本发明涉及一种基于多能互补的工业用户热需求响应方法，属于综合能源及电力需求响应领域。
背景技术：
需求响应(demandresponse,dr)是整合用户侧电网响应潜力的有效手段，通过需求侧与电网进行“双向互动”，缓解电力供应紧张矛盾、平衡间歇性可再生能源带给电网的波动，从而有效提升电网运行的安全与稳定性。工业园区中工业负荷稳定、自动化水平高，具有较大的需求响应潜力。然而，当前的研究成果较少考虑多能源需求之间的影响。事实上，工业用户对多能源存在需求差异，通过利用多能流的耦合机制，可实现多能互补。因此，用户改变对某一种或多种能源的需求时往往会影响到另一种能源的供求关系。用户可对不同能源的需求进行调整，达到相同的削峰填谷的效果。技术实现要素：为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于多能互补的工业用户热需求响应方法。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于多能互补的工业用户热需求响应方法，该方法包括以下步骤：步骤1：根据存在热电联供系统chp的工业园区多方供能架构，制定热需求响应互动机制；所述热需求响应互动机制具体为：园区管理中心能够通过补贴的方式，激励工业用户提升对外的购热需求，在提升园区chp热出力的同时增加chp的发电量，工业用户可利用chp的新增发电量满足部分电负荷需求，从而减少电网购电功率；当园区存在削峰需求时，园区管理中心能够将调峰需求进行拆解，并以具体的调峰指令下发给各个工业用户；所述具体的调峰指令包括削减购电功率的调峰指令和提升热需求的调峰指令，两种指令皆可达到相同的削峰效果；工业用户接收到调峰指令后，将制定的需求响应策略及响应报价上报给园区管理中心，园区管理中心基于工业用户上送数据选择参与削峰的工业用户并支付相应的调度费用；步骤2：以满足园区管理中心调峰需求同时兼顾工业用户运行经济性为优化目标，建立热需求响应模型，其中优化目标如下：mina1hdiff+a2cday(1)1)a1和a2为权重系数，a1＞＞a2；2)满足园区管理中心调峰需求：根据园区管理中心下发的提升热需求的调峰指令，使购热功率尽量贴近上升目标；式中：[t0,t1]为削峰时段，href(t)为热需求上升参考曲线；hbuy.dr(t)为需求响应后的购热功率曲线；3)日运行费用：cday＝ce+ch+com(3)式中：cday为工业用户日运行费用，ce为购电成本，ch为购热成本、com为设备运行维护成本；除了常规的功率平衡约束、设备物理约束，还需要考虑新增的需求响应约束，需求响应约束如下：1)非削峰时段购热功率约束：式中：hlower(t)为非削峰时段购热功率下限；2)削峰时段的需求响应热功率平衡约束：hlow(t)≤hsteam.low(t)+hsteam_add(t)·ηsteam.low(5)hsteam(t)+hsteam_add(t)≤hbuy.dr(t)≤hbr(t)+hsteam(t)+hsteam_add(t)(6)hbuy.dr(t)+hlow(t)＝hsteam(t)+hsteam_add(t)+hwater(t)+hbr(t)(7)式中：hsteam(t)为工业用户蒸汽热负荷；hbr(t)为吸收式制冷机耗热功率；hlow(t)为工业用户的低品位热功率；hsteam.low(t)为蒸汽回收低品位热功率；ηsteam.low为蒸汽驱动设备的低品位热回收系数；hwater(t)为热水负荷；hsteam_add(t)为工业用户的新增蒸汽负荷需求热功率；式(5)约束表示：热需求响应阶段，随着蒸汽热负荷需求的提升，蒸汽回收低品位热增加，从而使得工业用户低品位热来源增加；式(6)-(7)约束表示：外购热功率必须基于实际负荷需求，不应在无热需求的情况下，为满足调峰需求而盲目增加外购热，从而造成外购热蒸汽的浪费，即外购热功率除了需满足所有蒸汽负荷需求，还存在购买上限，具体表现为：当需要提升的热功率δhref(t)≤hsteam_add(t)时，新增外购热全部用于满足新增蒸汽热负荷，吸收式制冷机依旧优先使用低品位热进行制冷作业；当需要提升的热功率δhref(t)>hsteam_add(t)时，吸收式制冷机优先使用向chp购买的中品位热进行制冷作业，剩余部分由工业用户内部低品位热补充，即购热功率的上限为hbr(t)+hsteam(t)+hsteam_add(t)；其中δhref(t)＝href(t)-hbuy(t)，hbr(t)≤hbr_max，hbuy(t)为需求响应前的购热功率曲线，hbr_max为吸收式制冷机最大耗热功率；步骤3：对热需求响应模型进行优化求解，得到工业用户热需求响应策略。进一步地，所述步骤3中采用混合整数线性规划法对步骤2建立的热需求响应模型进行优化求解，输出优化结果为工业用户的热需求响应策略，包括工业用户各个时段的设备出力，从而实现削峰填谷。进一步地，所述步骤2中，约束条件还包括等比例上升约束：进一步地，所述功率平衡约束为：(1)电功率平衡约束pbuy(t)+ppv(t)＝pload(t)+pcond(t)+pice_s(t)+pes_s(t)-pes_r(t)(9)式中：pbuy(t)为购电功率，ppv(t)为光伏出力，pcond(t)为空调耗电功率，pice_s(t)为冰蓄冷耗电功率，pes_s(t)为电池储能充电功率，pes_r(t)为电池储能放电功率，pload(t)为电负荷。(2)冷功率平衡约束qbr(t)+qcond(t)+qice_r(t)＝qload(t)(10)式中，qbr(t)为吸收式制冷机制冷功率，qcond(t)为空调制冷功率，qice_r(t)为冰蓄冷制冷功率，qload(t)为冷负荷。进一步地，所述设备物理约束为：(1)设备运行约束式中：pin(t)和pout(t)分别表示设备i在时段t的输入输出功率，和分别表示设备i在输出功率的上限和下限；和分别为输入功率的上限和下限；(2)储能设备约束sl.i＝st.i(14)0≤γs.i(t)+γr.i(t)≤1(17)式中：si(t)为储能i在时段t的容量，和分别为储能i的上限和下限，sl.i和st.i分别表示储能i的初始状态和终状态，ws.i(t)和wr.i(t)分别表示储能i的充电功率和放电功率，和分别表示储能i的最大充电和放电功率，γs.i(t)和γr.i(t)分别表示储能i在时段t处于充能和放能的0-1状态变量，γs.i(t)取1表示充能，γr.i(t)取1表示放能。与现有技术相比，本发明的有益效果是：一方面，将用户对于冷、热、电能的需求纳入需求响应范围内，从工业用户的角度出发，提供合理的需求响应策略，有效缓解电力缺额，提高工业园区的用电安全与稳定性；另一方面，相较传统需求响应策略，响应方式多样，用户侧损失更小，电网公司的调度费用更少，可实现电网公司与用户侧的双赢。本发明适用于不同类型的工业园区多元用户。附图说明图1为存在热电联供系统chp的工业园区多方供能架构。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。典型工业园区多方供能架构如图1所示。在园区内，存在大型热电联供(combinedheatandpower,chp)系统，以天然气作为其主要燃料，在燃烧室中产生的高温蒸汽可通过微、小型动力设备进行发电，所产生的电能可售卖给电网公司或直接供给园区工业用户使用。发电过程中产生的中、低温排烟余热经过余热锅炉设备的回收利用后，以中品位热蒸汽(170-550℃)的形式售卖给园区中的工业用户，作为用户工业生产的主要热源。园区管理中心负责整个园区的互动与协调，确保园区的用能安全。当出现用电越限风险时，园区管理中心下发调峰指令，引导工业用户进行需求响应，用户再上报其认同的需求响应策略及响应报价。园区管理中心再基于上报数据，选择参与园区削峰的用户并支付相应的调度费用。本发明提供的一种基于多能互补的工业用户热需求响应方法，该方法包括以下步骤：步骤1：根据存在热电联供系统chp的工业园区多方供能架构，制定热需求响应互动机制；考虑大型工业园区对于冷、热、电等多种能源在时间、空间都有不同需求，通过利用多能流的耦合机制，可实现多能互补。因此，工业用户改变对某一种或多种能源的需求，将会影响到另一种能源的供求关系。基于工业用户、电网公司与chp这三方的能量流动情况，制定热需求响应互动机制，具体内容表现为：园区能量管理中心能够通过补贴的方式，激励工业用户提升对外的购热需求，在提升园区chp热出力的同时增加chp的发电量，工业用户可利用chp的新增发电量满足部分电负荷需求，从而减少电网购电功率；因此，当园区存在削峰需求时，园区管理中心能够将调峰需求进行拆解，并以具体的调峰指令下发给各个工业用户；其中，具体的调峰指令包括削减购电功率的调峰指令和提升热需求的调峰指令，两种指令皆可达到相同的削峰效果；工业用户接收到调峰指令后，将制定的需求响应策略及响应报价上报给园区管理中心，园区管理中心基于工业用户上送数据选择参与削峰的工业用户并支付相应的调度费用；步骤2：以满足园区管理中心调峰需求同时兼顾工业用户运行经济性为优化目标，建立热需求响应模型，其中优化目标如下：mina1hdiff+a2cday(1)1)a1和a2为权重系数，a1＞＞a2；2)满足园区管理中心调峰需求：根据园区管理中心下发的提升热需求的调峰指令，使购热功率尽量贴近上升目标；式中：[t0,t1]为削峰时段，href(t)为热需求上升参考曲线；hbuy.dr(t)为需求响应后的购热功率曲线；3)日运行费用：cday＝ce+ch+com(3)式中：cday为工业用户日运行费用，ce为购电成本，ch为购热成本、com为设备运行维护成本；除了常规的功率平衡约束、设备物理约束，还需要考虑新增的需求响应约束，需求响应约束如下：1)非削峰时段购热功率约束：式中：hlower(t)为非削峰时段购热功率下限；2)削峰时段的需求响应热功率平衡约束：hlow(t)≤hsteam.low(t)+hsteam_add(t)·ηsteam.low(5)hsteam(t)+hsteam_add(t)≤hbuy.dr(t)≤hbr(t)+hsteam(t)+hsteam_add(t)(6)hbuy.dr(t)+hlow(t)＝hsteam(t)+hsteam_add(t)+hwater(t)+hbr(t)(7)式中：hsteam(t)为工业用户蒸汽热负荷；hbr(t)为吸收式制冷机耗热功率；hlow(t)为工业用户的低品位热功率；hsteam.low(t)为蒸汽回收低品位热功率；ηsteam.low为蒸汽驱动设备的低品位热回收系数；hwater(t)为热水负荷；hsteam_add(t)为工业用户的新增蒸汽负荷需求热功率；式(5)约束表示：热需求响应阶段，随着蒸汽热负荷需求的提升，蒸汽回收低品位热增加，从而使得工业用户低品位热来源增加；式(6)-(7)约束表示：外购热功率必须基于实际负荷需求，不应在无热需求的情况下，为满足调峰需求而盲目增加外购热，从而造成外购热蒸汽的浪费，即外购热功率除了需满足所有蒸汽负荷需求，还存在购买上限，具体表现为：当需要提升的热功率δhref(t)≤hsteam_add(t)时，新增外购热全部用于满足新增蒸汽热负荷，吸收式制冷机依旧优先使用低品位热进行制冷作业；当需要提升的热功率δhref(t)>hsteam_add(t)时，吸收式制冷机优先使用向chp购买的中品位热进行制冷作业，剩余部分由工业用户内部低品位热补充，即购热功率的上限为hbr(t)+hsteam(t)+hsteam_add(t)；其中δhref(t)＝href(t)-hbuy(t)，hbr(t)≤hbr_max，hbuy(t)为需求响应前的购热功率曲线，hbr_max为吸收式制冷机最大耗热功率；除了以上约束，还可以包括等比例上升约束：所述功率平衡约束为：(1)电功率平衡约束pbuy(t)+ppv(t)＝pload(t)+pcond(t)+pice_s(t)+pes_s(t)-pes_r(t)(9)式中：pbuy(t)为购电功率，ppv(t)为光伏出力，pcond(t)为空调耗电功率，pice_s(t)为冰蓄冷耗电功率，pes_s(t)为电池储能充电功率，pes_r(t)为电池储能放电功率，pload(t)为电负荷。(2)冷功率平衡约束qbr(t)+qcond(t)+qice_r(t)＝qload(t)(10)式中，qbr(t)为吸收式制冷机制冷功率，qcond(t)为空调制冷功率，qice_r(t)为冰蓄冷制冷功率，qload(t)为冷负荷。所述设备物理约束为：(1)设备运行约束式中：pin(t)和pout(t)分别表示设备i在时段t的输入输出功率，和分别表示设备i在输出功率的上限和下限；和分别为输入功率的上限和下限；(2)储能设备约束sl.i＝st.i(14)0≤γs.i(t)+γr.i(t)≤1(17)式中：si(t)为储能i在时段t的容量，和分别为储能i的上限和下限，sl.i和st.i分别表示储能i的初始状态和终状态，ws.i(t)和wr.i(t)分别表示储能i的充电功率和放电功率，和分别表示储能i的最大充电和放电功率，γs.i(t)和γr.i(t)分别表示储能i在时段t处于充能和放能的0-1状态变量，γs.i(t)取1表示充能，γr.i(t)取1表示放能；式(16)保证储能不能同时充放能。基于多能互补的工业用户热需求响应方法的优势在于：将用户对于冷、热、电能的需求纳入需求响应范围内，充分考虑工业生产过程中多能源的差异互补性，从工业用户的角度出发，为用户提供合理的需求响应方案，为园区削峰填谷提供重要的基础支持。由表1可知，热需求响应策略相较传统需求相应策略，响应方式多样，用户侧损失更小，电网公司的调度费用更少，可实现电网公司与用户侧的双赢。表1不同需求响应策略下的工业用户损失费用需求响应策略用户损失费用/元调峰需求满足程度传统需求响应策略1161.40100％本发明热需求响应策略618.74100％当前第1页12