[發明專利]一種考慮耦合度的綜合能源系統優化調度方法及系統

有效

• 申請號: 202110037907.5
• 申請日: 2021-01-12
• 公開（公告）號: CN112862157B
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發明（設計）人: 王勇;呂華燦;王成福
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q10/0631;G06Q50/06;H02J3/46
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李琳

本公開提供了一種考慮耦合度的綜合能源系統優化調度方法及系統，所述方案提出了綜合能源系統耦合度的定義，以定量方式描述IES中各子系統之間的關聯特征；同時，在此基礎上，建立了IES優化模型，并分析耦合度對IES運行經濟性和可靠性的影響，采用GAMA/IPOPT內點法求解器求解提出的非線性模型。最后，通過包含三個能量樞紐的典型測試系統驗證了該方法的有效性，并定量分析了耦合度對IES靈活性、經濟性和可靠性的影響。

技術領域

本公開屬于電-氣-熱綜合能源系統互聯技術領域，尤其涉及一種考慮耦合度的綜合能源系統優化調度方法及系統。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本公開相關的背景技術信息，不必然構成在先技術。

隨著能源需求的不斷提升和環境壓力的持續加大，以化石能源為核心的能源系統結構逐漸發生變化，可再生能源發電技術得到迅速發展；然而，由于電力系統消納可再生能源的能力不足，導致棄風現象頻繁發生。在此背景下，綜合能源系統(IES)成為一種消納可再生能源的潛在方式。

傳統能源系統包括電力系統、天然氣系統、熱(冷)力系統以及其他形式的能源系統，各系統獨立運行。不同的能源系統在傳輸速度、儲能特性和負荷特征上有很大的差異。傳統能源系統之間的耦合不足，因此在很多情況下能源不能得到有效利用。例如，電力系統中的儲能設備存在容量低、成本高的問題，無法滿足風電等大規模間歇性能源的消納需求。相反，天然氣系統和熱力系統具有較高的儲能能力，但這一優勢沒有得到充分發揮。可見，這兩種能源系統的互補優勢和協同效益沒有得到充分發揮。

針對上述問題，現有方法對電-氣、電-熱(冷)和電-氣-熱(冷)系統的協同運行進行了系統的研究，以實現不同能源的耦合。同時，為了從整體上分析能源耦合的優勢，相繼提出了綜合能源系統系統(Integrated?Energy?System,IES)、能量樞紐(Energy?Hub,EH)和能源互聯網(Energy?Internet,EI)等概念。

目前關于能源系統耦合的研究大多是從經濟的角度考慮能源子系統耦合的效益；然而，由于具有高度不確定性的可再生能源在電網中的滲透率不斷上升，面對這種情況，不僅要考慮經濟問題，還要考慮系統可能存在的安全風險。部分研究人員考慮了綜合能源系統各子系統的網絡動態特性，證明了這些特性對提高系統運行的可靠性和靈活性具有一定的意義；同時分析了儲能裝置在不同運行策略下對電力系統可靠性的影響。在綜合能源系統中，各能源之間的互補能力對提高系統可靠性具有重要作用，但現有方法只考慮了單個能源系統對提高系統可靠性的作用，沒有從綜合的角度分析系統耦合和能量轉換對可靠性的影響。

發明人發現，IES通過能源子系統的耦合，雖然能夠充分發揮其在經濟性、可靠性以及可再生能源消納方面的優勢。然而，現有的IES優化模型大多僅通過能量平衡約束對電、氣、熱三個子系統進行耦合，沒有定量考慮子系統之間的耦合程度。IES的耦合度表示通過耦合元件在各子系統之間傳遞能量的能力，其被用于表征各子系統間的能量流聯系的緊密程度。IES耦合度越高，表明各子系統之間的互補互濟能力越強。事實上，IES的耦合度會影響系統的運行成本、棄風量、可靠性等指標。因此，可以通過控制IES的耦合度來優化系統的各項指標。為了達到上述目的，必須對耦合度進行定量描述。

發明內容

本公開為了解決上述問題，提供了一種綜合能源系統日前優化調度方法及系統，所述方案對綜合能源系統的耦合度進行了定量描述，并通過所述耦合度對IES各子系統之間關聯的緊密程度進行分析，對綜合能源系統的各項指標進行了更準確合理的優化。

根據本公開實施例的第一個方面，提供了一種考慮耦合度的綜合能源系統優化調度方法，包括：

利用綜合能源系統中耦合元件的容量對耦合度進行定量描述；

以總運行成本最小為目標，建立考慮能源網絡約束、能量樞紐內部約束、可靠性水平約束以及耦合度的綜合能源系統模型；