[發明專利]一種適用于電熱氣等多能源系統的魯棒運行優化方法

有效

• 申請號: 202010127030.4
• 申請日: 2020-02-28
• 公開（公告）號: CN111476394B
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發明（設計）人: 周丹;童偉;孫可;鄭偉民;李穎毅;鄭朝明;張全明;劉業偉;汪蕾
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學;國網浙江省電力有限公司
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q50/06
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司 33241
• 代理人: 王利強

1.一種適用于電熱氣多能源系統的魯棒運行優化方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

1)優化模型是基于混合整數線性規劃公式，包括儲能及儲熱，附加的跨時間約束和操作不確定性，優化目標如式(1)，代表預期消耗的能源成本最低；

其中，s為時間段；ω_s為場景/周期s發生的概率；πEi_s、πEo_s分別為在s時間段電力進口/出口價格；代表在s時間段內，區域電力的輸入/輸出；πGi_s、分別為s時間段內天然氣價格和s時間段內區域天然氣輸入量；b代表建筑物；分別表示在區域內燃料電池、電熱泵、光伏、燃氣鍋爐、儲能和熱儲能的操作和維護的成本；為在s時間內區域燃氣鍋爐熱能的輸出；PF為懲罰函數；

1.1)燃氣鍋爐模型

燃氣鍋爐的輸出熱量是氣體輸入量和效率的函數，如式(2)所示，其輸出熱量必須限制在式(3)所示的范圍內；

其中，為燃氣鍋爐的轉換效率，為燃氣鍋爐氣體輸入量；

1.2)燃料電池模型

燃料電池的電輸出和熱輸出分別用式(4)和式(5)表示為氣體輸入的線性函數，并采用二元變量和兩個參數表示，這些線性方程表示制造商給出的典型的非線性電和熱效率函數，發電限制如式(6)，斜坡約束如式(7)，二元變量用于開關設備；

其中，為在s時間內區域SOFC的二元變量，取0或1；為SOFC的非線性電和熱效率函數；為區域內SOFC的充放電速率限制；

1.3)電熱泵模型

用于電熱泵模型的熱輸出、發電量和斜坡約束分別為式(8)、式(9)和式(10)，與燃料電池一樣，斜坡約束與捕獲時間有關；

1.4)光伏模型

其中，為建筑物中光伏發電的效率；為s時間內光伏發電量；在s時間內光伏發電縮減量；

1.5)儲能模型

建立EES和TES的時變能量輸出和輸入以及SOC模型如式(12)和式(13)，考慮SOC時設備中的能量限制如式(14)和式(15)，對儲能充放電速率的斜坡約束如式(16)和式(17)；

其中分別為在區域中儲能電池和熱儲能的上升速率限制；

1.6)能量平衡

能量平衡分別在建筑、網絡和區域層面上進行建模，在建筑層面，所有的發電盈余或赤字由網絡來平衡，如式(18)、式(19)、式(20)所示；

其中，分別表示在s時間段內建筑物中的電和熱的需求；為s時間段內天然氣的輸入量；

考慮到一個區域由多個網絡組成，能量在網絡間實現平衡，例如在連接點或變電站，區域內不同的電和熱網絡或網絡條件用(21)和(22)建模；

其中，為s時間內電網的輸入；為s時間內電網的損失量；為s時間內熱網的損失量；

在地區一級，不同網絡的凈能量由上游能源系統來平衡，因此，只有電力和氣體平衡的方程(23)、(24)被考慮；

2)綜合網絡模型通過使用代表可用多能源技術的效率矩陣作為耦合電力、熱力和燃氣網絡穩態模型的手段來制定，該模型用牛頓法求解，如果網絡是集成的，則在雅可比矩陣中包含耦合元素，耦合元素由多能源技術引入，用作松弛發電機，或提供主動網絡管理，如果沒有耦合元素出現，則網絡被解耦，并且進行相應地求解；否則，使用集成網絡模型，用典型的有功和無功節點平衡潮流方程式(25)、(26)對電網進行建模；

基于節點平衡式(27)和累積水頭損失式(28)對熱網絡進行建模；

其中，Cp為水的比熱容；為在s時間內電、熱、氣節點中熱能流量的質量；Ts_i,s，Tr_i,s為s時間內供應和流回的熱能溫度；lh_i,j為管道長度；Dh_i,j為管徑；ρg為管道的粗糙度；

基于節點平衡式(29)，壓降式(30)和累積水頭損失式(28)對氣體網絡進行建模；

其中，Fm2W為從流量到功率的轉換系數；為氣管道長度；Dg_i,j為氣管徑；ρg為管道的粗糙度；

3)迭代兩階段方法是基于逐段線性估計損耗和網絡極限，線性約束首先通過優化模型估計區域的運行情況，然后通過集成網絡模型估計損耗和網絡極限；接著，根據建筑層面的電、熱和氣體流動，區分能量損失和網絡約束；如果建筑物內的熱量是在不同的溫度下產生的，則必須根據每種加熱技術區分損失和限制；如式(31)所示，使用差異常數Kfd_nh,b,s、Kfd_ne,b,s、Kfd_ng,b,s和獨立常數Kf_cs來表示當前違反約束的線性近似值，以及通過優化估計的損失，這個方程只代表一個約束條件，假設所有設備在相同的溫度下產生熱量，在引入額外的約束來創建分段逼近時，在建模時損失量不包括懲罰變量xPF_S；

其中，BEN為區域電網相連的建筑；xPF_S為違反網絡約束的懲罰變量；Kfd_nh,b,s、Kfd_ne,b,s、Kfd_ng,b,s分別為在s時間內區域中的熱力、電力、燃氣網絡的差異常數。

2.如權利要求1所述的一種適用于電熱氣多能源系統的魯棒運行優化方法，其特征在于所述步驟3)采用割線法，包括以下步驟：

3.1)定義收斂準則，定義的收斂準則包括:(i)更準確的損失估計，(ii)減少違反約束的幅度，(iii)只有當新的違反約束的最大值低于約束平均值時才引入新的違反約束；

3.2)根據網絡約束的違反和損失來定義基線條件，調整獨立參數Kf_cs，使線性約束與綜合網絡仿真結果相匹配，線性約束包含在下一次優化中；

3.3)如果新的設定值滿足所有收斂條件，則模型結果收斂，重復前面的步驟，否則，使用基線和新數據之間的線性插值來估計獨立參數的新值，將新的約束集添加到優化中，并重復此步驟；

3.4)如果優化的輸出與功率損耗匹配且不超過網絡限制，則認為設定值是可行的。