CN109034508A - 考虑电热双重不确定性的综合能源***鲁棒优化调度方法 - Google Patents

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Abstract

本发明专利公开了一种考虑电热双重不确定性的综合能源***鲁棒优化调度方法，通过建立综合能源***鲁棒优化调度模型目标函数及约束条件，再建立综合能源***净电负荷不确定集及室外温度不确定集，采用对偶方法将鲁棒优化调度模型转化为单层优化问题并求解，充分考虑了净电负荷及热负荷双重不确定因素对综合能源***运行的影响，较为全面的考虑综合能源***中的不确定性因素，保证综合能源***的安全稳定运行。

Description

考虑电热双重不确定性的综合能源***鲁棒优化调度方法
所属领域
本发明属于综合能源***领域，具体涉及一种考虑电热双重不确定性的综合能源***鲁棒优化调度方法。
背景技术
综合能源***集成了电、气、冷、热等多种能量，通过能量间的灵活转换与梯级利用大大提高了***能源效率与环保性，是构建未来绿色、环保、高效、可持续的能源***的关键。为了有效实现综合能源***的能效与环保特性，科学合理的运行策略是不可或缺的技术。
综合能源***运行优化中存在大量的不确定性因素，传统的运行优化方法通常只考虑电负荷及可再生能源的不确定性，对热负荷的不确定性通常不予考虑或仅予以简单的考虑，因此无法较为全面的考虑综合能源***中的不确定性因素，给***运行的稳定性与经济性带来不利影响。
发明内容
本发明正是针对现有技术中的问题，提供了一种考虑电热双重不确定性的综合能源***鲁棒优化调度方法，克服电、热双重不确定性因素对综合能源***运行优化的不利影响，保证综合能源***的安全稳定运行。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：考虑电热双重不确定性的综合能源***鲁棒优化调度方法，包括以下步骤：
S1，建立综合能源***鲁棒优化调度模型目标函数；
S2，建立综合能源***鲁棒优化调度模型约束条件；
S3，建立综合能源***净电负荷不确定集及室外温度不确定集；
S4，建立综合能源***鲁棒优化调度模型并求解。
作为本发明的一种改进，所述步骤S1中建立的综合能源***鲁棒优化调度模型目标函数为：
其中，x为决策变量；t为调度时段；T为调度时段集合；为t时段净负荷值；为t时段室外温度值；U为净电负荷不确定集；W为室外温度不确定集；cgas为天然气价格；为t时段燃气轮机输出电功率；为t时段燃气锅炉输出热功率；ηgt为燃气轮机发电效率；ηgb为燃气锅炉效率。
作为本发明的一种改进，所述步骤S2进一步包括：
S21，建立综合能源***设备运行约束条件；
S22，建立综合能源***能量平衡约束；
S23，建立综合能源***热负荷约束条件。
作为本发明的又一种改进，所述步骤S21建立的综合能源***设备运行约束条件包括燃气轮机运行约束条件、燃气锅炉运行约束条件、余热回收装置运行约束条件、换热装置运行约束条件以及储能装置运行约束条件，
所述燃气轮机运行约束条件为：
其中，为燃气轮机运行状态二进制变量； P gt分别为燃气轮机最大容量与最小运行功率；
所述燃气锅炉、余热回收装置和换热装置运行约束条件为：
其中，为燃气锅炉最大容量；为余热回收装置最大容量；为t时段余热回收装置输出热功率；为换热装置最大容量；为t时段换热装置输出热功率；
所述储能装置中蓄电池约束条件为：
其中，分别为蓄电池充放电功率；分别为蓄电池最大充放电功率；分别为蓄电池充放电状态；为第td时段蓄电池的能量；σbt为蓄电池能量损耗率；ηbt,chr、ηbt,dis分别为蓄电池的充放电效率。
作为本发明的又一种改进，所述步骤S22所建立的综合能源***能量平衡约束包括燃气轮机热电平衡约束、***电功率平衡约束以及***热功率平衡约束：
所述燃气轮机热电平衡约束为：
其中，为燃气轮机t时段输出热功率；α为燃气轮机热电比；
所述***电功率平衡约束为：
其中，为净电负荷功率；
所述***热功率平衡约束为：
其中，ηhr、ηhe分别为余热回收装置和换热装置效率；为热负荷功率。
作为本发明的另一种改进，所述步骤S23建立的综合能源***热负荷约束条件为：
其中，分别为t和t+1时段建筑物室内温度；△t为调度指令时间间隔；Rs为建筑物热阻；Cair为建筑物室内空气热容；为室外温度； τ in分别为建筑物室内温度最大值与最小值；τin,0为建筑物室内温度初始值。
作为本发明的另一种改进，所述步骤S3中建立的综合能源***净电负荷不确定集为：
其中，分别为t时段净电负荷预测值与预测偏差；Γu为净电负荷预测不确定度；
所述步骤S3中建立的综合能源***室外温度不确定集为：
其中，分别为t时段室外温度预测值与预测偏差；Γw为室外温度预测不确定度。
作为本发明的更进一步改进，所述步骤S4进一步包括：
S41，建立综合能源***鲁棒优化调度模型；
S42，求解所建立的鲁棒优化调度模型。
作为本发明的更进一步改进，所述步骤S41建立的综合能源鲁棒优化调度模型为：
s.t.Ax≤B
Cx＝D
其中，x为外层优化变量，包括等；内层优化变量为
与现有技术相比，本发明专利提出了一种考虑电热双重不确定性的综合能源***鲁棒优化调度方法，本质上综合能源***中热负荷不确定性是由室外温度不确定性引起的，因此本方法中通过对室外温度的不确定性建模，来反映热负荷的不确定性，通过建立了热负荷与室外温度的约束关系，通过对室外温度不确定性的刻画来反映热负荷的不确定性，从根本上揭示了综合能源***中热负荷不确定性的源头。本方法可克服电、热双重不确定性因素对综合能源***运行优化的不利影响，较为全面的考虑综合能源***中的不确定性因素，保证综合能源***的安全稳定运行。
附图说明
图1是本发明综合能源***鲁棒优化方法流程图；
图2是本发明建筑物热力学模型；
图3是本发明实施例2中综合能源***结构图；
图4是本发明实施例2优化结果中净电负荷及室外温度预测值及其最坏场景示意图。
具体实施方式
以下将结合附图和实施例，对本发明进行较为详细的说明。
实施例1
一种考虑电热双重不确定性的综合能源***鲁棒优化调度方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1，建立综合能源***鲁棒优化调度模型目标函数：
所建立的综合能源***鲁棒优化调度模型目标函数为：
其中，t为调度时段；T为调度时段集合；为t时段净负荷值；为t时段室外温度值；cgas为天然气价格；为t时段燃气轮机输出电功率；为t时段燃气锅炉输出热功率；ηgt为燃气轮机发电效率；ηgb为燃气锅炉效率。
本质上综合能源***中热负荷不确定性是由室外温度不确定性引起的，因此本方法中通过对室外温度的不确定性建模，来反映热负荷的不确定性。
S2，建立综合能源***鲁棒优化调度模型约束条件，所述步骤进一步包括：
S21，建立综合能源***设备运行约束条件：
所建立的综合能源***设备运行约束条件包括燃气轮机运行约束条件、燃气锅炉运行约束条件、余热回收装置运行约束条件、换热装置运行约束条件、以及储能装置运行约束条件。
所述燃气轮机运行约束条件为：
其中，为燃气轮机运行状态二进制变量； P gt分别为燃气轮机最大容量与最小运行功率。
所述燃气锅炉、余热回收装置和换热装置运行约束条件为：
其中，为燃气锅炉最大容量；为余热回收装置最大容量；为t时段余热回收装置输出热功率；为换热装置最大容量；为t时段换热装置输出热功率。
所述储能装置中蓄电池约束条件为：
其中，分别为蓄电池充放电功率；分别为蓄电池最大充放电功率；分别为蓄电池充放电状态；为第td时段蓄电池的能量；σbt为蓄电池能量损耗率；ηbt,chr、ηbt,dis分别为蓄电池的充放电效率。
S22，建立综合能源***能量平衡约束：
所建立的综合能源***能量平衡约束包括燃气轮机热电平衡约束、***电功率平衡约束以及***热功率平衡约束。
所述燃气轮机热电平衡约束为：
其中，为燃气轮机t时段输出热功率；α为燃气轮机热电比。
所述***电功率平衡约束为：
其中，为净电负荷功率。
所述***热功率平衡约束为：
其中，ηhr、ηhe分别为余热回收装置和换热装置效率；为热负荷功率。
S23，建立综合能源***热负荷约束条件：
综合能源***热负荷热力学模型如图2所示，所建立的综合能源***热负荷约束条件为：
其中，分别为t和t+1时段建筑物室内温度；△t为调度指令时间间隔；Rs为建筑物热阻；Cair为建筑物室内空气热容；为室外温度； τ in分别为建筑物室内温度最大值与最小值；τin,0为建筑物室内温度初始值。
S3，建立综合能源***净电负荷不确定集及室外温度不确定集：
所建立的综合能源***净电负荷不确定集为：
其中，分别为t时段净电负荷预测值与预测偏差；Γu为净电负荷预测不确定度。
所建立的综合能源***室外温度不确定集为：
其中，分别为t时段室外温度预测值与预测偏差；Γw为室外温度预测不确定度。
S4，建立综合能源***鲁棒优化调度模型并求解，所述步骤进一步包括：
S41，建立综合能源***鲁棒优化调度模型：
所建立的综合能源鲁棒优化调度模型具有如下形式：
s.t.Ax≤B
Cx＝D
其中，x为外层优化变量，包括等；内层优化变量为
S42，求解所建立的鲁棒优化调度模型，获取综合能源***运行成本、各设备出力计划、以及***净电负荷和室外温度最坏场景。
实施例2
如图3所示，该综合能源***包含1台5MW的燃气轮机，1台5MW燃气锅炉，容量为1.5MW的风机，1MWh的蓄电池和5MWh的储热罐。热网包含6个节点，其中节点1连接CHP***，节点4、5和6分别连接热负荷。运行优化周期为24h。净电负荷预测不确定度和室外温度预测不确定度均取12，预测偏差均取0.1。分别设置4个场景，分别为不考虑不确定性场景、仅考虑净电负荷不确定性、仅考虑室外温度不确定性、以及同时考虑净电负荷和室外温度不确定性。4个场景下的运行成本如表1所示：
表1***运行成本
上述运行成本可见，场景2比场景1成本增加了3.6％，场景3比场景1成本增加了4.1％，场景4比场景1成本增加了7.4％。由此可见，室外温度不确定性给***运行经济性带来的影响与净电负荷的不确定性相当，其中场景4中净电负荷及室外温度预测值及其相应的最坏场景分别如图4(a)、(b)所示。
因而本方法中通过对室外温度的不确定性建模，来反映热负荷的不确定性，通过建立了热负荷与室外温度的约束关系，通过对室外温度不确定性的刻画来反映热负荷的不确定性，从根本上揭示了综合能源***中热负荷不确定性的源头。本方法可克服电、热双重不确定性因素对综合能源***运行优化的不利影响，较为全面的考虑综合能源***中的不确定性因素，保证综合能源***的安全稳定运行。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实例的限制，上述实例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (9)

1.考虑电热双重不确定性的综合能源***鲁棒优化调度方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，建立综合能源***鲁棒优化调度模型目标函数；
S2，建立综合能源***鲁棒优化调度模型约束条件；
S3，建立综合能源***净电负荷不确定集及室外温度不确定集；
S4，建立综合能源***鲁棒优化调度模型并求解。
2.如权利要求1所述的考虑电热双重不确定性的综合能源***鲁棒优化调度方法，其特征在于所述步骤S1中建立的综合能源***鲁棒优化调度模型目标函数为：
其中，x为决策变量；t为调度时段；T为调度时段集合；为t时段净负荷值；为t时段室外温度值；U为净电负荷不确定集；W为室外温度不确定集；cgas为天然气价格；为t时段燃气轮机输出电功率；为t时段燃气锅炉输出热功率；ηgt为燃气轮机发电效率；ηgb为燃气锅炉效率。
3.如权利要求1所述的考虑电热双重不确定性的综合能源***鲁棒优化调度方法，其特征在于所述步骤S2进一步包括：
S21，建立综合能源***设备运行约束条件；
S22，建立综合能源***能量平衡约束；
S23，建立综合能源***热负荷约束条件。
4.如权利要求3所述的考虑电热双重不确定性的综合能源***鲁棒优化调度方法，其特征在于所述步骤S21建立的综合能源***设备运行约束条件包括燃气轮机运行约束条件、燃气锅炉运行约束条件、余热回收装置运行约束条件、换热装置运行约束条件以及储能装置运行约束条件，
所述燃气轮机运行约束条件为：
其中，为燃气轮机运行状态二进制变量； P gt分别为燃气轮机最大容量与最小运行功率；
所述燃气锅炉、余热回收装置和换热装置运行约束条件为：
其中，为燃气锅炉最大容量；为余热回收装置最大容量；为t时段余热回收装置输出热功率；为换热装置最大容量；为t时段换热装置输出热功率；
所述储能装置中蓄电池约束条件为：
其中，分别为蓄电池充放电功率；分别为蓄电池最大充放电功率；分别为蓄电池充放电状态；为第td时段蓄电池的能量；σbt为蓄电池能量损耗率；ηbt,chr、ηbt,dis分别为蓄电池的充放电效率。
5.如权利要求3所述的考虑电热双重不确定性的综合能源***鲁棒优化调度方法，其特征在于所述步骤S22所建立的综合能源***能量平衡约束包括燃气轮机热电平衡约束、***电功率平衡约束以及***热功率平衡约束：
所述燃气轮机热电平衡约束为：
其中，为燃气轮机t时段输出热功率；α为燃气轮机热电比；
所述***电功率平衡约束为：
其中，为净电负荷功率；
所述***热功率平衡约束为：
其中，ηhr、ηhe分别为余热回收装置和换热装置效率；为热负荷功率。
6.如权利要求3或4或5所述的考虑电热双重不确定性的综合能源***鲁棒优化调度方法，其特征在于所述步骤S23建立的综合能源***热负荷约束条件为：
其中，分别为t和t+1时段建筑物室内温度；△t为调度指令时间间隔；Rs为建筑物热阻；Cair为建筑物室内空气热容；为室外温度； τ in分别为建筑物室内温度最大值与最小值；τin,0为建筑物室内温度初始值。
7.如权利要求6所述的考虑电热双重不确定性的综合能源***鲁棒优化调度方法，其特征在于所述步骤S3中建立的综合能源***净电负荷不确定集为：
其中，分别为t时段净电负荷预测值与预测偏差；Γu为净电负荷预测不确定度；
所述步骤S3中建立的综合能源***室外温度不确定集为：
其中，分别为t时段室外温度预测值与预测偏差；Γw为室外温度预测不确定度。
8.如权利要求1或2或3或7所述的考虑电热双重不确定性的综合能源***鲁棒优化调度方法，其特征在于所述步骤S4进一步包括：
S41，建立综合能源***鲁棒优化调度模型；
S42，求解所建立的鲁棒优化调度模型。
9.如权利要求8所述的考虑电热双重不确定性的综合能源***鲁棒优化调度方法，其特征在于所述步骤S41建立的综合能源鲁棒优化调度模型为：
s.t.Ax≤B
Cx＝D
其中，x为外层优化变量，包括等；内层优化变量为
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