基于非完全区间多目标模糊优化的区域综合能源调度方法

本发明属于电力系统，具体涉及一种基于非完全区间多目标模糊优化的区域综合能源调度方法。

背景技术：

1、近年来，化石能源紧缺、倡导节能减排等问题日益突出，如何高效利用可再生能源、促进多能源互联已成为能源领域的重要发展方向。作为多能源深度融合的经典案例，综合能源系统是促进高比例可再生能源并网和实现节能减排目标的有效途径。区域综合能源系统作为综合能源在具体分布区域上的功能体现，是更加贴近用户侧的供能系统。研究区域综合能源系统的优化调度问题，不仅促进了用户共同参与区域综合能源系统的规划管理，对于提高和保障区域综合能源系统的经济效益以及环保性能更具有重要意义。研究区域综合能源系统优化调度问题，不仅要应对区域综合能源系统内间歇性能源和负荷需求响应两种不确定性因素对区域综合能源系统运行的经济性、安全性、环保性的影响，还要解决高比例可再生能源接入又难以消纳的矛盾。此外，区域综合能源系统规划方案还须保障系统运行的经济效益及环保性能。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于非完全区间多目标模糊优化的区域综合能源调度方法，其方法步骤简单，设计合理，实现方便，能够有效应用在区域综合能源系统的优化调度中，提高了系统运行的经济性、安全性、环保性，解决了高比例可再生能源接入又难以消纳的矛盾，保障了系统运行的经济效益和环保性能，使用效果好，便于推广使用。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于非完全区间多目标模糊优化的区域综合能源调度方法，包括以下步骤：

3、步骤一、对区域综合能源系统进行建模；

4、步骤二、对所述区域综合能源系统运行过程中存在的不确定性因素进行建模；

5、步骤三、建立非完全区间多目标优化模型求解系统运行的多目标规划问题；

6、步骤四、建立日内最优预案调度模型，确定所述区域综合能源系统运行的最优决策。

7、上述的基于非完全区间多目标模糊优化的区域综合能源调度方法，步骤一中所述区域综合能源系统包括可再生能源系统、电储能装置、燃气轮机、电转气设备、含碳捕集的火电机组、碳封存装置和天然气存储装置；

8、所述含碳捕集的火电机组建模为：

9、

10、式中，为机组的净出力，为机组总出力，p0为碳捕集设备固定能耗，λc为机组捕集单位co2所需能耗，ec为机组产生单位功率所释放的co2量，为机组碳捕集水平，为机组捕集co2量，为机组碳排放总量，为机组净碳排放量；

11、所述区域综合能源系统的天然气流动建模为：

12、

13、式中，为电转气吸收的co2量，为封存的co2量，为电转气生成的天然气量，为燃气轮机消耗的天然气量，为天然气存储装置充气量，为天然气存储装置放气量，为系统向天然气网络购买的天然气量，为系统向天然气网络出售的天然气量，为电转气设备的运行功率，为燃气轮机的运行功率，ηptg为电转气设备的运行效率，ηgt为燃气轮机的效率，为天然气与二氧化碳的转化系数，hg为天然气热值；

14、所述电储能装置和天然气存储装置建模为：

15、

16、式中，为电储能装置的容量下限，为电储能装置的储电量，为电储能装置的容量上限，为天然气存储装置的容量下限，为天然气存储装置的储气量，为天然气存储装置的容量上限，为电储能装置的放电效率，为电储能装置的放电功率，δt为时间间隔，为电储能装置的充电功率，为电储能装置的充电效率，为天然气存储装置的充气效率，为天然气存储装置的充气功率，为天然气存储装置的放气功率，为天然气存储装置的放气效率。

17、上述的基于非完全区间多目标模糊优化的区域综合能源调度方法，步骤二中所述区域综合能源系统运行过程中存在的不确定性因素包括可再生能源的不确定性和可转移电负荷需求响应的不确定性。

18、上述的基于非完全区间多目标模糊优化的区域综合能源调度方法，所述可再生能源的不确定性建模为：

19、

20、式中，区间数表示可再生能源出力，表示可再生能源预测出力，为可再生能源预测出力的下限，为可再生能源预测出力的上限，为的区间变量。

21、上述的基于非完全区间多目标模糊优化的区域综合能源调度方法，所述可转移电负荷需求响应的不确定性建模为：

22、

23、

24、式中，为负荷转移率低偏值，为负荷转移率高偏值，δpl为在不同时序下的电价差值，为不同时序下整个负荷需求响应模型的死区阈值上限，为不同时序下整个负荷需求响应模型的死区阈值下限，为负荷转移率下限，为负荷转移率上限，

25、为不同时序下整个负荷需求响应模型的饱和区阈上限，为不同时序下整个负荷需求响应模型的饱和区阈下限；

26、通过上式得到三种不同时段下的所有可能的负荷转移率后，转移后的各时序负荷为：

27、

28、式中，为实现分时电价前时序所对应的电负荷，为实行分时电价前峰时序的电负荷平均值，为实行分时电价前平时序的电负荷平均值，tg为电负荷的谷时序，tf为电负荷的平时序，tp为电负荷的峰时序，为峰谷时段的负荷转移率偏移值，为平谷时段的负荷转移率偏移值，为峰平时段的负荷转移率偏移值。

29、上述的基于非完全区间多目标模糊优化的区域综合能源调度方法，步骤三中所述非完全区间多目标优化模型包括：

30、非完全区间多目标模糊优化模型以24h为运行周期，以最小化运行周期内总的系统运行成本为经济指标，以最小化运行周期内总的系统碳排放量为环保指标，所述经济指标和环保指标作为多目标，优化调度的时间间隔为1h，目标函数公式表达为：

31、

32、式中，z1(x)为经济指标，z2(x)为环保指标，为运行周期内系统总的运行成本，为系统内机组总的维护成本，为系统向配电网、天然气网络购买补充电能和购售天然气原料总的交互成本，为含碳捕集设备的火电机组的运行成本，为含碳捕集的火电机组向外排放的co2总量，为燃气轮机运行时所产生的co2总量；

33、所述系统内机组总的维护成本公式表达为：

34、

35、式中，rwt为单位风电，rpv为光电维护成本，rab为单位弃风弃光成本，为用于衡量系统的弃风程度，为用于衡量系统的弃光程度，为风电预测值下限，为风电预测值上限，为光电预测值下限，为光电预测值上限，且满足以下约束：

36、

37、所述系统内机组总的维护成本公式表达为：

38、

39、式中，rgt为燃气轮机的单位维护成本，rptg为电转气设备的单位维护成本，rcs为碳封存装置的单位维护成本，ress为电储能装置的单位维护成本，rqss为天然气存储装置的单位维护成本；

40、所述系统向配电网、天然气网络购买补充电能和购售天然气原料总的交互成本公式表达为：

41、

42、式中，为配电网向系统输送的用电功率，rgrid为系统向配电网买电的单位成本，rgas为购买天然气的单位成本；

43、所述含碳捕集设备的火电机组的运行成本公式表达为：

44、

45、其中，af、bf和cf均为含碳捕集设备的火电机组的运行成本系数；

46、所述环保指标z2(x)公式表达为：

47、

48、式中，为碳捕集水平的下限，为碳捕集水平的上限，为燃气轮机的热电比；

49、所述区域综合能源系统的电能供需平衡约束为：

50、

51、建立典型的区间多目标规划模型为：

52、

53、

54、式中，k表示第k个子目标函数zk(x)，i表示第i条约束条件，j表示第j个决策变量xj，和分别为目标函数和约束条件的区间数表达形式；

55、将典型的区间多目标规划模型中的区间数展开并将模型化为线性形式，得到

56、

57、

58、式中，q*，ij表示某个区间数展开后得到的区间变量与决策变量xj相乘得到的变量，r*，i表示某个区间数展开后得到的区间变量；

59、定义第k个子目标的隶属度函数：

60、

61、式中，和分别是以第k个子目标为目标函数求解单目标线性规划模型得到的第k个子目标的最大最优值和最小最优值；

62、将每个子目标的隶属度函数代入区间多目标线性模型，把多目标优化问题等价转换为单目标区间线性规划问题：max g

63、

64、式中，g为各个子目标函数的总满意度；

65、将区间规划模型分解为求解最好最优值和最劣最优值的确定性线性规划模型，即：

66、max g-

67、

68、max g+

69、

70、其中，g-和g+分别是最好最优值与最恶劣最优值模型的总满意度。

71、上述的基于非完全区间多目标模糊优化的区域综合能源调度方法，所述求解最好最优值和最劣最优值的确定性线性规划模型的具体过程包括区间等式约束，具体包括：

72、求解最好最优值时，将区间等式化为两个边界不等式和再代入到最好最优值的确定性线性规划模型进行求解；

73、求解最劣最优值时，将第i个区间等式分别化为2个边界等式和然后依次将这两个边界等式在求解最劣最优值确定性线性规划模型时替换掉第i个区间等式约束由于有m个区间等式，则总共可以得到2m个最劣最优值确定性线性规划模型，将这2m个最劣最优值确定性线性规划模型依次求解并对比其结果，最终筛选出其中最差目标函数值作为最劣最优值。

74、上述的基于非完全区间多目标模糊优化的区域综合能源调度方法，步骤四中所述日内最优预案调度模型以系统经济指标与环保指标最小为目标函数建立日内预案调度模型，公示表达为：

75、

76、

77、式中，为系统日内运行的经济指标，为系统日内运行环保指标，为各子目标的最优值区间，ps，int为日内供能，pn，int为日内需求，α1、α2区间阈值，区间阈值越小，预案调度计划的效果越好，ω1和ω2为权重系数。

78、本发明与现有技术相比具有以下优点：

79、1、本发明方法步骤简单，设计合理，实现方便。

80、2、本发明以区间数的形式表征区域综合能源系统运行过程中存在的不确定性因素，涵盖了不确定性因素的所有可能取值范围，并结合多目标规划问题，建立了非完全区间多目标模糊优化模型，充分考虑了不确定性因素对系统实际运行的影响以及权衡满足了系统运行的各项综合指标。

81、3、本发明增设含碳捕集设备的火电机组与电转气设备的协同运行，并在目标函数上增加弃风弃光的成本考量，以提高区域综合能源系统运行过程中的风光消纳率、经济性和环保性。

82、4、本发明增设日内最优预案调度，将日前非完全区间多目标模糊优化模型得到的最优值区间做进切割寻优，进一步提升了系统的运行效益和运行的稳定性。

83、5、本发明能够有效应用在区域综合能源系统的优化调度中，提高了系统运行的经济性、安全性、环保性，解决了高比例可再生能源接入又难以消纳的矛盾，保障了系统运行的经济效益和环保性能，使用效果好，便于推广使用。

84、综上所述，本发明方法步骤简单，设计合理，实现方便，能够有效应用在区域综合能源系统的优化调度中，提高了系统运行的经济性、安全性、环保性，解决了高比例可再生能源接入又难以消纳的矛盾，保障了系统运行的经济效益和环保性能，使用效果好，便于推广使用。