一种多区域虚拟电厂综合能源协调调度优化模型制造技术

本发明专利技术提供了一种多区域虚拟电厂综合能源协调调度优化模型，用以解决聚合位于不同区域的多种分布式能源和负荷的虚拟电厂冷热电协调调度优化建模问题。该模型聚合单元包括燃气轮机、锅炉、风机、光伏、电储能、热储能、电负荷、热负荷、冷负荷以及相应的冷热电系统配套装置，如电制冷机吸收式制冷机、余热回收装置和热交换器。该模型考虑虚拟电厂内不同区域间的冷热电交互，以及区域内的电、热、冷互补问题。本模型能实现虚拟电厂内不同区域和不同类型聚合单元的冷热电协调优化调度，有效降低虚拟电厂成本。

A multi region virtual power plant integrated energy coordination scheduling optimization model

The invention provides a multi area virtual power plant comprehensive energy coordinated dispatching optimization model, which is used to solve the problem of optimizing the modeling of cold and heat coordinated dispatching of virtual power plants with different distributed energy and load in different regions. The model polymerization unit includes gas turbine, boiler, fan, photovoltaic, electrical energy storage, thermal energy storage, electric load, heat load, cooling load and corresponding cooling and heating system matching devices, such as electric refrigerator, absorption chiller, waste heat recovery unit and heat exchanger. The model takes into account the cold and heat interaction between different regions in the virtual power plant, as well as the electric, thermal and cold complementarity problems in the region. This model can realize the coordinated and optimized scheduling of different regions and different types of polymerization units in the virtual power plant, and effectively reduce the cost of virtual power plants.

【技术实现步骤摘要】
一种多区域虚拟电厂综合能源协调调度优化模型
本专利技术属于电力系统电源调度领域，特别涉及一种多区域虚拟电厂综合能源协调调度优化模型。
技术介绍
能源关乎国家根本，近年来，随着综合能源系统、能源互联网等理念的推广，能源行业朝着高效、安全和可持续的能源利用模式不断发展。基于分布式能源的冷热电联供系统通过能量的梯级利用，实现了更高能源利用率、更低能源成本以及更好环保性能等多功能目标，成为区域综合能源系统发展的重要方向和形式。然而，包括冷热电联供系统在内的区域综合能源系统由于地理位置分散，往往都是独立运行，彼此间缺乏协调，难免存在资源配置不合理、系统整体安全性不强等问题。而虚拟电厂技术可以很好地解决上述问题，通过先进的通信、计量、控制等技术聚合不同区域的冷热电联供系统，并通过更高层面的软件构架，虚拟电厂能实现不同区域冷热电联供系统的协调优化控制，从而获得更好经济和环保效益。与微网相比，虚拟电厂更侧重于吸引并聚合不同区域、不同类型的分布式能源参与电网调度和电力市场交易[7-8]。除传输电能外，虚拟电厂还可提供旋转备用服务，因此，虚拟电厂可参与的电力市场包括能量市场和旋转备用市场。同时参与能量和旋转备用市场可提高决策灵活性，进而获取更大收益。就目前而言，还未有虚拟电厂冷热电协调调度优化的研究，此外，现有研究考虑的虚拟电厂大多位于同一区域，极少涉及多区域虚拟电厂和虚拟电厂区域间能量流动问题。
技术实现思路
专利技术目的：提供了一种多区域虚拟电厂综合能源协调调度优化模型，解决同时参与能量市场和旋转备用市场下，聚合位于不同区域的多种分布式能源和负荷的虚拟电厂冷热电协调调度优化建模问题。该虚拟电厂模型的聚合单元包括燃气轮机、锅炉、风机、光伏、电储能、热储能、电负荷、热负荷、冷负荷等。技术方案：一种多区域虚拟电厂综合能源协调调度优化模型，包括以下步骤：步骤1：建立虚拟电厂内实现冷热电联供的各聚合单元模型；步骤2：建立多区域多区域虚拟电厂综合能源协调调度优化模型的目标函数；步骤3：建立多区域多区域虚拟电厂综合能源协调调度优化模型的约束条件。进一步，步骤1建立虚拟电厂内实现冷热电联供的各聚合单元模型包括：1)燃气轮机和锅炉模型。式中：分别为t时段i区域燃气轮机电功率和余热功率；为t时段i区域锅炉热功率；分别为t时段i区域燃气轮机和锅炉天然气耗量；分别为i区域燃气轮机效率、燃气轮机散热损耗率和锅炉效率。2)余热回收装置模型。式中：为t时段i区域余热回收装置供热功率；为i区域余热回收装置效率。3)电制冷机和吸收式制冷机模型。式中：分别为t时段i区域电制冷机输入电功率和输出冷功率；分别为t时段i区域吸收式制冷机输入热功率和输出冷功率；分别为i区域电制冷机和吸收式制冷机制冷系数。4)风机模型。式中：vi,t分别为t时段i区域风机输出功率和实际风速；分别为i区域风机额定功率、额定风速、切入风速和切出风速。5)光伏模型。式中：Ii,t分别为t时段i区域光伏输出功率和太阳辐射强度；分别为i区域光伏板能量转换效率和面积。6)储能模型。式中：分别为t时段i区域电储能蓄电量和热储能储热量；分别为t-1时段i区域电储能蓄电量和热储能储热量；分别为i区域电储能和热储能自身能量损耗率；分别为t时段i区域电储能充、放电功率和热储能储、放热功率；分别为i区域电储能充、放电效率和热储能储、放热效率。7)热、冷管道模型。式中：分别为t时段i区域向j区域输送能量时i区域输出的热功率和j区域输入的热功率；分别为t时段i区域向j区域输送能量时i区域输出的冷功率和j区域输入的冷功率；σtf、σcf分别为单位距离热能和冷能损耗率；为i区域和j区域间的距离。进一步，步骤2建立多区域虚拟电厂综合能源协调调度优化模型的目标函数包括：该模型以虚拟电厂净利润最大化(净成本最小化)为优化目标，决策变量包括各区域在能量市场的交易量和向旋转备用市场提供的备用容量、燃气轮机电功率和锅炉热功率、燃气轮机和可中断负荷备用容量、电制冷机和吸收式制冷机功率、电储能充放电功率、热储储放热功率、中断电负荷量、冷热管道输送功率，其目标函数为：目标函数包含4个部分，分别为i区域电力市场收益燃气轮机和锅炉成本中断负荷成本和环境成本每部分具体表达式如下。包括能量市场和旋转备用市场的收益：式中：分别为t时段能量市场和旋转备用市场电价；分别为t时段i区域在能量市场的交易量(正为售电，负为购电)和向旋转备用市场提供的备用容量。包括燃气轮机和锅炉的燃料成本、燃气轮机的启停成本：式中：为t时段天然气价格；分别为i区域燃气轮机的启动和停止成本；布尔变量分别表示t时段i区域燃气轮机是否启动、停止，是则置1，否则置0。表示为当虚拟电厂中断用户负荷时，需支付一定的补偿费用。考虑到不同中断程度对用户的影响不同，将中断补偿价格与负荷中断等级挂钩，中断等级越高，补偿价格越高：式中：nm为中断等级数；为第m级中断负荷补偿价格；为t时段i区域第m级中断负荷。为从电网购电以及燃气轮机和锅炉运行时产生污染气体(包括CO2、SO2、NOx、CO)对应的环境损失和受到的罚款。式中：ne为污染气体的种类；分别为从电网购电、燃气轮机和锅炉运行时产生第e种污染气体的排放强度；Ve、Ye分别为第e种污染气体的环境价值和罚款数量级。进一步，步骤3建立多区域虚拟电厂综合能源协调调度优化模型的约束条件包括：1)各区域电、热、冷功率平衡约束。式中：分别为t时段i区域电、热、冷负荷；为i区域热交换器效率。2)热、冷管道约束。式中：为i区域和j区域间热能传输功率上限；布尔变量表示t时段i区域是否向j区域输送热能，是则置1，否则置0，该布尔变量保证每时段i区域和j区域间功率流动方向唯一。由于冷管道与热管道约束条件形式一致，不再赘述。3)燃气轮机约束。式中：Pimt,max、Pimt,min分别为i区域燃气轮机电功率上、下限；为t时段i区域燃气轮机备用容量；布尔变量表示t时段i区域燃气轮机是否运行，是则置1，否则置0；分别为t-1时段i区域燃气轮机电功率；riu、rid分别为i区域燃气轮机向上、向下爬坡率；tr为备用服务时间；布尔变量表示t-1时段i区域燃气轮机是否运行，是则置1，否则置0。4)储能约束。式中：Piesc,max、Piesd,max分别为i区域电储能最大充、放电功率；布尔变量分别表示t时段i区域电储能是否充、放电，是则置1，否则置0；分别为i区域电储能蓄电量上、下限和始、末值；分别为初始时段和末尾时段i区域电储能蓄电量。热储能与电储能约束的形式一致，不再赘述。5)中断负荷约束。式中：为i区域第m级负荷中断系数；为t时段i区域中断负荷；为t时段i区域负荷备用容量。6)备用容量约束。7)锅炉、余热回收装置、电制冷机和吸收式制冷机约束。式中：分别为i区域锅炉、余热回收装置、电制冷机和吸收式制冷机功率上限。有益效果：本专利技术相对于现有技术：考虑了虚拟电厂内不同区域间的冷热电交互，以及区域内的电、热、冷互补，解决了聚合位于不同区域的多种分布式能源和负荷的虚拟电厂冷热电协调调度优化建模问题。该模型能实现虚拟电厂内不同区域和不同类型聚合单元的冷热电协调优化调度，有效降低虚拟电厂成本。附图说明图1为本专利技术模型建立的流程图；图2为多区域虚拟电厂结构示意图；图3为虚拟电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多区域虚拟电厂综合能源协调调度优化模型，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：建立虚拟电厂内实现冷热电联供的各聚合单元模型；步骤2：建立多区域虚拟电厂综合能源协调调度优化模型的目标函数；步骤3：建立多区域虚拟电厂综合能源协调调度优化模型的约束条件。

【技术特征摘要】
1.一种多区域虚拟电厂综合能源协调调度优化模型，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：建立虚拟电厂内实现冷热电联供的各聚合单元模型；步骤2：建立多区域虚拟电厂综合能源协调调度优化模型的目标函数；步骤3：建立多区域虚拟电厂综合能源协调调度优化模型的约束条件。2.根据权利要求1所述的多区域虚拟电厂综合能源协调调度优化模型，其特征在于：所述步骤1建立虚拟电厂内实现冷热电联供的各聚合单元模型包括以下步骤：1)燃气轮机和锅炉模型：式中：分别为t时段i区域燃气轮机电功率和余热功率；为t时段i区域锅炉热功率；分别为t时段i区域燃气轮机和锅炉天然气耗量；分别为i区域燃气轮机效率、燃气轮机散热损耗率和锅炉效率；2)余热回收装置模型：式中：为t时段i区域余热回收装置供热功率；为i区域余热回收装置效率；3)电制冷机和吸收式制冷机模型：式中：分别为t时段i区域电制冷机输入电功率和输出冷功率；分别为t时段i区域吸收式制冷机输入热功率和输出冷功率；分别为i区域电制冷机和吸收式制冷机制冷系数；4)风机模型：式中：vi,t分别为t时段i区域风机输出功率和实际风速；Piwtr、分别为i区域风机额定功率、额定风速、切入风速和切出风速；5)光伏模型：式中：Ii,t分别为t时段i区域光伏输出功率和太阳辐射强度；分别为i区域光伏板能量转换效率和面积；6)储能模型：式中：分别为t时段i区域电储能蓄电量和热储能储热量；分别为t-1时段i区域电储能蓄电量和热储能储热量；分别为i区域电储能和热储能自身能量损耗率；分别为t时段i区域电储能充、放电功率和热储能储、放热功率；分别为i区域电储能充、放电效率和热储能储、放热效率；7)热、冷管道模型：式中：分别为t时段i区域向j区域输送能量时i区域输出的热功率和j区域输入的热功率；分别为t时段i区域向j区域输送能量时i区域输出的冷功率和j区域输入的冷功率；σtf、σcf分别为单位距离热能和冷能损耗率；为i区域和j区域间的距离。3.根据权利要求1所述的多区域虚拟电厂综合能源协调调度优化模型，其特征在于：所述步骤2建立多区域虚拟电厂综合能源协调调度优化模型的目标函数包括以下步骤：该模型以虚拟电厂净利润最大化为优化目标，决策变量包括各区域在能量市场的交易量和向旋转备用市场提供的备用容量、燃气轮机电功率和锅炉热功率、燃气轮机和可中断负荷备用容量、电制冷机和吸收式制冷机功率、电储能充放电功率、热储储放热功率、中断电负荷量、冷热管道输送功率，其目标函数为：目标函数包含4个部分，分别为i区域电力市场收益燃气轮机和锅炉成本中断负荷成本和环境成本每部分具体表达式如下；包括能量市场和旋转备用市场的收益：式中：分别为t时段能量市场和旋转备用市场电价；为t时段i区域在能量市场的交易量，其中正为售电，负为购电，为t时段i区域向旋转备用市场提供的备用容量；包括燃气轮机和锅炉的燃料成本、燃气轮机的启停成本：式中：为t时段天然气价格；分别为i区域燃气轮机的启动和停止成本；布尔变量分别表示t时段i区域燃气轮机是否启动、停止，是则置1，否则置0；表示为当虚拟电厂中断用户负荷时，需支付一定的补偿费用；考虑到不同中断程度对用户的影响不同，将中断补偿价格与负荷中断等级挂钩，中断等级越高，补偿价格越高：式中：nm为中断等级数；为第m级中断负荷补偿价格；为t时段i区域第m级中断负荷；为从电网购电以及燃气轮机和锅炉运行时产生污染气体...

【专利技术属性】
技术研发人员：周亦洲，孙国强，卫志农，孙永辉，臧海祥，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32