一种考虑快速启停设备的多能虚拟电厂调节能力计算方法技术

本发明专利技术提出一种考虑快速启停设备的多能虚拟电厂调节能力计算方法，属于综合能源系统的运行控制技术领域。该方法首先建立由目标函数和约束条件构成的多能虚拟电厂调节能力计算模型，并将该模型转化为矩阵形式；利用改进的嵌套列约束生成算法对矩阵形式的多能虚拟电厂调节能力计算模型进行求解，获得多能虚拟电厂调节能力计算结果。本方法计算的虚拟电厂调节能力包括每个调度时刻的功率基准值及最大向上、向下调节能力，计算出的功率基准及调节能力保证了多能虚拟电厂的成本最小，且本方法可保证计算出的调节能力鲁棒可行，避免了电力系统的二次调度。本发明专利技术旨在计算虚拟电厂在调峰辅助服务市场中的调节能力，提高电力系统的灵活性。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑快速启停设备的多能虚拟电厂调节能力计算方法
本专利技术涉及一种考虑快速启停设备的多能虚拟电厂调节能力计算方法，属于综合能源系统的运行控制
技术背景能源互联网环境下，以新能源发电为代表的大量分布式资源的随机性、波动性为电力系统乃至能源系统带来了巨大挑战，对电网的安全、可靠、经济运行产生重大影响。虚拟电厂作为对分布式资源接入电网进行有效管理的重要形式，将大量的分布式资源、可控负荷和储能装置聚合成一个虚拟的整体，从而参与电网的运行和调度，提升电网运行的安全性与经济性，同时降低电网投资成本。多能虚拟电厂如何调度、利用其内部的多能分布式资源参与电网调度，是虚拟电厂需要研究的课题之一。对于一个多能虚拟电厂，计算其调节能力是电网对其进行调控，利用其灵活性的基础。例如专利申请号为201910092126.9、专利技术名称为“一种基于最大内嵌正方体的虚拟电厂灵活性聚合方法”的中国专利申请，用其最大内嵌正方体表示虚拟电厂的调节能力，但该聚合方法未考虑虚拟电厂中的多种能量转换设备，例如热电联产机组和电锅炉等，且未考虑虚拟电厂的调节能力可能随时间变化而变化的特点，因此该聚合方法过于保守，损失了一定的灵活性。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种考虑快速启停设备的多能虚拟电厂调节能力计算方法。本方法计算的虚拟电厂调节能力包括每个调度时刻的功率基准值及最大向上、向下调节能力，计算出的功率基准及调节能力保证了多能虚拟电厂的成本最小，且本方法可保证计算出的调节能力鲁棒可行，避免了电力系统的二次调度。本专利技术旨在计算虚拟电厂在调峰辅助服务市场中的调节能力，提高电力系统的灵活性。本专利技术提出一种考虑快速启停设备的多能虚拟电厂聚合方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)记多能虚拟电厂调节能力的变量集合为其中，t为调度时段的编号，γ为调度时段的集合，为多能虚拟电厂在调度时段t的联络线有功功率的基准值，和分别为多能虚拟电厂在调度时段t的联络线有功功率最大向上调节量和最大向下调节量；(2)建立多能虚拟电厂调节能力计算模型的目标函数：SSD＝SG∪SCHP∪SGB∪SAC,SQD＝SEB∪SEC式中，Δt为相邻调度时段之间的时间间隔，i为多能虚拟电厂中任一设备的编号，SSD为多能虚拟电厂内部所有传统火电机组、热电联产机组、燃气锅炉和吸收式机组共同构成的集合，SG为多能虚拟电厂内部所有传统火电机组共同构成的集合，SCHP为多能虚拟电厂内部所有热电联产机组共同构成的集合，SGB为多能虚拟电厂内部所有燃气锅炉共同构成的集合，SAC为多能虚拟电厂内部所有吸收式机组共同构成的集合，SQD为多能虚拟电厂内部所有电锅炉和电制冷机共同构成的集合，SEB为多能虚拟电厂内部所有电锅炉共同构成的集合，SEC为多能虚拟电厂内部所有电制冷机共同构成的集合，为调度时段t时的购电价格，为多能虚拟电厂在调度时段t参与辅助服务市场向上调节单位有功功率的备用容量价格，为多能虚拟电厂在调度时段t参与辅助服务市场向下调节单位有功功率的备用容量价格，cs,i为设备i的开机成本，为设备i的固定费用，为表征设备i在调度时段t开机动作的0-1变量，设备i在调度时段t由关机状态转变为开机状态，则取值为1，其他情况下取值为0，为表征设备i在调度时段t运行状态的0-1变量，设备i在调度时段t处于开机状态时的取值为1，设备i在调度时段t处于关机状态时的取值为0，xU为第一阶段决策变量和共同构成集合，i∈SSD，即：为调度时段t的上级电网可能向多能虚拟电厂下发的关口调度计划的有功功率值，满足：Ω1为所有调度时刻的构成的集合，即ci为传统火电机组、燃气锅炉和吸收式机组的运行成本系数，i∈SG∪SGB∪SAC；对于传统火电机组，为传统火电机组i在调度时段t产生的有功功率；对于燃气锅炉，为燃气锅炉i在调度时段t产生的热功率；对于吸收式机组，为吸收式机组i在调度时段t产生的热功率；和分别为多能虚拟电厂在调度时段t参与辅助服务市场向上和向下调节单位有功功率的能量价格，和分别为多能虚拟电厂在调度时段t相对联络线有功功率的基准值向上调节和向下调节的有功功率值；cE,i和cH,i为热电联产机组i的成本系数，i∈SCHP；和分别为热电联产机组i在调度时段t产生的有功功率和热功率，i∈SCHP；xL为第二阶段决策变量和共同构成集合，即：其中，中i∈SCHP，中i∈SHL∪SCL，中i∈SEB∪SEC，中i∈SEB∪SEC；为热电联产机组i在调度时段t第k个组合系数，，i∈SCHP；和分别为蓄电池i在调度时段t的充电功率和放电功率，为蓄电池i在调度时段t的电量，为向热负荷i消耗的热功率，为建筑i在调度时段t的室内温度；(3)建立多能虚拟电厂调节能力计算模型的约束条件：(3-1)建立设备运行状态的约束条件：(3-2)建立设备运行的约束条件：式中，对于传统火电机组，Pi,min和Pi,max分别为传统火电机组i在产生的有功功率的下限和上限；对于燃气锅炉，Pi,min和Pi,max分别为燃气锅炉i产生的热功率的下限和上限；对于吸收式机组，Pi,min和Pi,max分别为吸收式机组i产生的热功率的下限和上限；对于电锅炉，Pi,min和Pi,max分别为电锅炉i消耗的电功率的下限和上限；对于电制冷机，Pi,min和Pi,max分别为电制冷机i消耗的电功率的下限和上限；对于传统火电机组，为传统火电机组i在调度时段t-1产生的有功功率；对于燃气锅炉，为燃气锅炉i在调度时段t-1产生的热功率；对于吸收式机组，为吸收式机组i在调度时段t-1产生的热功率；对于电锅炉，为电锅炉i在调度时段t-1消耗的电功率；对于电制冷机，为电制冷机i在调度时段t-1消耗的电功率；Ri,up和Ri,down分别为设备i的向上爬坡速率和向下爬坡速率，Ri,su和Ri,sd分别为设备i的开机速率和关机速率；(3-3)建立可再生能源机组运行的约束条件：式中，Pti,pre为可再生能源机组i在调度时段t产生的有功功率的预测值，SW为多能虚拟电厂内部所有可再生能源机组共同构成的集合；(3-4)建立热电联产机组运行的约束条件：式中，EPi为热电联产机组i的可行域端点的集合，Pi,k和Hi,k分别为热电联产机组i的可行域的第k个端点的有功功率值和热功率值；(3-5)建立蓄电池运行的约束条件：式中，Pc,i,max和Pdc,i,max分别为蓄电池i充电功率的最大值和放电功率的最大值，Ei,min和Ei,max分别为蓄电池i电量的最小值和最大值，ηc,i和ηdc,i分别为蓄电池i充电效率和放电效率，et-1ES,i为蓄电池i在调度时段t-1的电量；(3-6)建立冷负荷和热负荷的约束条件：本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑快速启停设备的多能虚拟电厂聚合方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：/n(1)记多能虚拟电厂调节能力的变量集合为

【技术特征摘要】
1.一种考虑快速启停设备的多能虚拟电厂聚合方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)记多能虚拟电厂调节能力的变量集合为t∈γ；其中，t为调度时段的编号，γ为调度时段的集合，为多能虚拟电厂在调度时段t的联络线有功功率的基准值，和分别为多能虚拟电厂在调度时段t的联络线有功功率最大向上调节量和最大向下调节量；
(2)建立多能虚拟电厂调节能力计算模型的目标函数：



SSD＝SG∪SCHP∪SGB∪SAC，SQD＝SEB∪SEC
式中，Δt为相邻调度时段之间的时间间隔，i为多能虚拟电厂中任一设备的编号，SSD为多能虚拟电厂内部所有传统火电机组、热电联产机组、燃气锅炉和吸收式机组共同构成的集合，SG为多能虚拟电厂内部所有传统火电机组共同构成的集合，SCHP为多能虚拟电厂内部所有热电联产机组共同构成的集合，SGB为多能虚拟电厂内部所有燃气锅炉共同构成的集合，SAC为多能虚拟电厂内部所有吸收式机组共同构成的集合，SQD为多能虚拟电厂内部所有电锅炉和电制冷机共同构成的集合，SEB为多能虚拟电厂内部所有电锅炉共同构成的集合，SEC为多能虚拟电厂内部所有电制冷机共同构成的集合，为调度时段t时的购电价格，为多能虚拟电厂在调度时段t参与辅助服务市场向上调节单位有功功率的备用容量价格，为多能虚拟电厂在调度时段t参与辅助服务市场向下调节单位有功功率的备用容量价格，cs，i为设备i的开机成本，为设备i的固定费用，为表征设备i在调度时段t开机动作的0-1变量，设备i在调度时段t由关机状态转变为开机状态，则取值为1，其他情况下取值为0，为表征设备i在调度时段t运行状态的0-1变量，设备i在调度时段t处于开机状态时的取值为1，设备i在调度时段t处于关机状态时的取值为0，xU为第一阶段决策变量和共同构成集合，i∈SSD，即：




为调度时段t的上级电网可能向多能虚拟电厂下发的关口调度计划的有功功率值，满足：Ω1为所有调度时刻的构成的集合，即ci为传统火电机组、燃气锅炉和吸收式机组的运行成本系数，i∈SG∪SGB∪SAC；对于传统火电机组，为传统火电机组i在调度时段t产生的有功功率；对于燃气锅炉，为燃气锅炉i在调度时段t产生的热功率；对于吸收式机组，为吸收式机组i在调度时段t产生的热功率；和分别为多能虚拟电厂在调度时段t参与辅助服务市场向上和向下调节单位有功功率的能量价格，和分别为多能虚拟电厂在调度时段t相对联络线有功功率的基准值向上调节和向下调节的有功功率值；cE，i和cH，i为热电联产机组i的成本系数，i∈SCHP；和分别为热电联产机组i在调度时段t产生的有功功率和热功率，i∈SCHP；xL为第二阶段决策变量和共同构成集合，即：



其中，中i∈SCHP，中i∈SHL∪SCL，中i∈SEB∪SEC，中i∈SEB∪SEC；

为热电联产机组i在调度时段t第k个组合系数，，i∈SCHP；和分别为蓄电池i在调度时段t的充电功率和放电功率，为蓄电池i在调度时段t的电量，为向热负荷i消耗的热功率，为建筑i在调度时段t的室内温度；
(3)建立多能虚拟电厂调节能力计算模型的约束条件：
(3-1)建立设备运行状态的约束条件：



(3-2)建立设备运行的约束条件：









式中，对于传统火电机组，Pi，min和Pi，max分别为传统火电机组i在产生的有功功率的下限和上限；对于燃气锅炉，Pi，min和Pi，max分别为燃气锅炉i产生的热功率的下限和上限；对于吸收式机组，Pi，min和Pi，max分别为吸收式机组i产生的热功率的下限和上限；对于电锅炉，Pi，min和Pi，max分别为电锅炉i消耗的电功率的下限和上限；对于电制冷机，Pi，min和Pi，max分别为电制冷机i消耗的电功率的下限和上限；对于传统火电机组，为传统火电机组i在调度时段t-1产生的有功功率；对于燃气锅炉，为燃气锅炉i在调度时段t-1产生的热功率；对于吸收式机组，为吸收式机组i在调度时段t-1产生的热功率；对于电锅炉，为电锅炉i在调度时段t-1消耗的电功率；对于电制冷机，为电制冷机i在调度时段t-1消耗的电功率；Ri，up和Ri，down分别为设备i的向上爬坡速率和向下爬坡速率，Ri，su和Ri，sd分别为设备i的开机速率和关机速率；
(3-3)建立可再生能源机组运行的约束条件：



式中，Pti，pre为可再生能源机组i在调度时段t产生的有功功率的预测值，SW为多能虚拟电厂内部所有可再生能源机组共同构成的集合；
(3-4)建立热电联产机组运行的约束条件：


















式中，EPi为热电联产机组i的可行域端点的集合，Pi，k和Hi，k分别为热电联产机组i的可行域的第k个端点的有功功率值和热功率值；
(3-5)建立蓄电池运行的约束条件：















式中，Pc，i，max和Pdc，i，max分别为蓄电池i充电功率的最大值和放电功率的最大值，Ei，min和Ei，max分别为蓄电池i电量的最小值和最大值，ηc，i和ηdc，i分别为蓄电池i充电效率和放电效率，et-1ES，i为蓄电池i在调度时段t-1的电量；
(3-6)建立冷负荷和热负荷的约束条件：









式中，为冷负荷i或热负荷i的热容，为热负荷i或冷负荷i在调度时段t-1的室内温度，Ui为热负荷i或冷负荷i的热导，为调度时段t的环境温度；τi，min和τi，max分别为热负荷i或冷负荷i室内温度的最小值和最大值，SHL为多能虚拟电厂内部所有热负荷构成的集合，SCL为能虚拟电厂内部所有冷负荷构成的集合；
(3-7)建立能量平衡的约束条件：












式中，ηEB，i为电锅炉i的制热系数，COPi为电制冷机i的制冷系数，PtL，i为电负荷i在调度时段t消耗的有功功率，SL为多能虚拟电厂内部所有电负荷构成的集合；
(3-8)建立不确定性的约束条件：









式中，为多能虚拟电厂在调度时段t参与辅助服务获得收益，为上级电网在调度时段t采用的多能虚拟...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙宏斌，孙勇，郭庆来，李宝聚，王彬，李振元，赵昊天，张海锋，潘昭光，王尧，
申请(专利权)人：国网吉林省电力有限公司，清华大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22