一种园区综合能源系统调度策略的生成方法与流程

本发明涉及园区综合能源领域，尤其涉及一种园区综合能源系统调度策略的生成方法。

背景技术：

1、目前，光伏系统、风力发电系统、储能系统、储热系统、多能流转换设备等技术已被广泛用于各种类型的园区建筑中。这些集成在园区中的能源系统与园区中的各种负荷共同组成了园区综合能源系统。综合能源系统是一种新型能源供应/管理技术，它具有源网荷储一体化、多能互补、供需协调等特点。园区功能的多元化发展使得园区内各种用能设备之间的联系越来越紧密，对各种能源的使用也提出了综合化、系统化的需求。一方面，园区用能结构不合理，容易增大电网侧用能的峰谷差；另一方面，园区能源装置具有灵活性和多样性，其节能效率具有很大的提升空间。由于传统园区综合能源系统运行、规划局限于电、气、热、冷等单一能源形式系统，无法充分利用园区综合能源系统中各个子系统(光伏、风力发电、储能、储热等子系统)在时间和空间上的耦合特性，导致园区综合能源系统的能源利用效率不高，增加温室气体的排放，不利于实现绿色低碳发展。

技术实现思路

1、本发明提供了一种园区综合能源系统调度策略的生成方法，能够促进园区综合能源系统的可再生能源的消纳能力，提高能源的利用效率，减少碳排放量，实现绿色低碳发展。

2、本发明提供了一种园区综合能源系统调度策略的生成方法，包括：获取园区综合能源系统的基础数据，以及获取用于表征园区综合能源系统中各个设备之间能量流动关系的pies能量流动网络；

3、基于所述基础数据以及pies能量流动网络，建立园区综合能源系统中各个设备的设备模型，其中，所述各个设备的设备模型包括：风力发电设备模型、光伏发电设备模型、燃气轮机设备模型、燃气锅炉设备模型、电制冷机设备模型、吸收式制冷机设备模型、储能装置模型以及储热装置模型；

4、基于各所述设备模型，构建用于表征园区综合能源系统需求侧和供给侧耦合的多能流耦合矩阵；

5、基于所述多能流耦合矩阵，构建考虑碳交易机制的双层优化模型；

6、对所述双层优化模型进行求解，获取pies最优调度策略。

7、进一步地，所述风力发电设备模型如下式表示：

8、

9、式中，pwt(t)为t时刻风机的输出功率；νci为风机的切入风速；νco为风机的切出风速；νt为风机所在地的实时风速；vr为风机的额定风速；pn为风机的额定输出功率；

10、所述光伏发电设备模型如下式表示：

11、ppv(t)＝γ(t)sη

12、式中，ppv(t)为t时刻光伏阵列的输出功率；γ(t)表示t时刻光照强度；s表示光伏阵列板的有效面积，η为光电转换效率；

13、所述燃气轮机设备模型如下式表示：

14、

15、式中，pmte(t)和hmth(t)分别为t时刻燃气轮机输出的电力功率和热功率；vmt(t)为t时刻燃气轮机消耗的天然气体积；ηmte和ηmth分别为t时刻燃气轮机的气-电转换效率和气-热转换效率；hgas为天然气的低位热值；smt(t)为t时刻燃气轮机的总输入功率；

16、所述燃气锅炉设备模型如下式表示：

17、hboh(t)＝ηbogboe(t)

18、式中，hboh(t)为t时刻燃气锅炉的输出热功率；gboe(t)为t时刻燃气锅炉的气能输入功率；ηbo为燃气锅炉的气-热转换效率；

19、所述电制冷机设备模型如下式表示：

20、qec(t)＝ηecpec(t)

21、式中，qec(t)为电制冷机在t时刻输出的冷功率，ηec为电制冷机的转换效率；pec(t)为电制冷机在t时刻消耗的电功率；

22、所述吸收式制冷机设备模型如下式表示：

23、qac(t)＝ηachac(t)

24、式中，qac(t)为吸收式制冷机在t时刻输出的冷功率，ηac为吸收式制冷机的转换效率；hac(t)为吸收式制冷机在t时刻消耗的热功率；

25、所述储能装置模型如下式表示：

26、

27、式中，sbat(t)为t时刻储能装置存储的电能，σbat为储能装置的耗散率，为t时刻的充电功率，为t时刻的放电功率，为充电效率，为放电效率；

28、所述储热装置模型如下式表示：

29、

30、式中，shot(t)为t时刻储热装置存储的热能，σhot为储热装置的耗散率，为t时刻的储热功率，为t时刻的放热功率，为储热效率，为放热效率。

31、进一步地，所述基于各所述设备模型，构建用于表征园区综合能源系统需求侧和供给侧耦合的多能流耦合矩阵，包括：

32、基于各所述设备模型，构建电负荷特性模型、供需热平衡模型、热负荷特性模型、冷负荷与室温变化关系模型以及冷负荷特性模型；

33、基于所述电负荷特性模型、供需热平衡模型、热负荷特性模型、冷负荷与室温变化关系模型以及冷负荷特性模型，构建用于表征园区综合能源系统需求侧和供给侧耦合的多能流耦合矩阵。

34、进一步地，所述电负荷特性模型如下式表示：

35、

36、式中，pshift(t)为t时刻可转移负荷的电功率；pcut(t)为t时刻的可中断性负荷的电功率；和分别为t时刻可转移负荷的电功率的上限和下限；为t时刻可中断性负荷的电功率上限；

37、所述供需热平衡模型如下式表示：

38、

39、式中，tout(t)为t时刻的室外环境温度；为t时刻的采暖室内环境温度；s、v和k分别为建筑物的表面积、容积和热传导系数；ρair为建筑物室内空气的密度；cair为建筑物室内空气的比热容；hload(t)为t时刻的热负荷；

40、所述热负荷特性模型如下式表示：

41、

42、式中，hshift(t)为t时刻可转移负荷的热功率；hcut(t)为t时刻的可中断性负荷的热功率；和分别为t时刻可转移负荷的热功率的上限和下限；为t时刻可中断性负荷的热功率上限；

43、所述冷负荷与室温变化关系模型如下式表示：

44、

45、式中，tout(t)为t时刻的室外环境温度；为t时刻的采冷室内环境温度；c为建筑物的环境等效热容；r为建筑物的等效热阻；qload(t)为t时刻的园区的冷需求负荷；

46、所述冷负荷特性模型如下式表示：

47、

48、式中，qshift(t)为t时刻可转移负荷的冷功率；qcut(t)为t时刻的可中断性负荷的冷功率；和分别为t时刻可转移负荷的冷功率的上限和下限；为t时刻可中断性负荷的冷功率上限。

49、进一步地，所述多能流耦合矩阵如下式表示：

50、

51、式中，pload、hload、qload和gload分别为园区综合能源系统的电、热、冷和气负荷需求；p、h、q和g分别为电源、热源、冷源和气源；μp和μec分别为电负荷需求和电制冷在电源p中的分配系数；μac为吸收式制冷机在热源h中的分配系数；μmte和μbo分别为燃气轮机、燃气锅炉在气源g中的分配系数。

52、进一步地，所述考虑碳交易机制的双层优化模型中的碳交易模型如下式表示：

53、

54、式中：为碳交易的总成本，当为负时，表示实际碳排放量小于配额；当为正时，表示此期间的实际碳排放量超过了配额；ep为pies的碳配额；ec为ies实际碳排放量；cc为单位碳交易价格；μ为碳交易的奖励系数；λ为碳排放的惩罚系数；h为碳排放量的区间长度。

55、进一步地，所述双层优化模型的上层模型如下式表示：

56、maxfall＝frun-cinv

57、式中，fall为系统运行年限内总收益；frun为系统运行净收益；cinv为园区综合能源系统各装置投资总成本，如下式表示：

58、cinv＝cmtsmt+cbosbo+cecsec+cacsac+cbatsbat+chotshot

59、式中，cmt、cbo、cec、cac、cbat和chot分别为燃气轮机、燃气锅炉、电制冷机组、吸收式制冷机组、储电装置和储热装置的单位投资成本；smt、sbo、sec、sac、sbat和shot分别为燃气轮机、燃气锅炉、电制冷机组、吸收式制冷机组、储电装置和储热装置的配置容量；

60、所述双层优化模型的下层模型如下式表示：

61、

62、式中，n为系统的规划运行年限，r为系统各运行机组和储能装置的市场折现率；fsale为系统的售能收益；cples为系统运行成本；

63、

64、式中，ch、cq、cg和cp分别为单位售热、售冷、售气和售电价格。

65、进一步地，在构建考虑碳交易机制的双层优化模型之后，还包括：

66、基于所述多能流耦合矩阵，构建电功率平衡约束、热功率平衡约束、冷功率平衡约束、天然气平衡约束、风电出力约束、光伏出力约束、燃气轮机出力约束、燃气锅炉出力约束、电制冷机出力约束、吸收式制冷机出力约束、储能装置的能量约束、储热装置的能量约束以及idr约束。

67、进一步地，所述对所述双层优化模型进行求解，获取pies最优调度策略，包括：

68、在所述电功率平衡约束、热功率平衡约束、冷功率平衡约束、天然气平衡约束、风电出力约束、光伏出力约束、燃气轮机出力约束、燃气锅炉出力约束、电制冷机出力约束、吸收式制冷机出力约束、储能装置的能量约束、储热装置的能量约束以及idr约束的约束下，通过改进灰狼算法，对所述双层优化模型的上层模型进行求解，以及通过小生境粒子群优化算法，对所述双层优化模型的下层模型进行求解，生成pies最优调度策略。

69、进一步地，所述电功率平衡约束为：

70、其中，p′wt(t)和p′pv(t)分别为t时刻风电、光伏的实际出力；pload(t)为pies在t时刻的电负荷需求；

71、所述热功率平衡约束为：其中hload(t)为pies在t时刻的热负荷需求；

72、所述热功率平衡约束为：qac(t)+qec(t)＝qload(t)；其中，qload(t)为pies在t时刻的冷负荷需求；

73、所述天然气平衡约束为：gmt(t)+gboe(t)＝gload(t)；其中，gmt(t)为燃气轮机在t时刻的所消耗的气功率；gload(t)为pies在t时刻的气负荷需求；

74、所述风电出力约束为：0≤p′wt(t)≤pwt(t)；其中pwt(t)为t时刻风机预测出力；

75、所述光伏出力约束为：0≤p′pv(t)≤ppv(t)；其中，ppv(t)为t时刻光伏预测出力；

76、所述燃气轮机出力约束为：其中，和分别为t时刻燃气轮机电功率和热功率出力上限；

77、所述燃气锅炉出力约束为：其中，为t时刻燃气锅炉热功率出力上限；

78、所述电制冷机出力约束为：其中，为t时刻电制冷机冷功率出力上限；

79、所述吸收式制冷机出力约束为：其中，为t时刻吸收式制冷机冷功率出力上限；

80、所述储能装置的能量约束为：其中，和分别为t时刻储能装置充放电功率的上限；

81、所述储热装置的能量约束为：其中，和分别为t时刻储热装置充放热功率的上限；

82、所述idr约束为：其中，pbase(t)、hbase(t)和qbase(t)分别为t时刻pies电基础负荷、热基础负荷和冷基础负荷。

83、本发明的实施例，具有如下有益效果：

84、本发明提供了一种园区综合能源系统调度策略的生成方法，通过在获取园区综合能源系统的基础数据以及用于表征园区综合能源系统中各个设备之间能量流动关系的pies能量流动网络之后，基于所述基础数据和pies能量流动网络，建立园区综合能源系统中各个设备的设备模型，并基于各设备模型建立用于表征园区综合能源系统需求侧和供给侧耦合的多能流耦合矩阵，继而通过多能流耦合矩阵，来充分利用园区综合能源系统中各个设备在时间和空间上的耦合特性，使得最终生成的pies最优调度策略，能够促进园区综合能源系统的可再生能源的消纳能力，提高能源的利用效率，减少碳排放量，实现绿色低碳发展。