多能互补支撑电网频率调节的多时间尺度优化控制方法技术

本发明专利技术公开了一种多能互补支撑电网频率调节的多时间尺度优化控制方法，包括如下步骤：能源集线器控制中心收集负荷需求、能源供应单元工作状态、电价和气价信息；建立综合能源系统供能、储能以及转化设备约束模型，以运行成本最小为目标，求解能源集线器能源供应单元的经济运行点；测量装置获取电网的实时频率波动，表征电力系统供需平衡状态，并上传至集线器控制中心；建立多能互补支撑电网一次调频的约束模型，以电网频率偏差最小为目标，求解能源供应单元的最优出力调节量，修正长时间尺度经济运行点；能源集线器控制中心根据最优出力调节量下发调频任务；能源供应单元响应调频指令，实施一次频率调节。

Multi time scale optimal control method for multi energy complementary power grid frequency regulation

The invention discloses a multi-time-scale optimal control method for frequency regulation of multi-energy complementary supporting power grid, which comprises the following steps: the energy hub control center collects information on load demand, the working state of energy supply unit, electricity price and gas price; and establishes a constraint model for energy supply, energy storage and conversion equipment of an integrated energy system; In order to minimize the operation cost, the economic operation point of the energy supply unit of the energy hub is solved; the real-time frequency fluctuation of the power grid is obtained by the measuring device to characterize the balance of supply and demand of the power system, and uploaded to the hub control center; and the constraint model of the primary frequency modulation of the multi-energy complementary supporting power grid is established to calculate the frequency deviation of the power grid. With the minimum objective, the optimal output regulation of the energy supply unit is solved to correct the long-term economic operation point; the energy hub control center sends down the frequency modulation task according to the optimal output regulation; and the energy supply unit responds to the frequency modulation instruction to implement the primary frequency modulation.

【技术实现步骤摘要】
多能互补支撑电网频率调节的多时间尺度优化控制方法
本专利技术的实施例涉及电网频率调节方法，具体而言，涉及一种多能互补支撑电网频率调节的多时间尺度优化控制方法。
技术介绍
随着全球能源需求增加，化石能源短缺和环境问题日益凸显，能源的综合高效利用成为世界各国的关注焦点，综合能源系统应运而生。综合能源系统指在规划、建设和运行等过程中，对各种能源的生产、传输与分配(供能网络)、转换、存储、消费、交易等环节实施有机协调与优化，形成的能源产、供和销一体化系统。一方面，实现能源梯级利用，提高能源综合利用率；另一方面，挖掘和利用不同能源间的互补替代性，实现能源由源至荷的全环节、全过程协同优化。频率稳定是维持电力系统安全稳定运行的重要保障。能源系统优化分配技术通常关注小时级或数十分钟级的长时间尺度优化调度，因而实际运行中，无法为电网频率调节提供支撑。在多时间尺度控制架构下，通过多能互补短时间尺度优化可在保证电网经济运行的同时，平抑电网频率波动，改善系统频率质量。电动汽车是一种新型交通工具，肩负充电负荷和移动储能单元双重特性，具有响应速度快、调节性能好等特点。热电联产是建立在能量梯级利用概念上，统一解决电能和热能供应问题的一种经济节能、环境友好的用能方式，其主要设备是燃气轮机和余热锅炉。电动汽车和燃气轮机作为综合能源系统的重要组成单元，是电网频率调节的重要资源，而多能互补支撑电网频率调节尚未开展工作。因此，如何在确保综合能源系统运行费用最少的情况下，合理利用综合能源系统中不同能流的互补性和灵活性，制定合理的优化调度方案和一次调频协调策略支撑电网频率调节，成为当前亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术中的上述缺陷，提供一种多能互补支撑电网频率调节的多时间尺度优化控制方法，该方法根据综合能源系统多能流多时间尺度的特性，建立长时间尺度和短时间尺度两级衔接控制模式，实现热/电/冷多能流的优化调度和电网频率协调控制，保证综合能源系统经济运行和改善系统频率质量。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种多能互补支撑电网频率调节的多时间尺度优化控制方法，所述多时间尺度包括分钟级长时间尺度和秒级短时间尺度，长时间尺度优化为日内调度，调度周期为24小时96时段，短时间尺度优化为实时调节，在长时间尺度优化调度周期内的秒级调节；所述控制方法包括以下步骤：1)能源集线器控制中心收集负荷需求、能源供应单元工作状态、电价和气价信息；2)建立综合能源系统供能、储能以及转化设备约束模型，以运行成本最小为目标，求解能源集线器各能源供应单元的经济运行点；3)测量装置获取电网的实时频率波动，表征电力系统供需平衡状态，并上传至集线器控制中心；4)建立多能互补支撑电网一次调频的约束模型，以电网频率偏差最小为目标，求解能源供应单元的最优出力调节量，修正长时间尺度经济运行点；5)能源集线器控制中心根据所得最优出力调节量，下发调频指令；6)能源供应单元响应调频指令，实施一次频率调节。此外，本专利技术还提供如下附属技术方案：步骤2)中的综合能源系统供能设备包括：光伏电源、热电联产和燃气锅炉；储能设备包括：电动汽车和蓄热设备；转化设备包括：吸收式制冷剂、电制冷机和换热器。步骤2)中求解综合能源系统各时刻能源供应单元的经济运行点包括如下步骤：a、建立系统优化调度目标函数，表达式为：上式中，T为调度次数，Δt为调度周期；ce(t)、cg(t)分别是t时刻的单位电网电价和天然气气价；分别是t时刻系统从电网和天然气网络购买电量和天然气量。b、建立系统的供能、储能以及转化设备模型，确定优化模型的约束条件；g其中，供能设备模型包含热电联产机组、燃气锅炉和光伏发电；储能设备模型包含电动汽车和蓄热设备；转化设备模型有吸收式制冷机、电制冷机和换热器；约束条件包括系统热/电/冷能量供需平衡约束，供能、储能以及转化设备的负荷调节容量及转化效率约束。c、根据热/电/冷负荷需求历史数据，按照调度周期Δt＝15，调度次数T＝96对上述模型进行求解，得到能源集线器内能源供应单元的经济运行点。所述步骤3)的表征电力系统供需平衡状态的差额计算方法如下：ΔP＝k*Δf上式中，Δf为系统频率偏移，变量-k为下垂控制系数。所述步骤4)中，求解能源供应单元的最优出力调节量包括：a、建立多能互补支撑电网一次调频目标函数，其表达式为：minJ＝(ΔP-∑ΔPm)2b、确定模型约束条件，包括综合能源系统能量供需平衡约束、电动汽车和热电联产模型约束；c、求解上述模型，获得能源供应单元的最优出力调节量，修正长时间尺度经济运行点，其表达式为：∑ΔPm＝ΔPphev+ΔPCHP上式中，是短时间尺度下t时刻电动汽车的充/放电功率；是短时间尺度下t时刻热电联产的出力；ΔPphev(t)、ΔPcHP(t)分别是电动汽车和热电联产的出力调节量；∑ΔPm是t时刻热电联产和电动汽车可调频容量总和。相比于现有技术，本专利技术的优势在于：本专利技术的多能互补支撑电网频率调节的多时间尺度优化控制方法是在电网频率波动时，集线器控制中心根据能源供应单元当前运行状态，结合测量装置上传的电网频率偏移值，计算短时间尺度能源供应单元的最优出力调节量，并下达调节指令；能源供应单元响应指令，实施一次频率调节。采用本专利技术的方法，能够有效提高整个综合能源系统的能源利用率，减少运行所购入能源费用，同时利用可控资源响应电网频率调节，平抑电网频率波动，改善电网频率质量。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本专利技术的一些实施例，并非对本专利技术的限制。图1为多能互补支撑电网频率调节流程图图2为多能互补支撑电网频率调节控制框架图具体实施方式为了能够更清楚地理解本专利技术的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术技术方案作进一步非限制性的详细描述。本专利技术基于综合能源系统多能流多时间尺度的特性，提出以综合能源系统为对象的一次调频方法，搭建了多能互补支撑电网频率调节控制框架，实现综合能源系统多能源供应的协调经济运行，同时平抑电网频率波动，改善电网频率质量。该框架包括集线器控制中心和综合能源系统模型。综合能源系统由光伏发电、热电联产、燃气锅炉、吸收式制冷剂、电制冷机、换热器、电动汽车和蓄热设备组成。系统同时满足热/电/冷三种能量需求。能源集线器控制中心收集负荷需求、能源供应单元工作状态、电价和气价等信息，确定每个调度间隔内综合能源系统能源供应单元出力，并发出调度指令；能源供应单元执行调度指令。如附图2所示。结合图1和图2，本专利技术的控制方法如下：根据综合能源系统多能流多时间尺度的特性，建立综合能源系统模型，并搭建多能互补支撑电网频率调节控制框架，然后执行下述步骤：步骤1：能源集线器控制中心收集负荷需求、能源供应单元工作状态、电价和气价等信息；步骤2：建立综合能源系统供能、储能以及转化设备约束模型，以运行成本最小为目标，求解能源集线器各能源供应单元的经济运行点；步骤3：测量装置获取电网的实时频率波动，表征电力系统供需平衡状态，并上传至集线器控制中心；步骤4：建立多能互补支撑电网一次调频的约束模型，以电网频率偏差最小为目标，求解能源供应单元的最优出力调本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多能互补支撑电网频率调节的多时间尺度优化控制方法，其特征在于，所述多时间尺度包括分钟级长时间尺度和秒级短时间尺度，长时间尺度优化为日内调度，调度周期为24小时96时段，短时间尺度优化为实时调节，在长时间尺度优化调度周期内的秒级调节；所述控制方法包括以下步骤：1)能源集线器控制中心收集负荷需求、能源供应单元工作状态、电价和气价信息；2)建立综合能源系统供能、储能以及转化设备约束模型，以运行成本最小为目标，求解能源集线器各能源供应单元的经济运行点；3)测量装置获取电网的实时频率波动，表征电力系统供需平衡状态，并上传至集线器控制中心；4)建立多能互补支撑电网一次调频的约束模型，以电网频率偏差最小为目标，求解能源供应单元的最优出力调节量，修正长时间尺度经济运行点；5)能源集线器控制中心根据所得最优出力调节量，下发调频指令；6)能源供应单元响应调频指令，实施一次频率调节。

【技术特征摘要】
1.一种多能互补支撑电网频率调节的多时间尺度优化控制方法，其特征在于，所述多时间尺度包括分钟级长时间尺度和秒级短时间尺度，长时间尺度优化为日内调度，调度周期为24小时96时段，短时间尺度优化为实时调节，在长时间尺度优化调度周期内的秒级调节；所述控制方法包括以下步骤：1)能源集线器控制中心收集负荷需求、能源供应单元工作状态、电价和气价信息；2)建立综合能源系统供能、储能以及转化设备约束模型，以运行成本最小为目标，求解能源集线器各能源供应单元的经济运行点；3)测量装置获取电网的实时频率波动，表征电力系统供需平衡状态，并上传至集线器控制中心；4)建立多能互补支撑电网一次调频的约束模型，以电网频率偏差最小为目标，求解能源供应单元的最优出力调节量，修正长时间尺度经济运行点；5)能源集线器控制中心根据所得最优出力调节量，下发调频指令；6)能源供应单元响应调频指令，实施一次频率调节。2.根据权利要求1所述的多能互补支撑电网频率调节的多时间尺度优化控制方法，其特征在于，所述步骤2)中的综合能源系统供能设备包括：光伏电源、热电联产和燃气锅炉；储能设备包括：电动汽车和蓄热设备；转化设备包括：吸收式制冷剂、电制冷机和换热器。3.根据权利要求1所述的多能互补支撑电网频率调节的多时间尺度优化控制方法，其特征在于，所述步骤2)中求解能源集线器各能源供应单元的经济运行点包括如下步骤：a、建立系统优化调度目标函数，其表达式为：式中，T为调度次数，Δt为调度周期；ce(t)、cg(t)分别是t时刻的单位电网电价和天然气气价；分别是t时刻系统从电网和天然气网络购买电量和天然气量；b、建立系统的供能、储能以及转化设备模型，确定优化模型的约束...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘辉，谢海敏，汪旎，阳育德，韦化，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：广西,45