基于区间方法的热-电耦合多能流系统功率风险评估方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于区间方法的热‑电耦合多能流系统功率风险评估方法，属于综合能源系统的风险评估技术领域。本发明专利技术的风险评估方法，建立多能流系统的设备模型、多能流系统中的随机性模型，考虑系统内储能设备、灵活机组的优化调度对于不确定性的消纳作用，给出求解此随机性问题的区间方法，计算未来一天内可再生能源的不确定性、电用户热用户耗能的不确定性会对多能流系统功率平衡造成的风险大小。本方法更准确地计算了电‑热耦合多能流系统的运行风险。有利于提高运行安全性，并且有助于降低多能流系统的运行成本。为探索可再生能源多元消纳、多能系统联合调度做出了一定贡献。

【技术实现步骤摘要】
基于区间方法的热-电耦合多能流系统功率风险评估方法
本专利技术涉及一种基于区间方法的热-电耦合多能流系统功率风险评估方法，属于综合能源系统的风险评估

技术介绍
：多能流系统涵盖电、热、冷、气等多个能流子系统，各子系统通过冷热电联产(CHP/CCHP)、热泵等设备转化并耦合在一起。近年来能源互联网的兴起，使得以电、热、冷、气多种形式传输能量的多能网络显现出其优越性。多能流系统的建立一方面具有可观的效益，另一方面多能耦合也导致各子系统内的不确定性因素相互作用，会影响用户的正常用能，甚至会影响多能流系统的整体安全性。多能流系统风险评估就是风险事件发生之前，对可能造成的影响和损失的可能性进行评估，从而对多能流系统的运行调度人员进行预警，以便进行相应的控制手段。多能流系统风险评估需要考虑多种能流之间的耦合作用、需要考虑可再生能源和多能流用户负荷的不确定性，相比于传统电力系统的风险评估，多能流风险评估有高的复杂度。一个多能流系统通常包含风力发电、光伏发电等可再生能源发电，这些电源的功率随天气的随机变化而变化影响较大，这可能会导致电网功率不平衡；电负荷、热负荷自身有随机性，耦合到电网侧也可能会导致功率不平衡；电网中的储能设备、灵活机组快速调节输出功率，能够减小电网功率不平衡的概率。通过风险评估对上述因素进行综合分析之后可以得到多能流系统运行风险的大小。当风险较大时可以指导运行调度人员实施控制手段，提高运行安全性；当风险较小或没有风险时可以指导多能流系统采取相对激进的运行方式，以降低多能流系统的运行成本。
技术实现思路
本专利技术目的是提出一种基于区间方法的热-电耦合多能流系统功率风险评估方法，建立多能流系统的设备模型、多能流系统中的随机性模型，考虑系统内储能设备、灵活机组的优化调度对于不确定性的消纳作用，给出求解此随机性问题的区间方法，然后计算未来一天内可再生能源的不确定性、电用户热用户耗能的不确定性会对多能流系统功率平衡造成的风险大小。本专利技术提出的基于区间方法的热-电耦合多能流系统功率风险评估方法，包括以下步骤：(1)建立一个电-热耦合多能流系统运行随机性模型：设电-热耦合多能流系统中包含有S个热电联产机组、E个电储能设备、H个热储能设备、L1个电负荷、L2个热负荷和P个光伏电站，电-热耦合多能流系统通过联络线与外部电网相连；从电-热耦合多能流系统获取的未来一天各调度时刻t的光伏发电的有功功率预测值、电负荷有功功率预测值和热负荷有功功率预测值的区间预测数据，建立随机性模型如下：Ppvdown(t)≤Ppv(t)≤Ppvup(t)Pedown(t)≤Pe(t)≤Peup(t)Phdown1(t)≤Ph,1(t)≤Phup,1(t)Phdown2(t)≤Ph,2(t)≤Phup,2(t)...Phdown,L2(t)≤Ph,L2(t)≤Phup,L2(t)其中，t为调度时刻，t＝1,2,...,T,用于区分未来一天内的T个调度时刻，Ppv(t)为t调度时刻所有P个光伏电站的总发电功率，Pe(t)为t调度时刻所有L1个电负荷的总有功功率，Ph,1(t)、Ph,2(t)、...、Ph,L2(t)分别表示各热负荷的功率，Ppvdown(t)、Pedown(t)、Phdown1(t)、Phdown2(t)、...、Phdown,L2(t)分别为t调度时刻的光伏发电、电负荷、热负荷功率区间预测的下限，Ppvup(t)、Peup(t)、Phup,1(t)、Phup,2(t)、...、Phup,L2(t)分别为t调度时刻的光伏发电功率、电负荷功率、热负荷功率区间预测的上限，Ppv(t)、Pe(t)、Ph,1(t)、Ph,2(t)、...、Ph,L2(t)为随机变量；(2)建立电-热耦合多能流系统的条件约束，包括：(2-1)储能设备运行约束条件：E个电储能设备的约束条件为：0≤Pdis(t)≤Pdmax，0≤Pchar(t)≤Pcmax0≤SoC(t)≤SoCmaxSoC(t)＝SoC(t-1)-Pdis(t)+Pchar(t)，t＝2,3,...,T其中，Pdis(t)为第t个调度时刻所有E个电储能设备的总放电功率，Pchar(t)为第t个调度时刻所有E个电储能设备的总充电功率，Pdmax为总放电功率的最大值，Pcmax为总充电功率的最大值，SoC(t)为第t个调度时段所有E个电储能设备总储电状态，SoCmax为储能容量的最大值。Pdis(t)、Pchar(t)、SoC(t)分别为进行调度控制的量；H个热储能设备的约束条件为：0≤Qdis,hh(t)≤Qdmax,hh，0≤Qchar,hh(t)≤Qcmax,hh,0≤EHhh(t)≤EHmax,hhEHhh(t)＝EHhh(t-1)+Qchar,hh(t)-Qdis,hh(t)hh＝1,2,...,H其中，Qdis,hh(t)为第t个调度时刻各热储能设备的放热功率，Qdmax,hh为各热储能设备的放热功率最大值，Qchar,hh(t)为第t个调度时刻各热储能设备吸热功率，Qcmax,hh为各热储能设备的吸热功率最大值，EHhh(t)为第t个调度时刻各热储能设备的储热状态，EHmax,hh为各热储能设备储热容量的最大值，Qdis,hh(t)、Qchar,hh(t)、EHhh(t)分别为进行调度控制的量；(2-2)热电联产机组运行约束条件为：将S个热电联产机组中的第s个热电联产机组的可行域,凸多边形的Ds个顶点记为(Pd,s,Qd,s),d＝1,2...Ds,用顶点的线性组合来描述可行域，则可行域内的一点(ps,qs)满足：其中，各个热电联产机组的电功率p1(t)、p2(t)、...、pS(t)，各个热电联产机组的热功率q1(t)、q2(t)、...、qS(t)；热电联产机组有功功率爬坡的约束条件为：其中，RAMPsdown和RAMPsup分别为第s台热电联产机组有功功率的向上、向下爬坡速率的最大值，ps(t)和ps(t-1)分别为第s台热电联产机组在第t个调度时刻和第t-1个调度时刻的有功功率；(2-3)获取电-热耦合多能流系统中电网和热网的运行约束条件：从电-热耦合多能流系统的能量管理系统中，获得电-热耦合多能流系统中电网、热网的安全运行约束Ψsc，包括：电网支路有功功率允许最大值和电网支路有功功率允许最小值，电-热耦合多能流系统中热网节点温度允许最大值、热网节点温度允许最小值、热网支路流量允许最大值和热网支路流量允许最小值；(2-4)热网潮流约束条件为：假设热网管道中的流量保持不变，建立矩阵形式的热网潮流方程如下：上述热网潮流方程中，A为关联矩阵，记热网中有N个节点和B条支路，建立上关联矩阵和下关联矩阵A：上述热网潮流方程中：Cp为热网传热递质的比热容，m为B条支路中的一条支路的流量，m的下标表示支路的序号，M为B条支路的流量组成的向量，Tn为热网各节点温度组成的向量，Te为热网各支路末端的温度组成的向量，Ta为环境温度，QJ为热网个节点的热负荷组成的向量，C是以各支路的管道热损系数作为对角元的对角阵，λ是热网各支路的单位长度导热率，λ的下标表示支路的序号，L是热网各支路的长度，L的下标表示支路的序号；(3)建立热-电耦合多能流系统功率平衡风险的目标函数：计算调度时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于区间方法的热‑电耦合多能流系统功率风险评估方法，其特征在于该方法包括以下步骤：(1)建立一个电‑热耦合多能流系统运行随机性模型：设电‑热耦合多能流系统中包含有S个热电联产机组、E个电储能设备、H个热储能设备、L1个电负荷、L2个热负荷和P个光伏电站，电‑热耦合多能流系统通过联络线与外部电网相连；从电‑热耦合多能流系统获取的未来一天各调度时刻t的光伏发电的有功功率预测值、电负荷有功功率预测值和热负荷有功功率预测值的区间预测数据，建立随机性模型如下：Ppvdown(t)≤Ppv(t)≤Ppvup(t)Pedown(t)≤Pe(t)≤Peup(t)Phdown1(t)≤Ph,1(t)≤Phup,1(t)Phdown2(t)≤Ph,2(t)≤Phup,2(t)...Phdown,L2(t)≤Ph,L2(t)≤Phup,L2(t)其中，t为调度时刻，t＝1,2,...,T,用于区分未来一天内的T个调度时刻，Ppv(t)为t调度时刻所有P个光伏电站的总发电功率，Pe(t)为t调度时刻所有L1个电负荷的总有功功率，Ph,1(t)、Ph,2(t)、...、Ph,L2(t)分别表示各热负荷的功率，Ppvdown(t)、Pedown(t)、Phdown1(t)、Phdown2(t)、...、Phdown,L2(t)分别为t调度时刻的光伏发电、电负荷、热负荷功率区间预测的下限，Ppvup(t)、Peup(t)、Phup,1(t)、Phup,2(t)、...、Phup,L2(t)分别为t调度时刻的光伏发电功率、电负荷功率、热负荷功率区间预测的上限，Ppv(t)、Pe(t)、Ph,1(t)、Ph,2(t)、...、Ph,L2(t)为随机变量；(2)建立电‑热耦合多能流系统的条件约束，包括：(2‑1)储能设备运行约束条件：E个电储能设备的约束条件为：0≤Pdis(t)≤Pdmax，0≤Pchar(t)≤Pcmax0≤SoC(t)≤SoCmaxSoC(t)＝SoC(t‑1)‑Pdis(t)+Pchar(t)，t＝2,3,...,T其中，Pdis(t)为第t个调度时刻所有E个电储能设备的总放电功率，Pchar(t)为第t个调度时刻所有E个电储能设备的总充电功率，Pdmax为总放电功率的最大值，Pcmax为总充电功率的最大值，SoC(t)为第t个调度时段所有E个电储能设备总储电状态，SoCmax为储能容量的最大值。Pdis(t)、Pchar(t)、SoC(t)分别为进行调度控制的量；H个热储能设备的约束条件为：0≤Qdis,hh(t)≤Qdmax,hh，0≤Qchar,hh(t)≤Qcmax,hh,0≤EHhh(t)≤EHmax,hhEHhh(t)＝EHhh(t‑1)+Qchar,hh(t)‑Qdis,hh(t)hh＝1,2,...,H其中，Qdis,hh(t)为第t个调度时刻各热储能设备的放热功率，Qdmax,hh为各热储能设备的放热功率最大值，Qchar,hh(t)为第t个调度时刻各热储能设备吸热功率，Qcmax,hh为各热储能设备的吸热功率最大值，EHhh(t)为第t个调度时刻各热储能设备的储热状态，EHmax,hh为各热储能设备储热容量的最大值，Qdis,hh(t)、Qchar,hh(t)、EHhh(t)分别为进行调度控制的量；(2‑2)热电联产机组运行约束条件为：将S个热电联产机组中的第s个热电联产机组的可行域,凸多边形的Ds个顶点记为(Pd,s,Qd,s),d＝1,2...Ds,用顶点的线性组合来描述可行域，则可行域内的一点(ps,qs)满足：...

【技术特征摘要】
1.一种基于区间方法的热-电耦合多能流系统功率风险评估方法，其特征在于该方法包括以下步骤：(1)建立一个电-热耦合多能流系统运行随机性模型：设电-热耦合多能流系统中包含有S个热电联产机组、E个电储能设备、H个热储能设备、L1个电负荷、L2个热负荷和P个光伏电站，电-热耦合多能流系统通过联络线与外部电网相连；从电-热耦合多能流系统获取的未来一天各调度时刻t的光伏发电的有功功率预测值、电负荷有功功率预测值和热负荷有功功率预测值的区间预测数据，建立随机性模型如下：Ppvdown(t)≤Ppv(t)≤Ppvup(t)Pedown(t)≤Pe(t)≤Peup(t)Phdown1(t)≤Ph,1(t)≤Phup,1(t)Phdown2(t)≤Ph,2(t)≤Phup,2(t)...Phdown,L2(t)≤Ph,L2(t)≤Phup,L2(t)其中，t为调度时刻，t＝1,2,...,T,用于区分未来一天内的T个调度时刻，Ppv(t)为t调度时刻所有P个光伏电站的总发电功率，Pe(t)为t调度时刻所有L1个电负荷的总有功功率，Ph,1(t)、Ph,2(t)、...、Ph,L2(t)分别表示各热负荷的功率，Ppvdown(t)、Pedown(t)、Phdown1(t)、Phdown2(t)、...、Phdown,L2(t)分别为t调度时刻的光伏发电、电负荷、热负荷功率区间预测的下限，Ppvup(t)、Peup(t)、Phup,1(t)、Phup,2(t)、...、Phup,L2(t)分别为t调度时刻的光伏发电功率、电负荷功率、热负荷功率区间预测的上限，Ppv(t)、Pe(t)、Ph,1(t)、Ph,2(t)、...、Ph,L2(t)为随机变量；(2)建立电-热耦合多能流系统的条件约束，包括：(2-1)储能设备运行约束条件：E个电储能设备的约束条件为：0≤Pdis(t)≤Pdmax，0≤Pchar(t)≤Pcmax0≤SoC(t)≤SoCmaxSoC(t)＝SoC(t-1)-Pdis(t)+Pchar(t)，t＝2,3,...,T其中，Pdis(t)为第t个调度时刻所有E个电储能设备的总放电功率，Pchar(t)为第t个调度时刻所有E个电储能设备的总充电功率，Pdmax为总放电功率的最大值，Pcmax为总充电功率的最大值，SoC(t)为第t个调度时段所有E个电储能设备总储电状态，SoCmax为储能容量的最大值。Pdis(t)、Pchar(t)、SoC(t)分别为进行调度控制的量；H个热储能设备的约束条件为：0≤Qdis,hh(t)≤Qdmax,hh，0≤Qchar,hh(t)≤Qcmax,hh,0≤EHhh(t)≤EHmax,hhEHhh(t)＝EHhh(t-1)+Qchar,hh(t)-Qdis,hh(t)hh＝1,2,...,H其中，Qdis,hh(t)为第t个调度时刻各热储能设备的放热功率，Qdmax,hh为各热储能设备的放热功率最大值，Qchar,hh(t)为第t个调度时刻各热储能设备吸热功率，Qcmax,hh为各热储能设备的吸热功率最大值，EHhh(t)为第t个调度时刻各热储能设备的储热状态，EHmax,hh为各热储能设备储热容量的最大值，Qdis,hh(t)、Qchar,hh(t)、EHhh(t)分别为进行调度控制的量；(2-2)热电联产机组运行约束条件为：将S个热电联产机组中的第s个热电联产机组的可行域,凸多边形的Ds个顶点记为(Pd,s,Qd,s),d＝1,...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙宏斌，王莉，郭庆来，熊文，刘育权，蔡莹，吴任博，华煌圣，曾顺奇，王彬，车浩田，沈欣炜，
申请(专利权)人：北京清大高科系统控制有限公司，广州供电局有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11