计及综合需求响应不确定性的综合能源系统协同优化配置方法与流程

本发明属于综合能源协同优化配置，具体涉及一种计及综合需求响应不确定性的综合能源系统协同优化配置方法。

背景技术：

1、随着传统能源工业的深刻变革，能源网络中电、气等多类型负荷的独立规划和运行不再适用于新的能源系统，此时综合能源系统随之产生。该系统指的是在系统的规划、设计、基建和投产使用的各个阶段，可以将各个类型能源的生产、传输、消费等多个环节进行有机协调与优化运行的新型一体化系统，具有多能互补和协调优化的优势。综合需求响应指的是电力系统和用电客户两者之间双向互动的过程。

2、在现有的综合能源系统规划问题的研究当中，相关的研究成果可以根据规划对象的不同分为三种情况。第一种情况是综合能源系统的结构是既定的，只对系统内部不同设备的型号及其对应容量进行优化；第二种情况是将系统架构和设备配置情况进行整体优化，此外，还有系统运行策略的规划。

3、在第一种类型的综合能源系统规划当中，系统的架构已经是固定的，无需考虑，规划结果仅体现设备的类型差异和容量大小。在该场景当中，综合能源系统可以看做是一个多端口输入和输出的系统，该系统还同时具备多级的能量和信息流。因此该系统的规划过程中可以根据需求和能源类型的不同选择使用多元化的耦合设备，也就对应出现了差异较大的各异方案。

4、在第二种类型的综合能源系统规划当中，需要同时考虑系统的整体构架和设备选型及其容量大小，因此，在该场景当中，结构规划部分涉及的电网、热网和天然气网等多种网络模型，计算规模远超过传统的电网规划问题。

5、除了上述综合能源系统的设备和构架规划问题外，综合能源系统的另一类规划问题体现在运行策略的规划方面。目前最为常见、研究最为广泛的是“以热定电”和“以电定热”的运行策略，然而这种单一的运行方式的缺陷体现在，冬夏两种季节情况下冷、热、电三种负荷的整体特性会有非常显著的差别，也就因此会使得系统的经济性明显降低。因此是否可以提供一种考虑需求响应的不确定性，对计及需求响应的区域型综合能源系统进行优化配置，以实现多类型能源的互补利用和能源利用效率的显著提升的综合能源系统协同优化配置方法是本发明亟待解决的技术问题。

6、如授权公告号为cn 110474335 b的发明公开了一种基于评价准则的综合能源系统运行方法，首先建立分供系统模型，计算分供系统的购电量和燃料消耗量；然后建立“以热定电”和“以电定热”两种模式的综合能源系统模型，分别计算综合能源系统的购电量和燃料消耗量；建立系统三个评价指标：一次能源消耗、运行费用、co2减排量，综合三个指标建立综合评价指标，通过计算冷热电系统两种主要运行方式的适用条件，确定综合能源系统的运行方式，使系统能源的利用率达到最优，比以电定热和以热定电运行方式更加经济和节能。但因为冬夏两种季节情况下冷、热、电三种负荷的整体特性会有非常显著的差别，最终会使系统的经济性明显降低。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明所述的计及综合需求响应不确定性的综合能源系统协同优化配置方法进行了综合能源系统的协同优化模型的搭建，将综合能源系统选取为研究对象，考虑需求响应的不确定性，对计及需求响应的区域型综合能源系统进行优化配置，以实现多类型能源的互补利用和能源利用效率的显著提升。

2、本发明公开了一种计及综合需求响应不确定性的综合能源系统协同优化配置方法，所述协同优化配置方法包括优化负荷、综合能源系统双层协同优化模型，所述综合能源系统双层协同优化模型是在优化负荷基础上进行的，所述综合能源协同优化配置方法包括以下步骤：

3、s1、电价制定及负荷曲线形成；

4、s11、制定波动电价，选取现阶段供电公司的正常电价pf、峰时电价pp、谷时电价pv，通过峰谷电价比和和峰谷拉开比的概念对波动电价进行优化，两变量的公式分别如下所示：

5、，

6、，

7、其中，α、β分别是峰时电价、谷时电价在正常电价基础上的调整比例，通过改变峰时电价和谷时电价的调整比例大小，实现峰谷电价比和峰谷拉开比的随之改变，从而形成多种不同的电价方案，并结合综合能源系统的的优化得到系统总成本最低的电价方案；

8、s12、形成负荷曲线，根据证据理论的方法对综合需求响应的多重不确定性进行处理，得到联合概率区间后计算负荷响应边界，并最终形成综合需求响应的信任函数和似然函数，形成信任区间，再以可信水平约束为基础对负荷进行优化，得到负荷曲线；

9、通过拟合过程所得的负荷曲线，必须要求满足-实际负荷的信任度不低于下面公式中的γ，即：

10、

11、其中，γ为设定的可信水平，lr代表的是综合能源系统当中实际的负荷需求大小，而l则代表的是通过上述方法优化后得到的拟合负荷的大小；

12、s2、将电价变量及处理不确定性后的负荷曲线以输入信息的形式输到综合能源系统双层协同优化模型中；

13、s21、在上层设备规划模型中，将综合能源系统的综合建设成本最低作为目标函数，在计及负荷曲线的边界条件部分，将最不理想情况下的最大冷负荷曲线和热负荷曲线作为边界条件，并加以相应约束条件，以此来对综合能源系统中所涉及设备的型号及对应数量进行规划；

14、s211、上层规划模型的目标函数部分；

15、s2111、把年综合建设成本的大小f划分为年运行成本大小co和年投资成本大小cinv两个部分，此时综合建设成本f的最小值表示为：

16、；

17、s212、上层规划模型的约束条件，考虑到综合能源系统中电力资源的供给由上级电网提供，冷热负荷的供给由综合能源系统当中的设备自行提供，将不确定性最严重情况下的负荷作为约束条件，

18、最大冷负荷lc表示为：

19、，

20、其中，xij表示设备i中j型号设备的安装容量大小，对于冷负荷来说，变量中的i仅代表制冷设备吸收式制冷机和电制冷机，变量与aij的意义与前述公式相同，分别为设备的安装数量和安装状态，为设备的制冷效率；

21、最大热负荷lh表示为：

22、，

23、其中，i仅代表制热设备chp机组、燃气锅炉、电驱动热泵和储热罐；

24、s22、下层的优化运行规划模型当中，将综合能源系统的日运行成本最低作为目标函数，而在计及负荷曲线的边界条件部分，将基于机会约束思想拟合的负荷曲线作为边界条件，加以相关约束条件，以此来对上层规划模型所得到的综合能源系统当中各类设备的出力大小进行规划；

25、s221、下层规划模型的目标函数部分，将日运行成本的大小cop又划分为四个部分，分别是：天然气购买成本cg、电网交互成本ce、环境处理成本cen以及供应商损失的售电收入cre，待规划的综合能源系统的日运行成本大小cop的最小值可由公式表示为：

26、；

27、s222、将拟合的负荷曲线作为约束条件，分为功率的平衡约束、储能的约束以及其他设备的出力约束三个部分。

28、具体的，在步骤s11中，在约束条件方面，需要计及用能侧用户和供能侧运营商这两个方面的利益问题时，波动电价的制定还需要考虑下述公式的两个条件：

29、，

30、，

31、峰时段的负荷总量用变量wp表示，而谷时段的负荷总量则用变量wv表示；要求实施综合需求响应之后，用户的用能成本要低于未实施综合需求响应时的成本，即二者之差要小于零，参与综合需求响应前的用户用能成本用变量表示为cbefore，参与综合需求响应后的用户用能成本则可以用变量表示为cafter。

32、进一步具体的，在步骤s2111中，年投资成本大小cinv由初始投资费用cf、运行维护费用cm、和设备残值cr进行表示，运行维护费用cm涵盖人工费和维修费两个部分，其大小取为初始投资费用cf的百分之三，设备残值cr取为初始投资费用cf的百分之五，年投资成本大小cinv具体表示为：

33、，

34、i是综合能源系统当中的设备类型，ij代表的是设备i中j型号的设备，表示的是设备i的设备类型集合，cfij表示的是设备i中j型号的设备的初始投资费用，cmij为运行维护费用，crij为残值大小，aij代表的是设备i中j型号的设备在综合能源系统当中的总安装数量大小；变量是一个两状态变量，代表的是该设备的实际安装与否，=1表示设备i中j型号的设备安装在了系统当中，=0则表示设备i中j型号的设备未被安装在系统当中；rij代表的是设备i中j型号的设备的资本回收系数，该变量由设备贴现率大小r和设备寿命期望值大小lij表示为：

35、。

36、进一步具体的，在步骤s2111中，年运行成本计算时，在春秋、夏季、冬季这三个季节分别选取三个典型日，将三类典型日的运行成本乘以对应天数dsea后进行求和运算，从而得到下面公式所示的年运行成本大小co：

37、。

38、进一步具体的，在步骤s221中，对于天然气购买成本大小cg来说，其大小由天然气的购买价格与二十四小时内天然气总消耗量的乘积表示：

39、，

40、是天然气消耗量大小，为热电联产机组和燃气锅炉消耗的天然气，表示转换效率。

41、进一步具体的，在步骤s221中，电网交互成本ce的大小涵盖了购电成本和售电收益，若用in表示综合能源系统从电网购买电量，用out表示综合能源系统向电网出售电量，那么电网交互成本ce的大小可由公式表示：

42、，

43、其中从电网购买电量的单价和电量大小分别为和，而向电网售出电量的单价和电量大小分别为和。

44、进一步具体的，在步骤s221中，环境处理成本cen大小由污染物的处理成本与污染物排放量大小的乘积求得，污染物的排放量则由天然气产生的二氧化碳治理成本加上从电网购买电量产生的二氧化碳治理成本：

45、，

46、用于表示从电网购买电量产生的二氧化碳排放量，为对应的污染物的排放系数；用于表示天然气产生的二氧化碳排放量，为对应的污染物的排放系数。

47、进一步具体的，在步骤s221中，实施综合需求响应的成本cre的大小由运营商实施综合需求响应前后的成本差值决定，具体为：

48、，

49、其中，cbefore为运营商实施综合需求响应前的成本值，则为对应场景下，用户侧的电负荷大小，为对应的是柔性冷负荷的大小，为柔性热负荷需求；cafter为运营商实施综合需求响应后的成本值，为对应场景下用户侧的电负荷需求，为柔性冷负荷需求，为柔性热负荷需求。

50、进一步具体的，在步骤s212中，对于冷负荷来说，变量中的i=4代表制冷设备吸收式制冷机，i=5代表制冷设备电制冷机；对于热负荷来说，i=1时代表制热设备chp机组，i=2时代表制热设备燃气锅炉，i=3时代表制热设备电驱动热泵，i=6时代表制热设备电驱动热泵储热罐。

51、进一步具体的，在步骤s222中，功率平衡约束代表着负荷的供需平衡，下面公式表示综合能源系统中电负荷的供需平衡，式中的代表的是光伏的输出功率大小：

52、，

53、下面公式代表的是综合能源系统中冷负荷的供需平衡：

54、，

55、下面公式代表综合能源系统中热负荷的供需平衡：

56、；

57、储能的约束用于表示，储能设备在充电过程和放电过程当中，其功率的大小hcht、hdcht均不能超过上限值hmax,储热罐当中存储的能量也不能越过其规定的最大约束和最小约束，具体表示为公式:

58、,

59、,

60、;

61、综合能源系统中的其他设备包括热电联产机组chp、燃气锅炉gb、电驱动热泵eb，上述三种设备的出力约束为，机组的输出功率不应超过输出功率的最小值pmin和输出功率的最大值pmax，且对于吸收式制冷机ac和电制冷机ec来说，其输出功率同样不应超过输出功率的最小值comin和输出功率的最大值comax：

62、。

63、随着能源结构的转型和新能源技术的快速发展，综合能源系统已经成为现代能源管理的重要方向。综合能源系统具有多元化、可再生、低碳环保等特点，能够满足不同领域、不同时段、不同规模的能源需求。为了实现综合能源系统的优化配置，需要采取协同优化的方法，以实现能源的节约、高效和可持续发展。但目前综合能源系统优化配置方法仍然存在以下缺陷。

64、缺乏考虑需求响应的不确定性：在现有的综合能源系统协同优化配置方法中，往往只考虑了能源供应侧的资源优化配置，没有充分考虑到各种不确定性的影响，如需求响应的不确定性、能源供应的不确定性等。这些不确定性可能会对能源系统的运行产生重要影响，从而影响优化配置的效果。

65、难以应对复杂多变的需求环境：现有的综合能源系统协同优化配置方法可能难以应对实时变化的能源需求。在实际情况中，能源需求是随着时间、天气等因素的变化而不断变化的。如果不能及时地根据需求的变化调整能源配置方案，可能会造成能源供应不足或过剩的情况。

66、缺乏有效的协同机制，缺乏对多种能源类型的协同管理：现有的综合能源系统协同优化配置方法可能只考虑了单一的能源类型，而没有考虑到多种能源类型的协同管理。在实际的能源系统中，多种能源类型之间存在相互影响的关系，如果不能充分考虑到这种关系，就可能无法实现真正的优化配置。

67、难以满足实时性要求：在现有的方法中，往往需要花费大量的时间进行优化计算，这可能无法满足实时性要求。例如，在应对突发情况时，如果不能及时地进行优化配置，可能会对整个能源系统造成严重影响。

68、优化目标单一：现有的综合能源系统协同优化配置方法可能只考虑了单一的优化目标，如成本最低、污染最小等。然而，在实际的能源系统中，往往需要考虑多个优化目标，如成本、污染、可靠性等。如果只考虑单一目标，就可能无法实现真正的优化配置。

69、本发明一种计及综合需求响应不确定性的综合能源系统协同优化配置方法的有益效果如下。

70、本发明专利将综合能源系统选取为研究对象，考虑需求响应的不确定性，对计及需求响应的区域型综合能源系统进行优化配置，以实现多类型能源的互补利用和能源利用效率的显著提升，且能够更好地应对需求变化和不确定性因素，提高能源系统的可靠性和稳定性。

71、通过协同优化配置方法，能够综合考虑多种能源资源，包括电力、热力、冷能等，考虑了各种能源之间的互补性和转换效率，通过协同优化配置，可以更有效地利用各种能源，实现能源的优化利用和互补利用，提高能源利用效率。

72、能够实现能源系统的经济性和环境性的综合考虑，优化能源资源配置，降低能源运行成本，同时减少对环境的影响。

73、用了先进的优化算法和模型，能够快速求解能源配置问题，提高计算效率和准确性。

74、增强系统稳定性：该方法考虑了需求响应的不确定性，通过优化配置和协同调度，可以更好地应对突发情况，增强系统的稳定性和可靠性。