基于机会约束规划的光伏-储能综合能源系统规划方法技术方案

基于机会约束规划的光伏‑储能综合能源系统规划方法，包括步骤一、建立光伏‑储能配合的能量单元结构，并对其确定因素建模，包括光伏‑储能配合的能量单元结构、能量转换模块、蓄电池模型和能量单元结构的耦合关系模型。步骤二、建立能源集线器内不确定因素模型和需求响应模型，建立太阳能光伏电池的模型和需求响应模型。步骤三、建立目标函数，优化综合能源系统模型，建立目标函数、电平衡约束条件和气电购置量保守约束条件。步骤四、建立综合能源系统规划确定性约束模型，建立气电购置量机会约束和将机会约束转换为确定性约束，从而得到综合能源系统规划模型。本规划方法提升了光伏总利用率，提高了系统运行的灵活性，降低了系统运行的成本。

【技术实现步骤摘要】
基于机会约束规划的光伏-储能综合能源系统规划方法
本专利技术涉及综合能源系统规划领域，特别是一种基于机会约束规划的光伏-储能综合能源系统规划方法。
技术介绍
综合能源系统(Integratedenergysystem,IES)通过对能源的产生、传输、分配、转换、存储、消费等环节进行有机协调与优化后所形成的能源产供销一体化系统，将电力（包括各类分布式能源）、天然气、冷、热等各类能源供给与需求进行协同规划与调度。现有的IES系统采用蓄电池对可再生能源的波动进行补偿，且常用多用能源集线器EH模型表征综合能源系统，其本质上是将多能源之间的耦合等效为一个多端口网络。然而现有的综合能源系统存在如下问题：（1）在电力系统的运行中，可再生能源的波动会使电能质量大大降低，蓄电池响应速度慢、充放电频繁会对能源系统的性能产生不好影响，使其寿命缩短；而减少蓄电池的充放电次数，则会造成能源的不充分利用。（2）多用能源集线器EH较少考虑多个能源集线器形成的能源集线器系统与电网、气网之间的气电购置关系，且多用能源集线器EH中存在诸如电、热负荷波动、可再生能源出力波动等不确定性因素，对该不确定性因素缺少合理建模分析，无法完全代表不确定性参数的性质，影响结果的精确性。因而，如何使得综合能源系统的能源利用规划更为合理高效是一直需要改善的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种基于机会约束规划的光伏-储能综合能源系统规划方法，在太阳能光伏电池(Photovoltaic,PV)侧并入超级电容器(Supercapacitor,SC)，在能量单元结构内同时加入蓄电池bat和超级电容器，实现混合储能，提升了光伏实际允许的最大出力，从而提高了系统中光伏总利用率。本专利技术的技术方案是：基于机会约束规划的光伏-储能综合能源系统规划方法，包括如下步骤，步骤一、建立光伏-储能配合的能量单元结构，并对其确定因素建模；具体包括建立光伏-储能配合的能量单元结构、对能量转换模块进行建模、建立蓄电池模型和建立能量单元结构的耦合关系模型。所述能量单元结构包括光伏模块、超级电容器模块、逆变器、蓄电池模块、能量转换模块和电网购电变压器。光伏模块包括太阳能光伏电池及第一斩波器，超级电容器模块包括超级电容器及第二斩波器，蓄电池模块包括蓄电池及第一逆变器，能量转换模块包括电转气装置、热电联产机组及燃气锅炉。太阳能光伏电池的输出端与第一斩波器的输入端连接，第一斩波器的输入端与逆变器的输入端连接，超级电容器的输出端与第二斩波器的输入端连接，第二斩波器的输入端与逆变器的输入端连接；太阳能光伏电池的输出端与第一斩波器的输入端连接，第一斩波器的输入端与逆变器的输入端连接，逆变器的输出端与电转气装置的输入端连接；蓄电池的输出端与第一逆变器的输入端连接，第一逆变器的输入端与电转气装置的输入端连接；电网购电变压器的输入端与外部大电网连接，输出端与电转气装置的输入端连接，逆变器的输出端和电网购电变压器的输出端均与热负荷连接；电转气装置的输出端与热电联产机组和燃气锅炉的输入端连接；热电联产机组和燃气锅炉的输入端与外部燃气网连接，热电联产机组的输出端分别与电负荷和热负荷连接，燃气锅炉的输出端与热负荷连接。所述能量转换模块包括电转气装置模型、热电联产机组模型及燃气锅炉模型。步骤二、建立能源集线器内不确定因素模型和需求响应模型；具体包括建立太阳能光伏电池的模型和建立需求响应模型。步骤三、建立目标函数，优化综合能源系统模型；具体包括建立目标函数、建立电平衡约束条件和建立气电购置量保守约束条件。步骤四、建立综合能源系统规划确定性约束模型；具体包括建立气电购置量机会约束和将机会约束转换为确定性约束，从而得到综合能源系统规划模型。本专利技术进一步的技术方案是：所述能量单元结构还包括第三斩波器，设置于蓄电池的输出端与第一逆变器的输入端之间。本专利技术再进一步的技术方案是：所述电转气装置模型、热电联产机组模型及燃气锅炉模型的建立过程具体如下，（1）建立电转气装置模型①所述电转气装置的制气功率约束为：（1）其中，表示第个能量单元，表示第天，表示时刻；为电转气装置的电气转化效率，为电转气装置单位时间消耗的电量。②所述电转气装置的容量限制为：（2）其中，为电转气装置的额定功率。③所述电转气装置的气出力限制为：（3）其中，、分别为电转气装置气出力的上、下限。（2）建立热电联产机组模型①所述热电联产机组的发电功率为：（4）其中，为热电联产机组的气电转化效率，为热电联产机组单位时间消耗的天然气量。②所述热电联产机组的发热功率为：（5）其中，为热电联产机组的气热转化效率。③所述热电联产机组的容量限制为：（6）其中，为热电联产机组的额定功率。④所述热电联产机组的电出力限制为：（7）其中，、分别为热电联产机组电出力的上、下限。⑤所述热电联产机组的热出力限制为：（8）其中，、分别为热电联产机组热出力的上、下限。（3）建立燃气锅炉模型①所述燃气锅炉的制热功率为：（9）其中，为燃气锅炉的气热转化效率，为燃气锅炉单位时间消耗的天然气量。②所述燃气锅炉的容量限制为：（10）其中，为燃气锅炉的额定功率。③所述燃气锅炉的热出力限制为：（11）其中，、分别为燃气锅炉热出力的上、下限。本专利技术更进一步的技术方案是：所述蓄电池模型的建立过程具体如下，①所述蓄电池的充放状态限制为：（12）其中，表示蓄电池的充电功率，表示蓄电池的放电功率；②所述蓄电池的充、放能量功率极限为：（13）其中，、分别为蓄电池充电功率的上、下限，、分别为蓄电池放电功率的上、下限；③所述蓄电池的容量限制为：（14）其中，为蓄电池的能量损失率，为蓄电池的充电效率，为蓄电池的放电效率；为蓄电池的最大储能量；④所述蓄电池的能量变化平衡限制为，一天内蓄电池的总能量变化要达到平衡：（15）其中，T为调度周期时长，为一天内的调度周期总数。本专利技术更进一步的技术方案是：所述能量单元结构的耦合关系模型的建立过程具体如下，根据能量单元结构，建立如下能量单元结构的耦合关系模型：（16）其中，为外部电网、光伏模块、超级电容器、蓄电池模块汇集后的总电流分流至电转气装置的比例，为外部燃气网和电转气装置输出汇集后的总天然气分流至热电联产机组的比例，外部购电变压器效率，为外部电网注入，为外部燃气网注入，为光伏模块输出功率；继而得到能源集线器的输入输出关系为：（17）（18）其中，为电负荷，为热负荷。本专利技术更进一步的技术方案是：所述步骤二中的光伏模块和需求响应模型的建立过程本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于机会约束规划的光伏-储能综合能源系统规划方法，其特征是：包括如下步骤，/n步骤一、建立光伏-储能配合的能量单元结构，并对其确定因素建模；具体包括建立光伏-储能配合的能量单元结构、对能量转换模块进行建模、建立蓄电池模型和建立能量单元结构的耦合关系模型；/n所述能量单元结构包括光伏模块、超级电容器模块、逆变器、蓄电池模块、能量转换模块和电网购电变压器；/n光伏模块包括太阳能光伏电池及第一斩波器，超级电容器模块包括超级电容器及第二斩波器，蓄电池模块包括蓄电池及第一逆变器，能量转换模块包括电转气装置、热电联产机组及燃气锅炉；/n太阳能光伏电池的输出端与第一斩波器的输入端连接，第一斩波器的输入端与逆变器的输入端连接，超级电容器的输出端与第二斩波器的输入端连接，第二斩波器的输入端与逆变器的输入端连接；太阳能光伏电池的输出端与第一斩波器的输入端连接，第一斩波器的输入端与逆变器的输入端连接，逆变器的输出端与电转气装置的输入端连接；蓄电池的输出端与第一逆变器的输入端连接，第一逆变器的输入端与电转气装置的输入端连接；电网购电变压器的输入端与外部大电网连接，输出端与电转气装置的输入端连接，逆变器的输出端和电网购电变压器的输出端均与热负荷连接；电转气装置的输出端与热电联产机组和燃气锅炉的输入端连接；热电联产机组和燃气锅炉的输入端与外部燃气网连接，热电联产机组的输出端分别与电负荷和热负荷连接，燃气锅炉的输出端与热负荷连接；/n所述能量转换模块包括电转气装置模型、热电联产机组模型及燃气锅炉模型；/n步骤二、建立能源集线器内不确定因素模型和需求响应模型；具体包括建立太阳能光伏电池的模型和建立需求响应模型；/n步骤三、建立目标函数，优化综合能源系统模型；具体包括建立目标函数、建立电平衡约束条件和建立气电购置量保守约束条件；/n步骤四、建立综合能源系统规划确定性约束模型；具体包括建立气电购置量机会约束和将机会约束转换为确定性约束，从而得到综合能源系统规划模型。/n...

【技术特征摘要】
1.基于机会约束规划的光伏-储能综合能源系统规划方法，其特征是：包括如下步骤，
步骤一、建立光伏-储能配合的能量单元结构，并对其确定因素建模；具体包括建立光伏-储能配合的能量单元结构、对能量转换模块进行建模、建立蓄电池模型和建立能量单元结构的耦合关系模型；
所述能量单元结构包括光伏模块、超级电容器模块、逆变器、蓄电池模块、能量转换模块和电网购电变压器；
光伏模块包括太阳能光伏电池及第一斩波器，超级电容器模块包括超级电容器及第二斩波器，蓄电池模块包括蓄电池及第一逆变器，能量转换模块包括电转气装置、热电联产机组及燃气锅炉；
太阳能光伏电池的输出端与第一斩波器的输入端连接，第一斩波器的输入端与逆变器的输入端连接，超级电容器的输出端与第二斩波器的输入端连接，第二斩波器的输入端与逆变器的输入端连接；太阳能光伏电池的输出端与第一斩波器的输入端连接，第一斩波器的输入端与逆变器的输入端连接，逆变器的输出端与电转气装置的输入端连接；蓄电池的输出端与第一逆变器的输入端连接，第一逆变器的输入端与电转气装置的输入端连接；电网购电变压器的输入端与外部大电网连接，输出端与电转气装置的输入端连接，逆变器的输出端和电网购电变压器的输出端均与热负荷连接；电转气装置的输出端与热电联产机组和燃气锅炉的输入端连接；热电联产机组和燃气锅炉的输入端与外部燃气网连接，热电联产机组的输出端分别与电负荷和热负荷连接，燃气锅炉的输出端与热负荷连接；
所述能量转换模块包括电转气装置模型、热电联产机组模型及燃气锅炉模型；
步骤二、建立能源集线器内不确定因素模型和需求响应模型；具体包括建立太阳能光伏电池的模型和建立需求响应模型；
步骤三、建立目标函数，优化综合能源系统模型；具体包括建立目标函数、建立电平衡约束条件和建立气电购置量保守约束条件；
步骤四、建立综合能源系统规划确定性约束模型；具体包括建立气电购置量机会约束和将机会约束转换为确定性约束，从而得到综合能源系统规划模型。


2.如权利要求1所述的基于机会约束规划的光伏-储能综合能源系统规划方法，其特征是：所述能量单元结构还包括第三斩波器，设置于蓄电池的输出端与第一逆变器的输入端之间。


3.如权利要求1或2所述的基于机会约束规划的光伏-储能综合能源系统规划方法，其特征是：所述电转气装置模型、热电联产机组模型及燃气锅炉模型的建立过程具体如下，
（1）建立电转气装置模型
①所述电转气装置的制气功率约束为：

（1）
其中，表示第个能量单元，表示第天，表示时刻；为电转气装置的电气转化效率，为电转气装置单位时间消耗的电量；
②所述电转气装置的容量限制为：

（2）
其中，为电转气装置的额定功率；
③所述电转气装置的气出力限制为：

（3）
其中，、分别为电转气装置气出力的上、下限；
（2）建立热电联产机组模型
①所述热电联产机组的发电功率为：

（4）
其中，为热电联产机组的气电转化效率，为热电联产机组单位时间消耗的天然气量；
②所述热电联产机组的发热功率为：

（5）
其中，为热电联产机组的气热转化效率；
③所述热电联产机组的容量限制为：

（6）
其中，为热电联产机组的额定功率；
④所述热电联产机组的电出力限制为：

（7）
其中，、分别为热电联产机组电出力的上、下限；
⑤所述热电联产机组的热出力限制为：

（8）
其中，、分别为热电联产机组热出力的上、下限；
（3）建立燃气锅炉模型
①所述燃气锅炉的制热功率为：

（9）
其中，为燃气锅炉的气热转化效率，为燃气锅炉单位时间消耗的天然气量；
②所述燃气锅炉的容量限制为：

（10）
其中，为燃气锅炉的额定功率；
③所述燃气锅炉的热出力限制为：

（11）
其中，、分别为燃气锅炉热出力的上、下限。


4.如权利要求3所述的基于机会约束规划的光伏-储能综合能源系统规划方法，其特征是：所述蓄电池模型的建立过程具体如下，
①所述蓄电池的充放状态限制为：

（12）
其中，表示蓄电池的充电功率，表示蓄电池的放电功率；
②所述蓄电池的充、放能量功率极限为：

（13）
其中，、分别...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘松，朱奥帆，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京;11