一种用于楼宇综合能源系统的优化调度方法与流程

本发明涉及能源调度，尤其涉及一种用于楼宇综合能源系统的优化调度方法。

背景技术：

1、综合能源系统(integrated energysystem，ies)是能源互联网的一种载体，内部含有热电联产(combined heat and power，chp)、电转气(power to gas，p2g)、燃气轮机和燃气锅炉等多能耦合设备，是实现能源高效利用和互补的一种方式，ies的优化调度是ies能量产生、利用并实现供需平衡的前提。近年来，随着可再生能源接入比例不断提高和用户需求多样化，ies调度中的多重不确定性显著增加，在电、热、气的各个环节都存在不确定性因素。因此ies调度模型相比于电力系统增加了更高维度的随机变量，使得调度模型更加复杂。

2、因此，针对不确定性因素对ies调度的影响，如何研究一种综合能源系统优化调度方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是：提供一种用于楼宇综合能源系统的优化调度方法，能够在传统调度模型的基础上考虑可再生能源出力和负荷的不确定性，有效地消除了源荷多重不确定性的影响。

2、为了达到上述目的，本发明提供一种用于楼宇综合能源系统的优化调度方法，包括：

3、利用楼宇综合能源系统中的电力系统的支路电压方程、支路首端功率方程、节点功率平衡方程、节点电压幅值约束方程、发电机功率约束方程和线路电流幅值约束方程，建立电网潮流约束方程；

4、利用楼宇综合能源系统中的天然气系统的气源与气负荷约束方程、流量与压力关系方程和节点流量平衡方程，建立天然气网运行约束方程；

5、利用楼宇综合能源系统的热电联产机组运行约束方程、电转气机组运行约束方程、电锅炉运行约束方程和燃气锅炉运行约束方程，建立能量耦合设备运行约束方程；

6、根据楼宇综合能源系统的热负荷需求，建立热源约束方程；

7、根据楼宇综合能源系统的可再生能源出力的预测误差和负荷的预测误差，建立不确定性机会约束方程；

8、利用楼宇综合能源系统的电能平衡约束方程、热能平衡约束方程和天然气平衡约束方程，建立能量平衡约束方程；

9、以楼宇综合能源系统的运行成本最低为目标函数，以电网潮流约束方程、天然气网运行约束方程、能量耦合设备运行约束方程、热源约束方程、不确定性机会约束方程和能量平衡约束方程为约束条件，建立楼宇综合能源系统调度模型；

10、求解楼宇综合能源系统调度模型，得到优化调度结果。

11、优选地，目标函数的表达式为：

12、

13、其中，f代表楼宇综合能源系统的总运行成本，f1代表楼宇综合能源系统的购电运行成本，f2代表楼宇综合能源系统的设备运维成本，f3代表楼宇综合能源系统的设备环境治理成本，t代表调度周期，t代表调度周期中的各个时刻，代表购售电价格，代表购售天然气价格，代表楼宇综合能源系统消耗的电功率，代表楼宇综合能源系统消耗的天然气功率，pi,t代表设备i的功率，pl,t代表设备l的功率，代表设备i的运维成本，δl代表设备l的环境治理成本。

14、优选地，支路电压方程的表达式为：vi-vj＝zijiij；

15、支路首端功率方程的表达式为：

16、节点功率平衡方程的表达式为：

17、节点电压幅值约束方程的表达式为：vi,min≤|vi|≤vi,max；

18、发电机功率约束方程的表达式为：sk,min≤sk≤sk,max；

19、线路电流幅值约束方程的表达式为：|iij|≤iij,max；

20、其中，vi代表节点i的电压相量，vj代表节点j的电压相量，zij代表支路的阻抗，iij代表支路的电流相量，sij代表支路的首端功率，代表电流iij的共轭，代表功率为汇入节点i的支路的集合，代表功率为从节点j流出的支路的集合，sk代表位于节点k的发电机的复功率，sk,min代表位于节点k的发电机的复功率的最小值，sk,max代表位于节点k的发电机的复功率的最大值，iij,max代表支路电流相量幅值的最大值。

21、优选地，气源与气负荷约束方程的表达式为：

22、

23、其中，sm,t代表节点m的气源的天然气供应量，sm,min代表节点m的气源的天然气供应量的最小值，sm,max代表节点m的气源的天然气供应量的最大值，glm,gas,t代表节点m的消耗天然气的机组的耗气量，glmin代表节点m的消耗天然气的机组的耗气量的最小值，glmax代表节点m的消耗天然气的机组的耗气量的最大值；

24、流量与压力关系方程的表达式为：

25、

26、πm,min≤πm≤πm,max

27、其中，fmn代表天然气管道的流量，sgn(πm,πn)代表符号函数，cmn代表天然气管道的常数，cmn代表节点m的压力，代表节点n的压力πm,min代表节点m的压力的最小值，πm,max代表节点m的压力的最大值；

28、节点流量平衡方程的表达式为：

29、

30、其中，ng代表天然气网络的节点集合，gsfgas,g,mn代表天然气流量转移因子矩阵，sg代表节点g的气源的天然气供应量，glg代表节点g的消耗天然气的机组的耗气量。

31、优选地，热电联产机组运行约束方程的表达式为：

32、

33、

34、

35、

36、

37、电转气机组运行约束方程的表达式为：

38、

39、

40、电锅炉运行约束方程的表达式为：

41、

42、

43、燃气锅炉运行约束方程的表达式为：

44、

45、

46、其中，num代表热电联产机组的序号，x代表热电联产机组的节点，t代表调度时刻，代表热电联产机组的供电量，代表热电联产机组的供热量，代表热电联产机组的组合系数，nx代表热电联产机组的节点数，代表节点x的供电量，代表节点x的供热量，代表热电联产机组的耗气量，代表节点x的耗气量，代表电转气机组的供气量，ηp2g代表电转气机组的转换效率系数，代表电转气机组的耗电量，代表电转气机组的耗电量的最大值，代表电锅炉的产热量，ηeb代表电锅炉的转换效率系数，代表电锅炉的耗电量，代表电锅炉的耗电量的最小值，代表电锅炉的耗电量的最大值，代表燃气锅炉的产热量，ηgf代表燃气锅炉的转换效率系数，代表燃气锅炉的耗气量，代表燃气锅炉的耗气量的最小值，代表燃气锅炉的耗气量的最大值。

47、优选地，热源约束方程的表达式为：

48、

49、

50、其中，代表楼宇综合能源系统的供热功率，代表楼宇内部的温度，代表楼宇表面的温度，代表热电联产机组的供热功率，代表楼宇内部的热辐射，代表楼宇表面的热辐射，代表环境温度，代表楼宇内部的热容，代表楼宇表面的热容，代表楼宇内部与楼宇表面的传热能力，代表楼宇内部与楼宇外部的传热能力，代表楼宇表面与楼宇外部的传热能力，代表楼宇内部的温度的最小值，代表楼宇内部的温度的最大值，代表楼宇综合能源系统的供热功率的最大值，代表热电联产机组的供热功率的最大值。

51、优选地，不确定性机会约束方程的表达式为：

52、

53、

54、

55、其中，代表楼宇综合能源系统的风电出力的实际值，代表楼宇综合能源系统的风电出力的预测值，ξt,wt代表楼宇综合能源系统的风电出力的预测误差，代表楼宇综合能源系统的光伏出力的实际值，代表楼宇综合能源系统的光伏出力的预测值，ξt,pv代表楼宇综合能源系统的光伏出力的预测误差，代表楼宇综合能源系统的负荷的实际值，代表楼宇综合能源系统的负荷的预测值，ξt,l代表楼宇综合能源系统的负荷的预测误差，f(ξt)代表预测误差的概率密度函数，α1和α2代表满足所述不确定性机会约束方程的置信度。

56、优选地，该优化调度方法还包括：

57、利用机会约束的方法将不确定性机会约束方程转换为确定性机会约束方程。

58、优选地，确定性机会约束方程的表达式为：

59、

60、优选地，电能平衡约束方程的表达式为：

61、

62、其中，代表外来电功率，代表风电发电功率，代表光伏发电功率，代表热电联产机组发电功率，代表电转气消耗电功率，代表电锅炉消耗电功率，代表其他负荷消耗电功率；

63、热能平衡约束方程的表达式为：

64、

65、其中，代表热电联产机组制热功率，代表电锅炉制热功率，代表燃气锅炉制热功率，代表总的热负荷；

66、天然气平衡约束方程表达式为：

67、

68、其中，代表管道输入的天然气功率，代表电转气产生的天然气功率，代表热电联产机组消耗的天然气功率，代表燃气锅炉消耗的天然气功率，代表其他燃气负荷消耗的天然气功率。

69、本发明至少具有以下有益效果：

70、本发明通过建立电网潮流约束方程、天然气网运行约束方程、能量耦合设备运行约束方程、热源约束方程、不确定性机会约束方程和能量平衡约束方程，并以楼宇综合能源系统的运行成本最低为目标函数，构建楼宇综合能源系统调度模型，最后求解该模型可以得到楼宇综合能源系统的优化调度结果，由于在传统调度模型的基础上充分考虑了可再生能源出力和负荷的不确定性，能够有效地消除源荷双侧多重不确定性对调度模型的影响，降低了楼宇综合能源系统的总运行成本，提高了系统的运行经济性。