[發明專利]一種源-荷-儲協調互動的綜合能源系統設計方法

有效

• 申請號: 201810133288.8
• 申請日: 2018-02-09
• 公開（公告）號: CN108494015B
• 公開（公告）日: 2020-09-25
• 發明（設計）人: 肖浩;裴瑋;張國偉;祁曉敏;孔力
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: H02J3/46
• 分類號: H02J3/46;H02J3/32
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

一種源?荷?儲協調互動的綜合能源系統設計方法，通過拉丁超立方抽樣生成大量源荷出力場景，結合場景削減法聚類分析獲取保留原場景特性的少量特定概率規劃場景。建立各設備裝機成本模型和運行成本模型，以年投資折算成本和各概率場景下的年運行成本之和最小為上層優化模型的優化目標，以各概率場景下的年運行成本最小為下層優化模型的優化目標，建立源?荷?儲協調互動的綜合能源系統雙層規劃模型，同時滿足各類可靠性、安全性運行約束。分別采用元模型全局優化算法與二階錐優化方法求解上、下層優化模型，交互迭代求解直至收斂，優化求得綜合能源系統各設備裝機容量及優化運行方案。本發明可應用于多能互補綜合能源系統的容量規劃及優化設計。

技術領域

本發明涉及一種綜合能源系統的設計方法。

背景技術

隨著化石能源的緊缺，人們對能源危機、氣候危機的重視，全球范圍內以能源結構改革及新能源高效利用為重心的能源互聯網呈現出快速發展態勢，作為能源互聯網在用戶側重要組成形式，多能互補綜合能源系統直接面向用戶，且易于實現對“源”、“荷”、“儲”的互聯互動。因此在用戶側發展多能互補綜合能源系統對于就地滿足用戶需求，促進分布式可再生能源消納，提高能源系統的綜合能效和運行可靠性、經濟性，具有十分重要的意義。

多能互補綜合能源系統的規劃設計是保障其安全，經濟，可靠運行的首要關鍵技術，由于多能互補綜合能源系統中包含熱源、電源等多種能量源，以及熱負荷、電負荷等多種類型用能負載，源、網、荷具有強耦合關系。并且太陽能、風能等可再生能源具有很強的波動性，系統運行場景復雜多樣，因此常規傳統規劃方法難以直接應用，主要體現在：1)伴隨著電源側高比例隨機性可再生能源的接入，冷熱電多能互補綜合能源系統在電源側和負荷側將面臨雙重高維不確定性，傳統的單純依靠增加機組容量或者增加系統備用的規劃方案略顯保守，而且不經濟，亟需合理有效的應對源荷多維不確定性的規劃方案。2)負荷需求側響應和熱、電儲能系統作為平抑可再生能源波動，實現跨時段轉移能量的重要手段，具備較大的調節潛力，具有廣闊應用前景。但目前規劃方案均未詳細考慮需求側響應和儲能跨時段調節對規劃的影響，未充分考慮系統中源-荷-儲一體化協同運行，難以發揮需求側響應和儲能的調節潛力。3)傳統的在用戶側各能源系統的規劃均相對分散，缺乏統一協調，能源利用率難以提升，亟需合理的多能統一協調規劃方法。

雖然目前已經有相關研究針對含冷、熱、電的綜合能源系統協同規劃展開，如專利‘一種綜合能源系統中可再生能源全部消納的失效計算方法’中考慮了可再生能源的不確定性對規劃和評估計算的影響，但其沒有在規劃階段詳細考慮源-荷-儲的協調運行，難以完全匹配實際運行。專利201710515673.4“一種三電池耦合型綜合能源系統及其優化設計方法”與專利201510565835.6“一種區域綜合能源系統的規劃與設計方法”，雖然在規劃階段考慮了系統未來運行的模擬，并考慮了通過綜合能源系統的運行來指導規劃設計，但其在規劃時并未詳細考慮電熱儲能、負荷需求響應的能量轉移調節能力，并未考慮源-荷出力不確定性環境下的源-荷-儲的協調互動運行，難以有效發揮需求側響應和儲能的調節潛力，導致系統綜合經濟效益和運行效率的提升空間有限。

發明內容

本發明的目的是克服現有規劃方案未詳細考慮電熱儲能、負荷需求響應的能量轉移調節能力，以及、源側、荷側的不確定性，導致規劃方案計算結果難以完全適用于未來運行的缺點問題，提出一種源-荷-儲協調互動的綜合能源系統設計方法。本發明在保證系統可靠性、安全性的前提下，優化選擇分布式可再生能源、熱電聯產單元、電/熱儲能系統、補燃鍋爐等設備裝機容量；在建立綜合反映系統投資經濟性和運行經濟性優化模型的基礎上進行優化，避免傳統設計帶來的裝機過大造成浪費或者裝機不足影響系統可靠運行等問題，提高綜合能源系統的規劃設計水平。