购能来满足负荷要求。
综合需求响应是传统的电力需求响应在综合能源系统中的扩展和延伸。综合能源系统的不同形式能源在生产、传输和消费等环节的耦合性越来越强，不同形式能源间彼此耦合、互相转化的特点使得用户侧在不同能流之间自主选择用能方式成为可能。
发明内容：
本发明考虑综合需求响应和园区综合能源系统的建设时序，提出基于综合需求响应的园区综合能源系统多阶段规划方法，可以得到各个建设时序下园区综合能源系统的规划结果，从而得到园区的最优建设时序及最优配置方案和运行策略。
本发明的技术方案如下：
一种基于综合需求响应的园区综合能源系统多阶段规划方法，包括：
1)构建所述园区综合能源系统中供能设备的运行模型；所述供能设备包括热电联产机组、光伏、电锅炉、地源热泵、燃气锅炉和储能装置；
2)对园区综合能源系统的规划周期划分形成若干个建设时序，进而形成园区综合能源系统的建设时序集合；
3)基于综合需求响应和所述建设时序集合，以园区综合能源系统中供能设备的配置方案和运行策略为决策变量，构建园区综合能源系统规划模型的目标函数；
4)设定所述园区综合能源系统规划模型的约束条件；所述约束条件包括园区综合能源系统功率平衡约束、园区综合能源系统中供能设备运行约束和综合响应需求约束；
5)在所述建设时序集合中每一建设时序下，对园区综合能源系统规划模型进行求解，再对比各建设时序的规划结果，得到最优建设时序以及对应的最优配置方案和运行策略。
进一步地，所述热电联产机组的运行模型为
HCHP(t)＝ηCHPGCHP(t) (1)
Figure BDA0003293158390000021
Figure BDA0003293158390000022
0≤HCHP(t)≤MCHP(4)
式中，PCHP(t)、HCHP(t)和GCHP(t)分别为t时刻热电联产机组的电功率、热功率和天然气功率；
Figure BDA0003293158390000023
和ηCHP分别为热电联产机组的热-电比例系数和气-热转换系数；
Figure BDA0003293158390000024
和
Figure BDA0003293158390000025
分别为热电联产机组热功率的上、下限；MCHP为投建的热电联产机组容量；
所述光伏的运行模型为
Figure BDA0003293158390000026
式中，
Figure BDA0003293158390000027
为t时刻光伏的消纳功率；PPV(t)为t时刻光伏在最大功率点追踪模式下的最大输出功率；
所述电锅炉的运行模型为
HEB(t)＝ηEBPEB(t) (6)
0≤HEB(t)≤MEB (7)
式中，HEB(t)和PEB(t)分别为t时刻电锅炉的热功率和消耗的电功率；ηEB为电锅炉的电-热转换系数；MEB表示投建的电锅炉容量；
所述地源热泵的运行模型为
HHP(t)＝ηHPPHP(t) (8)
0≤HHP(t)≤MHP (9)
式中，PHP(t)和HHP(t)分别为t时刻地源热泵消耗的电功率和热功率；ηHP为地源热泵的电-热转换系数；MHP表示投建的地源热泵容量；
所述燃气锅炉的运行模型为
HGB(t)＝ηGBGGB(t) (10)
0≤HGB(t)≤MGB (11)
式中，GGB(t)和HGB(t)分别为t时刻燃气锅炉消耗的天然气和热功率；ηGB为燃气锅炉的气-热转换系数；MGB表示投建的燃气锅炉容量；
所述储能装置的运行模型为
Figure BDA0003293158390000031
γminMES≤S(t)≤γmaxMES (13)
S(0)＝S(T) (14)
Figure BDA0003293158390000032
Figure BDA0003293158390000033
Bcha(t)+Bdis(t)≤1 (17)
式中，S(t)是储能装置在t时刻的荷能状态值；γlos、γcha和γdis分别为储能装置的能量损失系数、充电效率和放电效率；Δt为相邻调度时刻时间间隔；MES为投建的储能装置总容量；Pcha(t)和Pdis(t)分别为储能装置在t时刻的储能功率和放能功率；γmax和γmin分别为储能装置荷能状态最大值和荷能状态最小值占其总容量的比例；
Figure BDA0003293158390000034
和
Figure BDA0003293158390000035
分别为储能装置的充放能功率上、下限；Bcha(t)和Bdis(t)分别为储能装置在t时刻的充放能辅助变量；T为一天内的调度时刻数量。
进一步地，所述园区综合能源系统的建设时序集合为
Figure BDA0003293158390000036
式中，
Figure BDA0003293158390000037
表示第i阶段的持续时间的集合；Nyear为所述园区综合能源系统的规划周期，设Nyear为最短的供能设备寿命；Nstage为划分阶段数量；NS为建设时序划分方式总数。
进一步地，所述园区综合能源系统规划模型以园区综合能源系统规划周期内的全寿命周期成本最小为目标函数，包含设备投资成本、购能成本、设备维护成本、综合需求响应成本和设备残值，所述目标函数表达式如下：
minCPIES＝Cinv+Cpur+Cmai+CIDR-Cres (18)
Figure BDA0003293158390000041
Figure BDA0003293158390000042
Figure BDA0003293158390000043
Figure BDA0003293158390000044
Figure BDA0003293158390000045
式中，Cinv为园区综合能源系统的设备投资成本；Cpur为园区综合能源系统的购能成本；Cmai为园区综合能源系统的设备维护成本；CIDR为实行综合需求响应的总成本；Cres为设备的残值；S为园区综合能源系统中供能设备集合；Qi,m为第m类设备在第i阶段配置的容量；yi为第i阶段的起始年数；
Figure BDA0003293158390000046
为第yi年的现值系数，
Figure BDA0003293158390000047
r为折现率；
Figure BDA0003293158390000048
Rk＝(1+r)-k；
Figure BDA0003293158390000049
分别为第m类设备单位容量投资费用和单位功率可变维护费用；cEUC(t)和cNGUC(t)分别为t时刻电价和天然气价格；cIDR,tra和cIDR,int分别为可转移负荷和可中断负荷的单位功率补偿费用；Pm(t)为第m类设备在t时刻的出力；PEUC(t)和GNGUC(t)分别为t时刻向售电公司购买的电功率和向天然气公司购买的天然气；Ptra(t)、Htra(t)和Pint(t)、Hint(t)分别为t时刻可转移电负荷量、热负荷量和可中断电负荷量、热负荷量；Td为第d台设备从配置起到规划期末运行的总年数；
Figure BDA00032931583900000410
为第d台设备单位容量的投资费用；Qd为第d台设备的配置容量；δd为第d台设备的净残值率；Nd为第d台设备的寿命。
进一步地，所述功率平衡约束包括园区综合能源系统内部电功率、热功率以及天然气平衡约束条件，其表达式分别为：
Figure BDA00032931583900000411
Figure BDA0003293158390000051
GNGUC(t)＝GL(t)+GCHP(t)+GGB(t)(26)
式中，PL(t)、HL(t)和GL(t)分别为t时刻的电、热、气负荷；PEUC(t)和GNGUC(t)分别为t时刻向售电公司购买的电功率和向天然气公司购买的天然气；PCHP(t)、HCHP(t)和GCHP(t)为t时刻的热电联产机组电功率、热功率和天然气功率；PPV(t)为t时刻的光伏出力，PEB(t)和HEB(t)分别为电锅炉的电功率和热功率；PHP(t)和HHP(t)分别为地源热泵的电功率和热功率；HGB(t)和GGB(t)分别为燃气锅炉的热功率和天然气功率；
Figure BDA0003293158390000052
和
Figure BDA0003293158390000053
分别为t时刻储电装置的放电功率和储电功率；
Figure BDA0003293158390000054
和
Figure BDA0003293158390000055
分别为t时刻储热装置的放热功率和蓄热功率；
所述设备运行约束满足所述园区综合能源系统中供能设备的运行模型；
所述综合需求响应约束表达式如下：
|Ltrans(t)|≤Ltrans,max (27)
Figure BDA0003293158390000056
0≤Lint(t)≤Lint,max(29)
0≤Nint≤Nint,max(30)
式中，Ltrans(t)为t时刻的可转移负荷量；Ltrans,max为可转移负荷量上限；Lint(t)为t时刻的可中断负荷量；Lint,max为可中断负荷量上限；Nint为可中断负荷的中断次数；Nint,max为可中断负荷的中断次数上限。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果：
本发明提出一种基于综合需求响应的园区综合能源系统多阶段规划方法，可以得到最优建设时序下的园区综合能源系统最优配置方案和最优运行策略，进而可以实现对负荷的“削峰填谷”。
本发明的规划方法能够投建较少的供能设备来满足园区的负荷峰值，降低了运行曲线的峰谷差，设备出力更加平稳。
本发明的规划方法改善了一次性投入设备所造成的超前投资，结合园区的实际建设进程，根据负荷增长情况将设备分阶段依次投入，避免了前期设备冗余、资源浪费，以及后期设备老化、容量短缺，能够充分利用设备容量，有效提高设备利用率，避免由于负荷增长造成设备容量不足而需从外部购能，可以为园区综合能源系统的规划和运行提供重要参考价值。
附图说明：
图1为本发明的流程图；
图2为热/电耦合商业园区综合能源系统结构图；
图3(a)为夏季典型日场景示意图；
图3(b)为冬季典型日场景示意图；
图3(c)为春秋季典型日场景示意图；
图4为规划周期内园区负荷最大值增长情况示意图；
图5(a)为第一阶段末年夏季典型日电负荷的最优运行策略示意图；
图5(b)为第二阶段末年夏季典型日电负荷的最优运行策略示意图；
图5(c)为第三阶段末年夏季典型日电负荷的最优运行策略示意图；
图6为第三阶段末年冬季典型日考虑综合需求响应及未考虑综合需求响应的电负荷运行曲线图。
具体实施方式：
下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅是本发明某一实施例，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。
实施例一：
本例的一种基于综合需求响应的园区综合能源系统多阶段规划方法，包括如下步骤：
步骤1)构建园区综合能源系统中供能设备的运行模型；其中，供能设备包括热电联产机组、光伏、电锅炉、地源热泵、燃气锅炉和储能装置；
步骤2)对园区综合能源系统的规划周期划分形成若干个建设时序，进而形成园区综合能源系统的建设时序集合；
步骤3)基于综合需求响应和建设时序集合，以园区综合能源系统中供能设备的配置方案和运行策略为决策变量，构建园区综合能源系统规划模型的目标函数；
步骤4)设定园区综合能源系统规划模型的约束条件；其中，约束条件包括园区综合能源系统功率平衡约束、园区综合能源系统中供能设备运行约束和综合响应需求约束；
步骤5)在建设时序集合中每一建设时序下，使用Cplex求解器对园区综合能源系统规划模型进行求解，再对比各建设时序的规划结果，得到最优建设时序以及对应的最优配置方案和运行策略。
其中，步骤1)中，园区综合能源系统中的各供能设备建模如下：
(1)热电联产机组的运行模型为
HCHP(t)＝ηCHPGCHP(t) (1)
Figure BDA0003293158390000071
Figure BDA0003293158390000072
0≤HCHP(t)≤MCHP (4)
式中，PCHP(t)、HCHP(t)和GCHP(t)分别为t时刻热电联产机组的电功率、热功率和天然气功率；
Figure BDA0003293158390000073
和ηCHP分别为热电联产机组的热-电比例系数和气-热转换系数；
Figure BDA0003293158390000074
和
Figure BDA0003293158390000075
分别为热电联产机组热功率的上、下限；MCHP为投建的热电联产机组容量；
(2)光伏的运行模型为
Figure BDA0003293158390000076
式中，
Figure BDA0003293158390000077
为t时刻光伏的消纳功率；PPV(t)为t时刻光伏在最大功率点追踪模式下的最大输出功率；
(3)电锅炉的运行模型为
HEB(t)＝ηEBPEB(t) (6)
0≤HEB(t)≤MEB (7)
式中，HEB(t)和PEB(t)分别为t时刻电锅炉的热功率和消耗的电功率；ηEB为电锅炉的电-热转换系数；MEB表示投建的电锅炉容量；
(4)地源热泵的运行模型为
HHP(t)＝ηHPPHP(t) (8)
0≤HHP(t)≤MHP (9)
式中，PHP(t)和HHP(t)分别为t时刻地源热泵消耗的电功率和热功率；ηHP为地源热泵的电-热转换系数；MHP表示投建的地源热泵容量；
(5)燃气锅炉的运行模型为
HGB(t)＝ηGBGGB(t) (10)
0≤HGB(t)≤MGB (11)
式中，GGB(t)和HGB(t)分别为t时刻燃气锅炉消耗的天然气和热功率；ηGB为燃气锅炉的气-热转换系数；MGB表示投建的燃气锅炉容量；
(6)储能装置的运行模型为
Figure BDA0003293158390000081
γminMES≤S(t)≤γmaxMES (13)
S(0)＝S(T) (14)
Figure BDA0003293158390000082
Figure BDA0003293158390000083
Bcha(t)+Bdis(t)≤1 (17)
式中，S(t)是储能装置在t时刻的荷能状态值；γlos、γcha和γdis分别为储能装置的能量损失系数、充电效率和放电效率；Δt为相邻调度时刻时间间隔；MES为投建的储能装置总容量；Pcha(t)和Pdis(t)分别为储能装置在t时刻的储能功率和放能功率；γmax和γmin分别为储能装置荷能状态最大值和荷能状态最小值占其总容量的比例；
Figure BDA0003293158390000084
和
Figure BDA0003293158390000085
分别为储能装置的充放能功率上、下限；Bcha(t)和Bdis(t)分别为储能装置在t时刻的充放能辅助变量；T为一天内的调度时刻数量。
步骤2)中，将园区综合能源系统的规划周期记为Nyear，为了避免在规划周期中由于设备寿命到期而需要重新更换设备的情况，将Nyear设为最短的待投建的供能设备寿命，将划分阶段数量记为Nstage，一共有NS种建设时序划分方式，建设时序的集合为
Figure BDA0003293158390000091
Figure BDA0003293158390000092
式中，
Figure BDA0003293158390000093
表示第i阶段的持续时间的集合。
步骤3)中，以园区综合能源系统规划周期内的全寿命周期成本最小为目标函数，包含设备投资成本、购能成本、设备维护成本、综合需求响应成本和设备残值，目标函数表达式为式(18)；
园区综合能源系统规划模型的目标函数各组成部分如下，设备投资成本为各阶段设备投建费用，计算公式为式(19)；购能成本为园区向售电公司及天然气公司购买电、天然气的费用，计算公式为式(20)；设备维护费用的计算公式为式(21)；实施综合需求响应需对参与响应的用户进行一定的经济补偿，对于可控负荷部分应按照响应类型和响应量对用户补偿，综合需求响应成本包括对可转移负荷的转移补偿费用及对可中断负荷的中断补偿费用，计算公式为式(22)；在园区综合能源系统规划期结束时，部分设备的寿命未终止，本发明的规划方法采用年限平均法对设备的残值进行计算，假定园区综合能源系统的规划期末年共有Ml台设备处于服役状态，则设备残值为式(23)：
minCPIES＝Cinv+Cpur+Cmai+CIDR-Cres (18)
Figure BDA0003293158390000094
Figure BDA0003293158390000095
Figure BDA0003293158390000096
Figure BDA0003293158390000097
Figure BDA0003293158390000098
式中，Cinv为园区综合能源系统的设备投资成本；Cpur为园区综合能源系统的购能成本；Cmai为园区综合能源系统的设备维护成本；CIDR为实行综合需求响应的总成本；Cres为设备的残值；S为园区综合能源系统中供能设备集合；Qi,m为第m类设备在第i阶段配置的容量；yi为第i阶段的起始年数；
Figure BDA0003293158390000101
为第yi年的现值系数，
Figure BDA0003293158390000102
r为折现率；
Figure BDA0003293158390000103
Rk＝(1+r)-k；
Figure BDA0003293158390000104
分别为第m类设备单位容量投资费用和单位功率可变维护费用；cEUC(t)和cNGUC(t)分别为t时刻电价和天然气价格；cIDR,tra和cIDR,int分别为可转移负荷和可中断负荷的单位功率补偿费用；Pm(t)为第m类设备在t时刻的出力；PEUC(t)和GNGUC(t)分别为t时刻向售电公司购买的电功率和向天然气公司购买的天然气；Ptra(t)、Htra(t)和Pint(t)、Hint(t)分别为t时刻可转移电负荷量、热负荷量和可中断电负荷量、热负荷量；Td为第d台设备从配置起到规划期末运行的总年数；
Figure BDA0003293158390000105
为第d台设备单位容量的投资费用；Qd为第d台设备的配置容量；δd为第d台设备的净残值率；Nd为第d台设备的寿命。
步骤4)中功率平衡约束包括园区综合能源系统内部电功率、热功率以及天然气平衡约束条件，其中，功率平衡约束表达式如下：
Figure BDA0003293158390000106
Figure BDA0003293158390000107
GNGUC(t)＝GL(t)+GCHP(t)+GGB(t)(26)
式中，PL(t)、HL(t)和GL(t)分别为t时刻的电、热、气负荷；PEUC(t)和GNGUC(t)分别为t时刻向售电公司购买的电功率和向天然气公司购买的天然气；PCHP(t)、HCHP(t)和GCHP(t)为t时刻的热电联产机组电功率、热功率和天然气功率；PPV(t)为t时刻的光伏出力，PEB(t)和HEB(t)分别为电锅炉的电功率和热功率；PHP(t)和HHP(t)分别为地源热泵的电功率和热功率；HGB(t)和GGB(t)分别为燃气锅炉的热功率和天然气功率；
Figure BDA0003293158390000108
和
Figure BDA0003293158390000109
分别为t时刻储电装置的放电功率和储电功率；
Figure BDA00032931583900001010
和
Figure BDA00032931583900001011
分别为t时刻储热装置的放热功率和蓄热功率；
设备运行约束满足所述园区综合能源系统中供能设备的运行模型，表达式如公式(1)-(17)；
为了避免综合需求响应过度影响用户的参与积极性及用能舒适度，需对综合需求响应进行以下约束：式(27)表示可转移负荷不超过转移上限，式(28)表示一个调度周期内可转移负荷的转出量与转入量相等；式(29)-(30)表示可中断负荷量及中断次数不超过其上限要求。
综合需求响应约束的表达式如下：
|Ltrans(t)|≤Ltrans,max (27)
Figure BDA0003293158390000111
0≤Lint(t)≤Lint,max (29)
0≤Nint≤Nint,max (30)
式中，Ltrans(t)为t时刻的可转移负荷量；Ltrans,max为可转移负荷量上限；Lint(t)为t时刻的可中断负荷量；Lint,max为可中断负荷量上限；Nint为可中断负荷的中断次数；Nint,max为可中断负荷的中断次数上限。
实施例二：
本例对某热/电耦合商业园区综合能源系统模拟实施本发明的规划方法，该热/电耦合商业园区综合能源系统的结构图如附图2所示，园区综合能源系统结构由能量供给侧、能源集线器、能量存储设备和负荷侧构成，其中，能量供给侧供应的能源形式包含所有输入至园区综合能源系统内的能源，如电、气、光等，其供给来源包括售电公司、天然气公司，以及园区光伏；负荷侧包括电负荷和热负荷；能源集线器由能量转换设备组成，将能量供给侧的能源形式转换为负荷侧所需的能源形式，包括4种能量转换设备——电加热器、地源热泵、燃气锅炉和热电联产机组；此外，该园区还配置多种储能设备，包括储电装置和储热装置。该园区规划参数设置如下：T＝24；Nstage＝3；Nyear＝15；选取夏季、冬季和春秋季3种典型日进行分析，夏季典型日场景见附图3(a)，冬季典型日场景见附图3(b)，春秋季典型日场景见附图3(c)；规划周期内的园区综合能源系统负荷最大值增长情况见附图4；折现率r＝0.08；设备净残值率γ＝0.06；售电公司的电价和天然气公司的天然气价见表1；园区供热设备参数见表2；
为了更加直观地验证本发明规划方法的有效性，本例对该能源系统分别采用本发明的规划方法、不考虑综合需求响应仅考虑建设时序的规划方法、以及不考虑建设时序仅考虑综合需求响应的规划方法进行规划，三种规划方法分别为：
(1)M-IDR-TS：考虑综合需求响应和建设时序，即采用本发明规划方法进行规划；
(2)M-NIDR-TS：不考虑综合需求响应，仅考虑建设时序；
(3)M-IDR-NTS：考虑综合需求响应，不考虑建设时序。
按照本发明方法进行规划，得到最优建设时序以及对应的最优配置方案和运行策略。
表1园区综合能源系统的分时电价/气价
Figure BDA0003293158390000121
表2供热设备参数
Figure BDA0003293158390000122
本例规划年限Nyear＝15，划分阶段数Nstage＝3，一共有NS＝91种时序划分方式。将规划结果按照全寿命周期从低到高进行排序，结果列于表3。排名靠前的时序均为第三阶段的年份最多且远高于第一、二阶段的年份，第二阶段的年份次之，第一阶段的年份最少。随着第三阶段的年份减少，全寿命周期成本随之增加。而排名靠后的时序均为第一阶段的年份最多且远大于第二、三阶段。这是因为结合园区的实际负荷增长情况，前期的负荷增长较为迅速，而随着时间的推移负荷增长有所减缓，需要在规划前期多次投入设备来满足快速的负荷增长需求，而后期负荷增长缓慢，前期投建设备足以满足园区的负荷需求。
表3按PIES全寿命周期成本排序的M-IDR-TS时序划分情况
序号 时序划分/年 全寿命周期成本/万元
1 2+4+9 2166.4
2 2+3+10 2167.5
3 1+4+10 2168.1
4 3+3+9 2168.9
5 1+5+9 2170.1
6 3+2+10 2172.2
7 3+4+8 2173.0
8 2+5+8 2173.4
… … …
87 11+1+3 2267.7
88 11+2+2 2267.8
89 12+2+1 2279.4
90 12+1+2 2279.5
91 13+1+1 2289.3
三种方法的最优配置方案如表4所示，三种方法均配置了CHP、HP、PV、ESD和HSD，均未配置EB和GB。M-IDR-TS和M-NIDR-TS考虑了建设时序，能够较好地拟合PIES的负荷增长情况，因此设备分阶段投入；而M-IDR-NTS在规划初年一次性投入设备。M-NIDR-TS的各设备在各阶段的投建容量几乎均高于M-IDR-TS，这是因为M-NIDR-TS未考虑IDR，在负荷达到峰值时需要配置大量的设备来满足负荷需求，因此各设备的投建容量均远高于M-IDR-TS，使得设备投资费用显著增加。
表4PIES最优配置方案对比
Figure BDA0003293158390000131
Figure BDA0003293158390000141
在最优建设时序下，以夏季典型日电负荷的最优运行策略为例展开分析，结合表4和附图5(a)可知，第一阶段负荷较小，末年电负荷峰值为191.1kW、出现在8:00，用电高峰期为8:00-16:00，为避免资源浪费在第一阶段共配置了158kW的光伏，园区光伏承担绝大多数的电负荷，剩余由外购电承担；结合表4和附图5(b)可知，第二阶段电负荷有所增加，末年的电负荷峰值为512.5kW、出现在12:00，用电高峰期出现在10:00-16:00，而在第一、二阶段共配置了573kW的PV，足以承担该阶段的电负荷峰值，并可利用地源热泵将部分电能转化为热能；结合表4和附图5(c)可知，第三阶段的负荷达到最高，末年的电负荷峰值为981.0kW、出现在12:00，用电高峰期出现在10:00-16:00，而此时园区共配置了1000kW的光伏，在承担电负荷之外还可以将剩余电能通过热电联产机组和地源热泵转换为热能供应园区的部分热负荷或通过储能储存多余能量，来促进光伏的消纳。将设备分阶段投入能够充分利用设备容量，有效提高设备利用率。
为了进一步分析综合需求响应的作用，以第三阶段末年冬季典型日的电负荷运行曲线为例，未考虑综合需求响应及考虑综合需求响应的电负荷运行曲线对比如附图6所示，原始电负荷曲线峰值为701.1kW、出现在20:00，谷值为264.9kW、出现在3:00，峰谷差为436.3kW，峰值在电价最高的时段而谷值在电价最低的时段；实际电负荷曲线的峰值为677.7kW、出现在17:00，比原始电负荷降低了3.34％，达到了“削峰”的效果，谷值为319.4kW、出现在24:00，比原始电负荷提高了20.57％，达到了“填谷”的效果，峰谷差为358.3kW，比原始电负荷降低了116.9kW、26.79％，且考虑综合需求响应后的负荷峰值转移到了电价中等时段，能降低运行成本。除此之外，在电价最低的时段内(1:00-8:00)，考虑综合需求响应后负荷显著增加，而在电价最高的时段(12:00-16:00及20:00-21:00)内显著减少，可见综合需求响应的应用将部分电价高峰时段的负荷转移到了电价较低的时段。总而言之，综合需求响应的应用能够达到“削峰填谷”的作用，使得负荷曲线更加平缓；并且能够将电价高峰时段的负荷削减或转移至电价较低的时段。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (5)

1.一种基于综合需求响应的园区综合能源系统多阶段规划方法，其特征在于：包括：
1)构建所述园区综合能源系统中供能设备的运行模型；所述供能设备包括热电联产机组、光伏、电锅炉、地源热泵、燃气锅炉和储能装置；
2)对园区综合能源系统的规划周期划分形成若干个建设时序，进而形成园区综合能源系统的建设时序集合；
3)基于综合需求响应和所述建设时序集合，以园区综合能源系统中供能设备的配置方案和运行策略为决策变量，构建园区综合能源系统规划模型的目标函数；
4)设定所述园区综合能源系统规划模型的约束条件；所述约束条件包括园区综合能源系统功率平衡约束、园区综合能源系统中供能设备运行约束和综合响应需求约束；
5)在所述建设时序集合中每一建设时序下，对园区综合能源系统规划模型进行求解，再对比各建设时序的规划结果，得到最优建设时序以及对应的最优配置方案和运行策略。
2.根据权利要求1所述的基于综合需求响应的园区综合能源系统多阶段规划方法，其特征在于：
所述热电联产机组的运行模型为
HCHP(t)＝ηCHPGCHP(t) (1)
Figure FDA0003293158380000011
Figure FDA0003293158380000012
0≤HCHP(t)≤MCHP (4)
式中，PCHP(t)、HCHP(t)和GCHP(t)分别为t时刻热电联产机组的电功率、热功率和天然气功率；
Figure FDA0003293158380000013
和ηCHP分别为热电联产机组的热-电比例系数和气-热转换系数；
Figure FDA0003293158380000014
和
Figure FDA0003293158380000015
分别为热电联产机组热功率的上、下限；MCHP为投建的热电联产机组容量；
所述光伏的运行模型为
Figure FDA0003293158380000016
式中，
Figure FDA0003293158380000017
为t时刻光伏的消纳功率；PPV(t)为t时刻光伏在最大功率点追踪模式下的最大输出功率；
所述电锅炉的运行模型为
HEB(t)＝ηEBPEB(t) (6)
0≤HEB(t)≤MEB (7)
式中，HEB(t)和PEB(t)分别为t时刻电锅炉的热功率和消耗的电功率；ηEB为电锅炉的电-热转换系数；MEB表示投建的电锅炉容量；
所述地源热泵的运行模型为
HHP(t)＝ηHPPHP(t) (8)
0≤HHP(t)≤MHP (9)
式中，PHP(t)和HHP(t)分别为t时刻地源热泵消耗的电功率和热功率；ηHP为地源热泵的电-热转换系数；MHP表示投建的地源热泵容量；
所述燃气锅炉的运行模型为
HGB(t)＝ηGBGGB(t) (10)
0≤HGB(t)≤MGB (11)
式中，GGB(t)和HGB(t)分别为t时刻燃气锅炉消耗的天然气和热功率；ηGB为燃气锅炉的气-热转换系数；MGB表示投建的燃气锅炉容量；
所述储能装置的运行模型为
Figure FDA0003293158380000021
γminMES≤S(t)≤γmaxMES (13)
S(0)＝S(T) (14)
Figure FDA0003293158380000022
Figure FDA0003293158380000023
Bcha(t)+Bdis(t)≤1 (17)
式中，S(t)是储能装置在t时刻的荷能状态值；γlos、γcha和γdis分别为储能装置的能量损失系数、充电效率和放电效率；Δt为相邻调度时刻时间间隔；MES为投建的储能装置总容量；Pcha(t)和Pdis(t)分别为储能装置在t时刻的储能功率和放能功率；γmax和γmin分别为储能装置荷能状态最大值和荷能状态最小值占其总容量的比例；
Figure FDA0003293158380000031
和
Figure FDA0003293158380000032
分别为储能装置的充放能功率上、下限；Bcha(t)和Bdis(t)分别为储能装置在t时刻的充放能辅助变量；T为一天内的调度时刻数量。
3.根据权利要求1所述的基于综合需求响应的园区综合能源系统多阶段规划方法，其特征在于：所述园区综合能源系统的建设时序集合为
Figure FDA0003293158380000033
式中，
Figure FDA0003293158380000034
表示第i阶段的持续时间的集合；Nyear为所述园区综合能源系统的规划周期，设Nyear为最短的供能设备寿命；Nstage为划分阶段数量；NS为建设时序划分方式总数。
4.根据权利要求1所述的基于综合需求响应的园区综合能源系统多阶段规划方法，其特征在于：
所述园区综合能源系统规划模型以园区综合能源系统规划周期内的全寿命周期成本最小为目标函数，包含设备投资成本、购能成本、设备维护成本、综合需求响应成本和设备残值，所述目标函数表达式如下：
min CPIES＝Cinv+Cpur+Cmai+CIDR-Cres (18)
Figure FDA0003293158380000035
Figure FDA0003293158380000036
Figure FDA0003293158380000037
Figure FDA0003293158380000038
Figure FDA0003293158380000039
式中，Cinv为园区综合能源系统的设备投资成本；Cpur为园区综合能源系统的购能成本；Cmai为园区综合能源系统的设备维护成本；CIDR为实行综合需求响应的总成本；Cres为设备的残值；S为园区综合能源系统中供能设备集合；Qi,m为第m类设备在第i阶段配置的容量；yi为第i阶段的起始年数；
Figure FDA0003293158380000041
为第yi年的现值系数，
Figure FDA0003293158380000042
r为折现率；
Figure FDA0003293158380000043
Rk＝(1+r)-k；
Figure FDA0003293158380000044
分别为第m类设备单位容量投资费用和单位功率可变维护费用；cEUC(t)和cNGUC(t)分别为t时刻电价和天然气价格；cIDR,tra和cIDR,int分别为可转移负荷和可中断负荷的单位功率补偿费用；Pm(t)为第m类设备在t时刻的出力；PEUC(t)和GNGUC(t)分别为t时刻向售电公司购买的电功率和向天然气公司购买的天然气；Ptra(t)、Htra(t)和Pint(t)、Hint(t)分别为t时刻可转移电负荷量、热负荷量和可中断电负荷量、热负荷量；Td为第d台设备从配置起到规划期末运行的总年数；
Figure FDA0003293158380000045
为第d台设备单位容量的投资费用；Qd为第d台设备的配置容量；δd为第d台设备的净残值率；Nd为第d台设备的寿命。
5.根据权利要求1所述的基于综合需求响应的园区综合能源系统多阶段规划方法，其特征在于：所述功率平衡约束包括园区综合能源系统内部电功率、热功率以及天然气平衡约束条件，其表达式分别为：
Figure FDA0003293158380000046
Figure FDA0003293158380000047
GNGUC(t)＝GL(t)+GCHP(t)+GGB(t) (26)
式中，PL(t)、HL(t)和GL(t)分别为t时刻的电、热、气负荷；PEUC(t)和GNGUC(t)分别为t时刻向售电公司购买的电功率和向天然气公司购买的天然气；PCHP(t)、HCHP(t)和GCHP(t)为t时刻的热电联产机组电功率、热功率和天然气功率；PPV(t)为t时刻的光伏出力，PEB(t)和HEB(t)分别为电锅炉的电功率和热功率；PHP(t)和HHP(t)分别为地源热泵的电功率和热功率；HGB(t)和GGB(t)分别为燃气锅炉的热功率和天然气功率；
Figure FDA0003293158380000048
和
Figure FDA0003293158380000049
分别为t时刻储电装置的放电功率和储电功率；
Figure FDA00032931583800000410
和
Figure FDA00032931583800000411
分别为t时刻储热装置的放热功率和蓄热功率；
所述设备运行约束满足所述园区综合能源系统中供能设备的运行模型；
所述综合需求响应约束表达式如下：
|Ltrans(t)|≤Ltrans,max (27)
Figure FDA00032931583800000412
0≤Lint(t)≤Lint,max (29)
0≤Nint≤Nint,max (30)
式中，Ltrans(t)为t时刻的可转移负荷量；Ltrans,max为可转移负荷量上限；Lint(t)为t时刻的可中断负荷量；Lint,max为可中断负荷量上限；Nint为可中断负荷的中断次数；Nint,max为可中断负荷的中断次数上限。
CN202111170959.6A 2021-10-08 2021-10-08 基于综合需求响应的园区综合能源系统多阶段规划方法 Pending CN113869593A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111170959.6A CN113869593A (zh) 2021-10-08 2021-10-08 基于综合需求响应的园区综合能源系统多阶段规划方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111170959.6A CN113869593A (zh) 2021-10-08 2021-10-08 基于综合需求响应的园区综合能源系统多阶段规划方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113869593A true CN113869593A (zh) 2021-12-31

Family

ID=79001856

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111170959.6A Pending CN113869593A (zh) 2021-10-08 2021-10-08 基于综合需求响应的园区综合能源系统多阶段规划方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113869593A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114881416A (zh) * 2022-04-08 2022-08-09 东南大学溧阳研究院 一种计及热电联产机组灵活性的综合能源惯性支撑方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111639819A (zh) * 2020-06-08 2020-09-08 天津大学 一种综合能源园区多阶段优化控制方法
CN111952980A (zh) * 2020-08-11 2020-11-17 合肥工业大学 考虑需求侧响应不确定性的综合能源系统优化方法及系统
CN112907098A (zh) * 2021-03-08 2021-06-04 国网江苏省电力有限公司经济技术研究院 园区综合能源系统的多阶段容量配置方法及配置系统
CN113112087A (zh) * 2021-04-23 2021-07-13 国网宁夏电力有限公司经济技术研究院 考虑电热负荷需求响应的综合能源系统运行成本优化方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111639819A (zh) * 2020-06-08 2020-09-08 天津大学 一种综合能源园区多阶段优化控制方法
CN111952980A (zh) * 2020-08-11 2020-11-17 合肥工业大学 考虑需求侧响应不确定性的综合能源系统优化方法及系统
CN112907098A (zh) * 2021-03-08 2021-06-04 国网江苏省电力有限公司经济技术研究院 园区综合能源系统的多阶段容量配置方法及配置系统
CN113112087A (zh) * 2021-04-23 2021-07-13 国网宁夏电力有限公司经济技术研究院 考虑电热负荷需求响应的综合能源系统运行成本优化方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
陈灵敏;吴杰康;唐惠玲;茅云寿;黎昌杰;: "计及综合需求响应的冷热电联供独立微网容量优化配置模型", 南方电网技术, vol. 13, no. 10, 20 October 2019 (2019-10-20), pages 44 - 53 *
高强等: "考虑综合需求响应的园区综合能源系统优化配置", 高压电器, vol. 57, no. 8, 31 August 2021 (2021-08-31), pages 159 - 168 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114881416A (zh) * 2022-04-08 2022-08-09 东南大学溧阳研究院 一种计及热电联产机组灵活性的综合能源惯性支撑方法
CN114881416B (zh) * 2022-04-08 2023-05-30 东南大学溧阳研究院 一种计及热电联产机组灵活性的综合能源惯性支撑方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104135025B (zh) 基于模糊粒子群算法的微网并网经济优化方法
CN115018230B (zh) 考虑减排成本的综合能源系统低碳鲁棒经济优化运行方法
CN113095791B (zh) 一种综合能源系统运行方法及系统
CN105162113B (zh) 一种基于灵敏度分析的微电网与配电网互动成本计算方法
CN111640044A (zh) 一种考虑虚拟储能的综合能源系统dg消纳策略研究方法
CN112186755A (zh) 一种区域综合能源系统柔性负荷储能化建模方法
CN111160636B (zh) 一种cchp型微电网调度优化方法
CN105576684B (zh) 一种含高渗透率光电微电网中的电动汽车优化调度方法
CN105281363B (zh) 计及用户消费粘性的多能源优化与控制方法
CN113128775B (zh) 考虑需求响应和耦合度的综合能源系统调度方法及装置
CN114255137A (zh) 考虑清洁能源的低碳综合能源系统优化规划方法及系统
CN115936336B (zh) 一种虚拟电厂容量配置与调控运行优化方法
CN108197412B (zh) 一种多能源耦合能量管理系统及优化方法
CN110571868B (zh) 微电网的优化配置方法
CN115860406A (zh) 基于内部电价激励的园区综合能源系统能量调度方法
CN115293457A (zh) 基于分布式协同优化策略的综合能源系统季节性氢储优化配置方法
CN113627720B (zh) 基于电能替代的综合园区风光储系统配置方法
CN113869593A (zh) 基于综合需求响应的园区综合能源系统多阶段规划方法
CN118709996A (zh) 一种考虑需求响应与碳交易的聚合资源调控方法
CN112103945A (zh) 电网临界安全状态下的蓄热电采暖系统实时调度方法及存储介质
CN118174333A (zh) 一种用于家庭光伏系统的储能容量优化方法及系统
CN117495012A (zh) 综合能源系统双时间尺度低碳优化调度方法
CN117526451A (zh) 考虑柔性负荷下的区域综合能源系统配置优化方法
Pasban-Gajan et al. Optimal scheduling of renewable-based energy hubs considering time-of-use pricing scheme
Qian et al. Low carbon optimization dispatching of energy intensive industrial park based on adaptive stepped demand response incentive mechanism

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination