一种综合能源系统日前经济调度方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种综合能源系统日前经济调度方法及系统，首先进行综合能源系统的风电、光伏发电、电负荷和热负荷预测得到日前预测曲线，即预测结果；根据预测结果，计算综合能源系统的优化目标与约束条件，从而执行日前优化，得出综合能源系统中各个CHP能源站的出力、电池储能系统、燃气锅炉出力以及P2G设备的控制指令。本发明专利技术提高了运行灵活性与可再生能源消纳能力。

【技术实现步骤摘要】
一种综合能源系统日前经济调度方法及系统
本专利技术涉及一种综合能源系统日前经济调度方法及系统，属于新能源发电机组

技术介绍
随着新能源技术的发展，可再生能源的渗透率不断提高以及负荷需求的不断提升，用户对能源网可靠性和灵活性需求与日俱增。风电、光伏等可再生能源发电具有高度不确定性与间歇性，弃风、弃光等问题日益突出。尽管分布式发电及冷热电联产等技术得到了广泛的推广，然而也存在诸多问题，如单机接入电网成本高及控制困难等问题。为了更好地解决分布式电源与电网之间的问题和矛盾，充分发挥其特点和优势，进一步提升电力系统的运行性能。目前全球众多能源和电力领域的专家一致认为将CHP与分布式发电相结合是一种节省成本、降低能耗、提高配电网灵活性的重要技术。电网可依靠燃气发电机组实现天然气系统能量的注入，但是天然气系统无法消纳电力系统中过剩的可再生能源。为了提高电力系统的消纳能力，近年来出现了新型大规模储能技术——电转气技术。通过电转气技术可以将电力系统弃风、弃光转为人造甲烷，缓解了新能源装机容量不断扩大而引起的各种问题。根据电转气厂站的工作机制可知，在其运行过程中还可以实现二氧化碳的回收利用，直接减少了环境中二氧化碳含量，有良好的环境效益。综合能源系统将电网、热力系统及天然气系统等综合考虑，以各系统的稳态分析为基础，突破了电力系统、热力系统及天然气系统在内的多种能源系统内部独立运营、单独规划的模式，综合分析多种能源系统运行过程中的相互作用。实现能源协同优化、多能源系统联合调度，增强能量转换及交互能力。同时可将多余的电能转换成其它形式的能量，实现能量的多级利用，提高了可再生能源利用率。
技术实现思路
本专利技术技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种综合能源系统日前经济调度方法及系统，提高了运行灵活性与可再生能源消纳能力。本专利技术技术解决方案：一种综合能源系统日前经济调度方法，包括以下步骤：第一步，进行综合能源系统的风电、光伏发电、电负荷和热负荷预测得到日前预测曲线，即预测结果；第二步，根据第一步的预测结果，计算综合能源系统的优化目标与约束条件，从而执行日前优化，得出综合能源系统中各个CHP能源站的出力、电池储能系统、燃气锅炉出力以及P2G设备的控制指令。所述第一步具体实现如下：通过短期预测方法对风力发电、光伏发电、电负荷和热负荷进行日前预测；所述短期预测方法包括：神经网络方法、小波分析方法或时间序列方法。所述第二步中，计算综合能源系统的优化目标具体实现如下：(21)计算综合能源系统购气总费用；(22)计算综合能源系统向外部电网的购电费用；(23)计算电池储能系统的运行费用；(24)计算P2G设备的运行费用；(25)综合步骤(21)-(24)，计算总体运行费用；(26)执行日前优化计算，得到总体运行费用最小的优化调度目标，优化调度目标为综合能源系统的总体运行费用最小。所述综合能源系统的总体运行费用最小如下：其中：Nt表示时段个数，CG(t)表示购气费用，购气费用包括CHP能源站的运行费用和燃气锅炉运行费用之和，CGrid(t)表示向外部电网的购电费用，CS(t)表示阶梯利用电池储能系统的运行费用,CP2G(t)表示P2G设备的运行费用；(1)购气费用表示为：其中NE表示CHP能源站的数量，Cgas表示燃料费用系数，PE,t表示第E台能源站在t时刻的出力功率，CSU表示CHP能源站的启动费用系数，vE,t表示第E台能源站在t时刻CHP能源站的运行状态的0,1变量，运行时取1，停运时取0，Nh表示燃气锅炉的数量，Hb,t表示燃气锅炉的出力功率，Δt表示调度时段间隔。(2)向外部电网的购电费用表示为：CGrid,t＝λGrid,tPGrid,tΔt其中CGrid,t表示向外部电网购电的费用，λGrid,t表示外部电价，PGrid,t表示t时刻向外部电网的交互功率大小。(3)电池储能系统的运行费用表示为：电池储能系统的运行费用包括消耗电能费用和维护费用两部分，消耗电能费用已经计入(2)向外部电网的购电费用中，维护费用计算如下：其中CS表示阶梯利用电池储能系统的充放电费用，CS,fix表示阶梯利用电池的单次充放电费用，ucS,t表示t时刻阶梯利用电池储能系统的充电运行变量,NS表示阶梯利用电池储能系统的总数。(4)P2G设备的运行费用表示为：CP2G＝λGrid,tPP2G,tΔt+αCMPNG,tΔt其中λGrid,t表示外部电价，PP2G,t表示t时刻消耗的电功率，α为生成单位燃气所需CO2系数，CM表示CO2价格系数，PNG,t表示生成的燃气功率。PP2G,t与PNG,t之间存在如下关系：PP2G,t＝ηegPNG,t，式中ηeg为P2G效率。所述计算的约束目标如下：(1)CHP能源站满足如下约束①CHP能源站的功率大小约束其中PE,t表示CHP能源站t时刻的出力功率，uE,t表示t时刻CHP能源站运行的0,1变量，PmaxE、PminE分别表示CHP能源站的最大出力和最小出力；②CHP能源站的爬坡功率约束其中PE,t表示CHP能源站t时刻的出力功率,RminE、RmaxE分别表示CHP能源站的爬坡速率上限和下限，Δt表示调度时段间隔；③启停状态约束定义了启停变量和运行变量的联系，其中uE,t、suE,t、sdE,t分别表示CHP能源站在t时刻的运行变量、启动变量、停止变量；uE,t-1为能源站在t-1时刻的运行变量。④最小运行持续时间约束其中，表示能源站的最小运行时间。⑤最小停机时间约束其中，表示能源站的最小停机时间。(2)电池储能系统满足如下约束①充放电功率大小约束：其中PS,t表示电池储能系统在t时刻的充放电功率，PS,t>0时表示电池储能系统是充电状态，PS,t<0表示电池储能系统是放电状态，PdmaxS表示电池储能系统的最大放电功率，udS,t表示t时刻阶梯利用电池储能系统的放电运行变量，PcmaxS表示电池储能系统的最大充电功率,ucS,t表示t时刻阶梯利用电池储能系统的充电运行变量；②充放电状态约束udS,t+ucS,t≤1表示t时刻状态仅能为充电或放电；③爬坡速率约束：其中Pes,t表示电池储能系统在t时刻的充放电功率，Rmaxes、Rmines分别表示电池储能系统的爬坡速率上限和下限，Δt表示调度时段间隔。④起始功率平衡约束SOC(0)＝SOC(N)SOC(0)表示SOC的初始容量，SOC(N)表示最后时段的SOC容量；⑤迭代功率平衡约束SOCS,t＝ηSSOCS,t-1+PS,t·Δt其中，ηS表示阶梯利用电池储能系统的效率；⑥其中SOCes,t表示t时刻SOC容量，SOCmaxes、SOCmines表示SOC的最大容量和最小容量；(3)P2G设备满足如下出力约束其中：为P2G运行功率上限；(4)燃气锅炉满足如下约束其中：和分别为燃气锅炉出力下限和上限。(5)综合能源系统的电力系统中每个节点上的电源和负荷均满足对应节点的功率平衡和电压约束：其中Psk,t、Qsk,t、Vk(t)分别表示t时刻第k个节点的有功功率、无功功率、节点电压，Vj(t)分别表示t时刻第j个节点的节点电压，gkj、bkj分别表示节点k与节点j之间支路的导纳矩阵对应元素的实部和虚部，n(k)表示与j节点相连接的节点集本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种综合能源系统日前经济调度方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，进行综合能源系统的风电、光伏发电、电负荷和热负荷日前预测，得到日前预测曲线，即预测结果；第二步，根据第一步的预测结果，计算综合能源系统的优化目标与约束条件，从而执行日前优化，得出综合能源系统中各个CHP能源站的出力、电池储能系统、燃气锅炉出力以及P2G设备的控制指令。

【技术特征摘要】
1.一种综合能源系统日前经济调度方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，进行综合能源系统的风电、光伏发电、电负荷和热负荷日前预测，得到日前预测曲线，即预测结果；第二步，根据第一步的预测结果，计算综合能源系统的优化目标与约束条件，从而执行日前优化，得出综合能源系统中各个CHP能源站的出力、电池储能系统、燃气锅炉出力以及P2G设备的控制指令。2.根据权利要求1所述的综合能源系统日前经济调度方法，其特征在于：所述第一步中，通过短期预测方法对风力发电、光伏发电、电负荷和热负荷进行日前预测。3.根据权利要求2所述的综合能源系统日前经济调度方法，其特征在于：所述短期预测方法包括：神经网络方法、小波分析方法或时间序列方法。4.根据权利要求1所述的综合能源系统日前经济调度方法，其特征在于：所述第二步中，计算综合能源系统的优化目标具体实现如下：(21)计算综合能源系统购气总费用；(22)计算综合能源系统向外部电网的购电费用；(23)计算电池储能系统的运行费用；(24)计算P2G设备的运行费用；(25)综合步骤(21)-(24)，计算总体运行费用；(26)执行日前优化计算，得到总体运行费用最小的优化调度目标，优化调度目标为综合能源系统的总体运行费用最小。5.根据权利要求4所述的综合能源系统日前经济调度方法，其特征在于：所述综合能源系统的总体运行费用最小如下：其中：Nt表示时段个数，CG(t)表示购气费用，购气费用包括CHP能源站的运行费用和燃气锅炉运行费用之和，CGrid(t)表示向外部电网的购电费用，CS(t)表示阶梯利用电池储能系统的运行费用，CP2G(t)表示P2G设备的运行费用；(1)综合能源系统购气总费用表示为：其中NE表示CHP能源站的数量，Cgas表示燃料费用系数，PE,t表示第E台能源站在t时刻的出力功率，Csu表示CHP能源站的启动费用系数，vE,t表示第E台CHP能源站在t时刻CHP能源站的运行状态的0,1变量，运行时取1，停运时取0，Nh表示燃气锅炉的数量，Hb,t表示燃气锅炉的出力功率，Δt表示调度时段间隔；(2)向外部电网的购电费用表示为：CGrid,t＝λGrid,tPGrid,tΔt其中CGrid,t表示向外部电网的购电费用，λGrid,t表示外部电价，PGrid,t表示t时刻向外部电网的交互功率大小；(3)电池储能系统的运行费用表示为：电池储能系统的运行费用包括消耗电能费用和维护费用两部分，消耗电能费用已经计入(2)向外部电网购电的费用中，维护费用计算如下：其中CS表示阶梯利用电池储能系统的充放电费用，CS,fix表示阶梯利用电池储能系统的单次充放电费用，ucS,t表示t时刻阶梯利用电池储能系统的充电运行变量,NS表示阶梯利用电池储能系统的总数；(4)P2G设备的运行费用表示为：CP2G＝λGrid,tPP2G,tΔt+αCMPNG,tΔt其中λGrid,t表示外部电价，PP2G,t表示t时刻消耗的电功率，α为生成单位燃气所需CO2系数，CM表示CO2价格系数，PNG,t表示生成的燃气功率；PP2G,t与PNG,t之间存在如下关系：PP2G,t＝ηegPNG,t，式中ηeg为P2G效率。6.根据权利要求1所述的综合能源系统的日前优化调度方法，其特征在于：所述约束目标如下：(1)CHP能源站满足如下约束①CHP能源站的功率大小约束其中PE,t表示CHP能源站t时刻的出力功率，uE,t表示t时刻CHP能源站运行的0,1变量，PmaxE、PminE分别表示CHP能源站的最大出力和最小出力；②CHP能源站的爬坡功率约束其中PE,t表示CHP能源站t时刻的出力功率,RminE、RmaxE分别表示CHP能源站的爬坡速率上限和下限，Δt表示调度时段间隔；③启停状态约束定义了启停变量和运行变量的联系，其中uE,t、suE,...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵振兴，陈新和，裴玮，马昕，肖浩，邓卫，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11