[發(fā)明專利]基于廣義儲能的多能源電力系統優(yōu)化調度方法

有效

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• 申請日: 2020-11-09
• 公開（公告）號: CN112488363B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發(fā)明（設計）人: 葉暢;曹侃;蔡德福;閆秉科;陳汝斯;丁凱;錢一民;陳喬;李偉;胡畔;王易
• 申請（專利權）人: 國網湖北省電力有限公司電力科學研究院;國家電網有限公司
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q10/06;G06Q50/06;G06F17/11;H02J3/00;H02J3/28;H02J3/46
• 代理公司: 武漢楚天專利事務所 42113
• 代理人: 孔敏

1.一種基于廣義儲能的多能源電力系統優(yōu)化調度方法，其特征在于：包括

步驟一、建立多能源電力系統中發(fā)電單元、供熱單元、廣義儲能的數學模型；

步驟二、基于步驟一建立的多能源電力系統中發(fā)電單元、供熱單元、廣義儲能的數學模型建立基于廣義儲能的多能源電力系統優(yōu)化調度模型；

步驟三、求解所述基于廣義儲能的多能源電力系統優(yōu)化調度模型，得到基于廣義儲能的多能源電力系統優(yōu)化調度策略；

步驟一中，所述發(fā)電單元包括風力發(fā)電、光伏發(fā)電及熱電聯產機組；所述供熱單元包括燃氣鍋爐、熱電聯產機組的余熱鍋爐及電轉熱裝置；所述廣義儲能包括傳統儲能及虛擬儲能，其中傳統儲能為電池儲能與儲熱罐，虛擬儲能指電力柔性負荷及熱柔性負荷，為可在一定程度上實現某個時段內電量或熱量需求的增加或減少且調節(jié)效果類似于傳統儲能的單元；

所述步驟一具體包括：

1.1建立基于廣義儲能的區(qū)域能源集線器架構

該架構中集電器的電力來源包括電網、風力發(fā)電、光伏發(fā)電、熱電聯產機組以及儲電裝置；相對地，集熱器的熱力來源包括燃氣鍋爐、熱電聯產機組的余熱鍋爐、電轉熱裝置以及儲熱裝置，集電器和集熱器分別滿足電負荷及熱負荷的需求；

1.2建立多能源電力系統中發(fā)電單元數學模型，其中可再生能源出力采用預測功率曲線，熱電聯產CHP機組模型為：

同時，在某一時段內CHP機組的熱功率和電功率用熱電比表示為：

式中，表示第i_CHP臺CHP機組在t時段輸入的燃料熱量，表示第i_CHP臺CHP機組在t時段的電功率，表示第i_CHP臺CHP機組在t時段的熱功率，和分別為第i_CHP臺CHP機組的燃料耗費系數，為第i_CHP臺CHP機組的熱電比；

1.3建立多能源電力系統中供熱單元數學模型，包括：

(1)燃氣鍋爐模型

式中，表示燃氣鍋爐i_GB在時段t產生的熱功率，表示燃氣鍋爐i_GB在時段t輸入的天然氣燃料熱量，表示燃氣鍋爐i_GB的氣熱轉化效率；

(2)電轉熱裝置模型

式中，表示電轉熱裝置i_ECH在時段t產生的熱功率，表示電轉熱裝置i_ECH在時段t輸入的電功率，表示電轉熱裝置的電熱轉化效率；

1.4建立廣義儲能模型，廣義儲能模型包括實際儲能裝置及虛擬儲能裝置；

(1)建立實際儲電/儲熱裝置統一模型，包括電池儲能及儲熱罐；

利用能量狀態(tài)(State of Energy,SOE)建立統一的電/熱儲能模型如下：

式中，和分別表示t時段和t-1時段儲能裝置i_ES的SOE，和分別表示儲能裝置i_ES在t時段的蓄電/熱和放電/熱功率，和分別表示儲能裝置i_ES的蓄電/熱、放電/熱效率，表示儲能裝置i_ES的自耗率；

(2)建立虛擬儲能裝置模型，包括電力柔性負荷模型及熱力柔性負荷模型；

1)電力柔性負荷模型

電力柔性負荷主要考慮可轉移負荷和可削減負荷兩類，設定系統電價包括峰、平、谷三個階段，峰-平電價差記為Δc₁，峰-谷電價差記為Δc₂，平-谷電價差記為Δc₃，假定高電價時段負荷向低電價時段平均轉移，考慮響應之后的可轉移負荷在峰、平、谷時段表示為：

式中，分別表示轉移后的實際峰、平、谷時段負荷，分別表示原峰、平、谷時段的可轉移負荷，t_f、t_p和t_g分別表示峰、平、谷電價的某一時段，T_f、T_p和T_g分別表示峰、平、谷三個階段的總時段數，分別表示峰-平電價時段之間的負荷轉移率、峰-谷電價時段之間的負荷轉移率、平-谷電價時段的負荷轉移率；

對于可中斷負荷，采用事先與電網簽訂激勵合同，在緊急情況下根據合同進行中斷響應的方式參與電網功率調節(jié)，可表示為：

式中，表示第i_IL個可中斷負荷在t時段內的實際出力狀態(tài)，1表示正常出力，0表示中斷出力；表示第i_IL個可中斷負荷在t時段的實際功率，表示第i_IL個可中斷負荷在t時段的原功率；

由此，可得系統在t時段的總電力負荷為：

式中，表示t時段可轉移負荷大小，P_L,t表示t時段剛性電力負荷大小，N_IL表示可中斷負荷的總個數；

2)熱力柔性負荷模型

對于熱負荷，采用自回歸滑動平均時間序列模型描述為：

式中，T_in,t-j、T_supp,t-j、T_out,t-j分別表示t-j時段的室內溫度、供水溫度和室外溫度；T_in,t-1、T_supp,t-1、T_out,t-1分別表示t-1時段的室內溫度、供水溫度和室外溫度，T_back,t表示t時段的回水溫度，T_in,t表示t時段的室內溫度；α_j、β_j、γ_j、θ₁、φ₁、ω₁均為供熱系統的熱慣性參數；J為ARMA模型的階數；

由此可得到供熱功率為：

H_supp,t＝cm(T_supp,t-T_back,t) (10)

式中，H_supp,t表示t時段所需的供熱功率，T_supp,t表示t時段的供水溫度，c為水的比熱容，m為熱水的流量；

所述步驟二具體包括：

2.1建立基于廣義儲能的多能源電力系統優(yōu)化調度模型目標函數

以系統運行成本最低為目標，得到目標函數為：

式中，C_Buy,t、C_fuel,t、C_REG,t和C_GES,t分別表示外部電網購電成本、天然氣購買成本、新能源相關成本及廣義儲能相關成本；

2.2建立基于廣義儲能的多能源電力系統優(yōu)化調度模型的約束條件，包括電力/熱力供需平衡約束、CHP機組爬坡約束、儲能裝置充放電/熱約束、儲能充放電/熱狀態(tài)約束、儲能裝置能量狀態(tài)約束、可中斷負荷中斷時間約束、室內溫度約束、供水溫度約束、電源最大/最小功率約束、熱源最大/最小放熱功率約束、外部電網最大傳輸功率約束。