一种提升电-热-交通综合能源系统灵活性的方法

1.本发明属于综合能源系统领域，具体地而言为一种提升电-热-交通综合能源系统灵活性的方法。


背景技术：

2.近年来，能源需求剧增，全球变暖和环境问题凸显，新能源发电在各国广泛应用，得到普遍重视和大力发展。新能源出力具有显著的间歇性、波动性和不确定性，给综合能源系统灵活运行带来挑战。如何通过考虑灵活性供需平衡提升电-热-交通综合能源系统灵活性，实现新能源的大规模消纳是解决上述问题的重点。
3.目前，通过考虑灵活性供需平衡提升电-热-交通综合能源系统灵活性的方法大致有两种：一是从源侧出发，在需求一定的情况下，通过协调源侧灵活性资源出力最大化灵活性供给能力，从而提升系统灵活性；二是从荷侧出发，荷侧灵活性资源的波动性使其具有调节潜力，在一定的波动范围内，寻找最优负荷曲线调节灵活性需求，促进灵活性提升。上述两种方法分别从源侧和荷侧考虑灵活性供需平衡促进电-热-交通综合能源系统灵活性提升，若能同时考虑源荷两侧灵活性供需平衡，将更进一步提升电-热-交通综合能源系统灵活性。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题在于提供一种提升电-热-交通综合能源系统灵活性的方法，通过同时考虑源荷两侧灵活性供需平衡，协调各灵活性资源出力，在满足电需求和热需求的基础上寻求更加灵活、弃风率更低的调度方法。
5.本发明是这样实现的，
6.一种提升电-热-交通综合能源系统灵活性的方法，该方法包括：
7.以灵活性最大为目标，建立目标函数如下：
[0008][0009]
其中：分别为第t个时段的向上灵活性供给和向下灵活性供给，分别为第t个时段的向上灵活性需求和向下灵活性需求；
[0010]
建立包括灵活性约束、电功率平衡约束、热功率平衡约束、风电机组约束、电热耦合设备约束、电制热设备约束、电动汽车负荷总量平衡约束、热负荷总量平衡约束的约束条件；
[0011]
以灵活性最大为目标对目标函数进行优化求解，得出对应场景下最优调度方法，得到最大灵活性及最低弃风率。
[0012]
进一步地，为：
[0013]
[0014][0015]
其中：f
tcp+
、f
tcp-表示常规发电机组在t时刻向上的可调灵活性供给和向下的可调灵活性供给，f
tw-为风电机组在t时刻向下的可调灵活性供给；
[0016]
为：
[0017][0018][0019]
其中：f
teb+
、f
teb-表示电锅炉在t时刻向上的可调灵活性需求和向下的可调灵活性需求，f
thp+
、f
thp-为热泵在t时刻向上的灵活性需求和向下的灵活性需求，f
tel+
和f
tel-为t时刻的上调电负荷需求和下调电负荷需求；
[0020]ftcp+
＝min(p
cp,max-p
tcp
,ramp
+
·
δt)
[0021]ftcp-＝min(p
tcp-p
cp,min
,ramp-·
δt)
[0022]
其中：p
cp,max
、p
cp,min
分别为机组的最大和最小出力，p
tcp
为常规发电机组在t时刻的出力，ramp
+
、ramp-为常规发电机组的最大上、下爬坡率，δt为单位时间尺度；
[0023]ftw-＝p
tw,av
[0024]
其中：p
tw,av
为风电可调度部分出力；
[0025][0026]
其中：f
teb+
和f
teb-分别为电锅炉产生的灵活性上调需求、下调需求；
[0027][0028]
其中：f
thp+
和f
thp-分别为热泵产生的灵活性上调需求、下调需求；
[0029][0030]
其中：f
tel+
和f
tel-分别为t时刻的上调电负荷需求和下调电负荷需求；
[0031][0032]
其中：p
tel
为t时刻电负荷，p
tel,max
，p
tel,min
分别为t时刻电负荷波动的上限、下限。
[0033]
进一步地，灵活性约束指的是向上灵活性供给不小于向上灵活性需求和向下灵活性供给不小于向下灵活性需求：
[0034][0035][0036]
进一步地，电功率平衡约束：
[0037]
[0038]
其中：为第h台热电机组的发电功率，为风电实际发电功率，为t时段第u台电锅炉的耗电功率，为t时段第v台热泵的耗电功率，为t时段第n台电动汽车的充电负荷；p
tl
为t时段系统电负荷。
[0039]
进一步地，热功率平衡约束：
[0040][0041]
其中：为t时段第h台热电机组的供热功率，为t时段第u台电锅炉的供热功率，为t时段第v台热泵的供热功率，为t时段系统热负荷。
[0042]
进一步地，风电机组约束：
[0043][0044]
其中：为风电实际发电功率，为第w台风电机组的风电预测出力。
[0045]
进一步地，电热耦合设备约束：
[0046][0047][0048][0049]
其中：p
th
、分别为热电机组的电出力和热出力，分别为热电机组电出力的上限和下限，为热电机组的热出力上限和下限，cv、cm为热电机组的耦合参数，分别表示chp运行工况下a点、b点和d点的电出力。
[0050]
进一步地，电制热设备约束：
[0051][0052][0053]
其中：为电锅炉热出力，p
teb
为电锅炉耗电功率，为电锅炉额定功率，η为电锅炉电热转换系数；
[0054][0055][0056]
其中：为热泵的热出力，p
thp
为热泵的输入电功率，cop为热泵的热电转换系数，为热泵的电功率上限。
[0057]
进一步地，电动汽车负荷总量平衡约束：
[0058]
(1-λ
char
)p
tev
≤p
tev'
≤(1+λ
char
)p
tev
[0059][0060]
其中：p
tev
为起初电动汽车t时刻的充电负荷，p
tev'
为调整后电动汽车t时刻的充电
负荷，λ
char
为用户参与度。
[0061]
进一步地，热负荷总量平衡约束：
[0062][0063][0064]
其中：为最初t时刻的热负荷，为调整后t时刻的热负荷，λh为热负荷波动范围。
[0065]
本发明与现有技术相比，有益效果在于：本发明中考虑热泵、电锅炉、电动汽车负荷及热负荷，通过协调各灵活性资源出力，使得电-热-交通综合能源系统的灵活性更优、弃风率更低。同时考虑源荷两侧灵活性供需平衡，协调各灵活性资源出力，在满足电需求和热需求的基础上寻求更加灵活、弃风率更低的调度方法。
附图说明
[0066]
图1为本发明实施例提供的电-热-交通综合能源系统架构。
具体实施方式
[0067]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0068]
参见图1所示，一种提升电-热-交通综合能源系统灵活性的方法构成的电-热-交通综合能源系统架构，该方法包括：
[0069]
以灵活性最大为目标，建立目标函数；
[0070]
建立包括灵活性约束、电功率平衡约束、热功率平衡约束、风电机组约束、电热耦合设备约束、电制热设备约束、电动汽车负荷总量平衡约束、热负荷总量平衡约束的约束条件；
[0071]
以灵活性最大为目标对目标函数进行优化求解，得出对应场景下最优调度方法，得到最大灵活性及最低弃风率。
[0072]
其中，以灵活性最大为目标，最大化系统所能达到的灵活调节空间。不同灵活性资源的不同特性导致其爬坡、容量各不相同，基于不同灵活性资源提出灵活性量化指标，其值表示向上灵活性和向下灵活性整体最大，由于灵活性具有上下方向，因此采用平方根使其不再区分方向，其值越大，说明系统灵活性越高，系统应对不确定性的能力更强，可指导机组组合及优化运行。如式(1)所示。
[0073][0074]
其中：分别为第t个时段的向上和向下灵活性供给，分别为第t个时段的向上和向下灵活性需求。
[0075]
[0076][0077]
其中：f
tcp+
、f
tcp-表示常规发电机组在t时刻向上和向下的可调灵活性供给，f
tw-为风电机组在t时刻向下的可调灵活性供给。
[0078][0079][0080]
其中：f
teb+
、f
teb-表示电锅炉在t时刻向上和向下的可调灵活性需求，f
thp+
、f
thp-为热泵在t时刻向上和向下的灵活性需求，f
tel+
和f
tel-为t时刻的上调电负荷需求和下调电负荷需求。
[0081]ftcp+
＝min(p
cp,max-p
tcp
,ramp
+
·
δt)
ꢀꢀꢀ
(6)
[0082]ftcp-＝min(p
tcp-p
cp,min
,ramp-·
δt)
ꢀꢀꢀ
(7)
[0083]
其中：p
cp,max
、p
cp,min
分别为机组的最大和最小出力，p
tcp
为常规发电机组在t时刻的出力，ramp
+
、ramp-为常规发电机组的最大上、下爬坡率，δt为单位时间尺度。
[0084]ftw-＝p
tw,av
ꢀꢀꢀ
(8)其中：p
tw,av
为风电可调度部分出力。
[0085][0086]
其中：f
teb+
和f
teb-分别为电锅炉产生的灵活性上、下调需求。
[0087][0088]
其中：f
thp+
和f
thp-为热泵产生的灵活性上、下调需求。
[0089][0090]
其中：f
tel+
和f
tel-为t时刻的上调电负荷需求和下调电负荷需求。
[0091][0092]
其中：p
tel
为t时刻电负荷，p
tel,max
，p
tel,min
分别为t时刻电负荷波动的上、下限。
[0093]
所述电-热-交通综合能源系统灵活性优化模型的约束条件包括灵活性约束、电功率平衡约束、热功率平衡约束、电热耦合设备约束及电制热设备等约束。其中，
[0094]
1)灵活性约束
[0095]
为了保证灵活性充足，给出灵活性约束，具体指的是向上灵活性供给不小于向上灵活性需求和向下灵活性供给不小于向下灵活性需求。
[0096][0097][0098]
其中：分别为系统向上和向下的灵活性供应，分别为系统向上和向下的灵活性需求，其具体描述可由公式(2)-(5)表示。
[0099]
2)电功率平衡约束
[0100][0101]
其中：为第h台热电机组的发电功率，为风电实际发电功率，为t时段第u台电锅炉的耗电功率，为t时段第v台热泵的耗电功率，为t时段第n台电动汽车的充电负荷；p
tl
为t时段系统电负荷。
[0102]
3)热功率平衡约束
[0103][0104]
其中：为t时段第h台热电机组的供热功率，为t时段第u台电锅炉的供热功率，为t时段第v台热泵的供热功率，为t时段系统热负荷。
[0105]
4)风电机组约束
[0106][0107]
其中：为风电实际发电功率，为第w台风电机组的风电预测出力。
[0108]
5)电热耦合设备约束
[0109][0110][0111][0112]
其中：p
th
、分别为热电机组的电出力和热出力，分别为热电机组电出力的上下限，为热电机组的热出力上下限，cv、cm为热电机组的耦合参数，分别表示chp运行工况下a点、b点和d点的电出力。
[0113]
6)电制热设备约束
[0114][0115][0116]
其中：为电锅炉热出力，p
teb
为电锅炉耗电功率，为电锅炉额定功率，η为电锅炉电热转换系数。
[0117][0118][0119]
其中：为热泵的热出力，p
thp
为热泵的输入电功率，cop为热泵的热电转换系数，为热泵的电功率上限。
[0120]
7)电动汽车负荷总量平衡约束
[0121]
(1-λ
char
)p
tev
≤p
tev'
≤(1+λ
char
)p
tev
ꢀꢀꢀ
(25)
[0122][0123]
其中：p
tev
为起初电动汽车t时刻的充电负荷，p
tev'
为调整后电动汽车t时刻的充电负荷，λ
char
为用户参与度。
[0124]
8)热负荷总量平衡约束
[0125][0126][0127]
其中：为最初t时刻的热负荷，为调整后t时刻的热负荷，λh为热负荷波动范围。
[0128]
在一个应用场景里进行测试，本发明的灵活性为956.59，弃风率431.78。
[0129]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。