[發明專利]考慮不確定性的水電制氫的綜合能源系統優化調度模型建立方法

在審

• 申請號: 202310201445.5
• 申請日: 2023-03-06
• 公開（公告）號: CN116205458A
• 公開（公告）日: 2023-06-02
• 發明（設計）人: 駱釗;賈蕓睿;劉德文;王鋼;李釗;喻品欽;雷元慶
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: G06Q10/0631
• 分類號: G06Q10/0631;G06Q50/06
• 代理公司: 昆明潤勤同創知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 53205
• 代理人: 洪碧謙

1.考慮不確定性的水電制氫的綜合能源系統優化調度模型建立方法，其特征在于包括如下步驟：

S1、分析信息間隙決策理論對于處理不確定性的可行性；

S2、建立信息間隙決策理論模型；

S3、構建基于IGDT的水電制氫綜合能源系統優化調度模型；

S4、算例分析。

2.根據權利要求1所述的考慮不確定性的水電制氫的綜合能源系統優化調度模型建立方法，其特征在于所述步驟S1分析信息間隙決策理論模型對于處理不確定性的可行性具體為：

信息間隙決策理論的核心思想是在滿足目標函數預設的條件下，研究不確定參數或變量在最大化不確定變量的變化區間內可能對系統調度運行造成的影響，突出優點是只需要考慮變量的上下邊界，不需要考慮不確定變量的精確概率分布和變化區間，它是通過將不確定參數的波動程度設為新的目標函數，原始問題的目標函數作為約束條件，不再限制于歷史數據和概率分布，同時兼顧了系統的魯棒性和系統的經濟性。

3.根據權利要求1所述的考慮不確定性的水電制氫的綜合能源系統優化調度模型建立方法，其特征在于所述步驟S2建立信息間隙決策理論模型內容包括：

S21、信息間隙決策理論模型

信息間隙決策理論包括風險規避和機會尋求兩種策略模型：

風險規避是指尋找最大不確定性變量集導致的最差邊界目標，并保證預設目標始終滿足這個邊界，從而規避不確定性帶來的風險；機會尋求是指尋找最小不確定性變量集的最佳邊界目標，從而尋求機會提升系統的目標；

風險規避與機會尋求的基本模型為：

式中，X為不確定參數，δ為決策變量，B為目標函數，D為等式約束條件，G為不等式約束條件；

信息間隙決策理論是基于非概率模型的非概率又非模糊的處理不確定變量或參數的方法，傳統的非概率模型包括包絡模型、分數不確定性模型和橢球模型；根據水電出力和負荷需求不確定的特點，采用分數不確定性模型如下所示：

式中，α為不確定度，為預測值，

式中轉化為和分別為實際值X_t的集合上下限；

考慮機會尋求的決策者更注重水電出力和負荷需求的不確定性對綜合能源系統帶來的有利影響，即將不確定參數的不利擾動最小化，用較低的調度成本獲得更大的收益，對應的數學模型如下所示：

式中，B₀為不確定參數X取預測值時的目標函數值，B^OS為預測值下的目標函數值，θ^OS為預期目標與模型最優解之間的偏差系數，θ^OS越大，表示決策者對風險的偏好程度越大，調度成本越小；

考慮風險規避的決策者更注重水電出力和負荷需求的不確定性對綜合能源系統帶來的不利影響，即在保證調度成本的基礎上，將不確定參數的不利擾動最大化，對應的數學模型如下所示：

式中，B₀為不確定參數X取預測值時的目標函數值，B^RA為預測值下的目標函數值，θ^RA為預期目標與模型最優解之間的偏差系數，θ^RA越大，表示決策者對風險的回避程度越大；

S22、目標函數

提高含水電制氫綜合能源系統的運行收益，以系統日運行利潤最大化為設計目標，系統日運行利潤為總收入和總運行成本之差如式(5)所示，總收入包括系統向用戶售能收入、售氫收入以及系統向電網售電收入，總運行成本包括購電成本、購氣成本、運行成本、水電制氫成本、蓄電設備運維成本和儲熱設備運維成本：

式中，C_d為系統日運行利潤，C_n為系統總收入，C_x為系統總運行成本，C_sell為電網售電收入，為售氫收入，C_u為系統向用戶售能收入，C_e,m為系統購電成本，C_gas為系統購氣成本，C_oc為系統運行成本，C_w,hp為水電制氫成本，C_e,s為蓄電設備運維成本，C_h,s為儲熱設備運維成本；

式中，為系統向電網的售電電價，P_t^sell為系統向電網的售電量；Δt為時間變量；為系統售氫價格，為儲氫罐的售氫量；和分別為系統向電、冷、熱用戶的售能單價，和分別為用戶的電負荷、冷負荷和熱負荷；

式中，C_e,m為購電費用，和P_t^e,m分別為t時刻的購電電價和購電功率；

式中，C_gas為購氣費用，c_gas為天然氣價格；P_t^g為t時刻燃氣輪機的發電功率；表示燃氣鍋爐的產熱功率(kW)；η_g和η_b分別為燃氣輪機和燃氣鍋爐的效率；

式中，C_oc為水電運行成本，C_h,s為水電運行維護成本，C_h,pu為棄水懲罰成本；R_h為水電場發電單位功率的成本系數，f_h為水電場的棄水懲罰系數，P_t^h為t時刻水電場的發電功率，P_t^sh為t時刻水電廠的上網功率；

式中，c_hp為制氫價格，為t時刻電解槽的制氫量；

式中，C_capacity為蓄電設備的容量；c_r為充放電成本；P_t^es,c和P_t^es,d分別為t時刻蓄電設備的充電和放電功率；

式中，為t時刻儲熱設備的運維成本；和分別為t時刻儲熱設備的吸熱和放熱功率；

S23、約束條件

為區別水電出力和負荷需求的預測值與實際值，棄水懲罰成本、電力系統功率平衡約束如式(15)、(16)所示：

1)棄水懲罰成本約束

式中，C_h,pu為棄水懲罰成本，f_h為棄水懲罰成本系數，為水電機組在t時段的預測功率，P_t^h為水電機組t時刻的上網功率；

2)電氣平衡約束

購電功率約束：

燃氣輪機功率約束：

水電機組功率約束：

式中，P_t^grid為t時刻電網的發電功率；P_t^g為t時刻燃氣輪機功率；P_t^es,c和P_t^es,d分別為t時刻蓄電設備的充電和放電功率；P_t^ec為t時刻電制冷機功率；P_t^EL為t時刻電解槽功率；為電負荷需求的預測值；P_t^g為t時刻燃氣輪機功率；P_t^sh為t時刻水電機組的發電出力；F_t^g為t時刻燃氣輪輸入的燃料耗量，η_GT為燃氣輪機效率；

3)熱平衡約束：

式中，和分別為t時刻燃氣鍋爐功率和余熱回收鍋爐功率，η_GB和η_RB分別為t時刻燃氣鍋爐效率和余熱鍋爐效率；為t時刻熱負荷；P_t^GB為燃氣鍋爐t時刻的發電功率；P_t^RB為余熱回收鍋爐t時刻的發電功率；

4)冷平衡功率約束：

式中，η_EC為_t時刻電制冷機制冷系數；P_t^EC為_t時刻電制冷機功率；為_t時刻冷負荷；

5)蓄電設備運行約束：

式中：和分別為_t時刻蓄電池充電功率的上限和下限；和分別為_t時刻蓄電池放電功率的上限和下限；和分別為_t時刻蓄電池充電和放電狀態標記位，其值為0分別表示停止充電和放電，為1分別表示進行充電和放電；W_t^es為_t時刻蓄電池儲存的電能；σ_es為蓄電池自放電率；η_es,c和η_es,d分別為蓄電池的充電和放電效率；和分別為蓄電池儲能的上限和下限；

6)儲熱設備運行約束：

式中，和分別為_t時刻儲熱設備吸熱功率的上限和下限；和分別為_t時刻儲熱設備放熱功率的上限和下限；和分別為_t時刻儲熱設備吸熱和放熱狀態標記位，其值為0表示停止吸、放熱，1表示進行吸、放熱；W_t^hs為_t時刻儲熱設備儲存的電能；σ_hs為儲熱設備自放熱率；η_hs,c和η_hs,d分別為儲熱設備的吸熱和放熱效率；和分別為儲熱設備功率的上限和下限；

7)儲氫設備運行約束：

式中，和分別為_t和_t-1時刻儲氫罐中氫的含量；和分別為儲氫罐的氫氣輸入量和輸出量；E_in,max和E_out,max分別為儲氫罐輸入和發出的最大氫量；E_h,min和E_h,max分別為儲氫容量的上限和下限；分別為調度始末的儲氫量；

8)IES各類設備的運行工況約束：

式中，P_t^GT為t時刻燃氣輪機的電功率；S_GT為燃氣輪機的額定容量；η_GT為燃氣輪機的額定發電效率；為t時刻燃氣鍋爐的熱效率；S_GB為燃氣鍋爐的額定容量；η_GB為燃氣鍋爐的額定供熱效率；為t時刻電制冷機的制冷功率；S_EC為電制冷機的額定容量；η_EC為電制冷機的制冷效率；

“0.25S_GTη_GT≤P_t^GT≤S_GTη_GT”中輸出功率的下限為燃氣輪機的最低負荷率(25％)與其配置容量、能量轉換效率的乘積，上限為燃氣輪機配置容量與其能量轉換效率的乘積；中輸出功率的下限為燃氣鍋爐的最低負荷率(30％)與其配置容量、能量轉換效率的乘積，上限為燃氣鍋爐配置容量與其能量轉換效率的乘積；中輸入下限設置為0，上限為電制冷機配置容量與其能量轉換效率的乘積。