一种基于后悔规避的用户级综合能源系统优化方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于后悔规避的用户级综合能源系统优化方法，本发明专利技术采用后悔规避方法优化传统的以系统期望成本最优为目标的扩展规划模型。通过深入分析用户级综合能源系统的天然气价格变动场景及其内部的能源耦合设备和能量存储设备运行特性，基于规划周期内的系统综合总成本净现值构建以系统综合后悔值最小为目标函数、系统运行和设备出力特性为约束条件的扩展规划模型，该模型充分考虑了天然气价格的不确定性，求得的规划结果即为系统最优建设方案，相比于传统方法提高了结果和准确性和合理性。和合理性。和合理性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于后悔规避的用户级综合能源系统优化方法


[0001]本专利技术涉及综合能源系统规划领域，具体说是一种能源系统优化方法。

技术介绍

[0002]用户级综合能源系统是能源消费的密集区域，主要包括园区、商业区、居民社区、医院、高校等具体形式，具有对电、气、冷、热、煤、原油等能源需求大和对供能可靠性要求高的特点，是综合能源系统建设和落实的具体表现形式。目前用户侧各类能源系统的调度和管控分属不同的部门负责，能源系统内部设备的规划、建设、运行、维护是单独进行的,这导致了用户侧能源系统存在能源利用率低、投资建设成本高、各环节联系不紧密等问题，对其综合效益产生不利影响。近年，国家电网公司提出了建设能源互联网、综合能源服务战略，以提升能源综合利用效率为目标，优化能源供给与消费结构，构建多能协调互补的智慧能源系统。用户级综合能源系统是能源互联网战略的重点建设目标之一，想要做好其建设工作需做到规划先行，研究合理的用户级综合能源系统规划方法对解决当前社会能源问题，提升能源利用效率，增强能源供给可靠性，降低规划成本有着重要的意义。
[0003]用户级综合能源系统涉及的不确定性因素众多，主要来源于供能环节、能源传输环节和用能环节，其中能源价格的变动会使得系统规划方案不再是最优方案，给规划工作带来困难。为减小能源价格不确定性对系统规划结果产生的影响，本专利技术采用基于后悔规避的优化方法对用户级综合能源系统进行规划，提升规划方法和规划结果的合理性，为综合能源系统建设工作提供科学依据和理论指导。

技术实现思路

[0004]针对用户侧综合能源系统存在的供能端天然气价格变动影响系统运行成本，造成规划方案与经济性最优方案存在偏差的问题，本专利技术采用后悔规避方法优化传统的以系统期望成本最优为目标的扩展规划模型。通过深入分析用户级综合能源系统的天然气价格变动场景及其内部的能源耦合设备和能量存储设备运行特性，基于规划周期内的系统综合总成本净现值构建以系统综合后悔值最小为目标函数、系统运行和设备出力特性为约束条件的扩展规划模型，该模型充分考虑了天然气价格的不确定性，求得的规划结果即为系统最优建设方案，相比于传统方法提高了结果和准确性和合理性。
[0005]为达到以上目的，本专利技术采取的技术方案是：
[0006]一种基于后悔规避的用户级综合能源系统优化方法，具体包括如下步骤：
[0007]步骤1：采用阶段场景树的方法处理用户级综合能源系统存在的天然气价格不确定性因素，设置规划场景。
[0008]步骤2：分析用户级综合能源系统内部的电、天然气、冷、热、蒸汽等能源的耦合关系，构建系统典型能源设备的运行特性和数学模型。
[0009]步骤3：以规划阶段的综合总成本最小为目标函数，综合能源系统运行和设备出力特性为约束条件，构建系统扩展规划模型，求解不同天然气价格波动场景下的最优方案。
[0010]步骤4：采用后悔规避优化方法解决步骤3规划模型中天然气价格不确定性的问题，以场景最优方案和规划方案之间的综合后悔值最低为目标函数构建基于后悔规避的用户级综合能源系统规划模型。
[0011]步骤5：采用分支-割平面法求解基于后悔规避的用户级综合能源系统规划模型，计算系统最优建设方案及不同场景下系统的典型运行方式。
[0012]在上述方案的基础上，步骤1具体包括如下步骤：
[0013]场景树的各节点代表不同规划阶段天然气的价格，场景树的边代表相邻阶段之间的价格变化情况，场景树从首节点到末节点形成的路径代表一个多阶段天然气价格场景；
[0014]假设不同阶段的价格存在三种变化情况，即较基准价格升高η、较基准价格下降η或与基准价相同，由此生成具有A个规划阶段的天然气价格波动场景集S，该场景集中包含有3
A-1
个天然气价波动场景s，每个场景对应的概率为S
i
表示第i个场景，1≤i≤3
A-1
，i为整数。
[0015]在上述方案的基础上，步骤2所述的用户级综合能源系统内部设备包括：分布式电源、能源耦合设备和储能装置。
[0016]在上述方案的基础上，所述分布式电源包含：可再生能源发电电源，所述可再生能源发电包括：风电和光伏电源；
[0017]所述能源耦合设备包括：热电联产机组(CHP)、电锅炉、燃气锅炉、吸收式制冷机、电制冷机、热泵和热交换，用于实现不同形式能量的相互转换；
[0018]所述储能装置包括蓄电池、蒸汽储能和冷储能，用于实现削峰填谷，是用户级综合能源系统的重要组成部分。
[0019]在上述方案的基础上，步骤2所述的数学模型包括光伏电源出力模型、风机出力模型、热电联产机组(CHP)模型、储能装置模型和其他能源耦合设备出力模型；
[0020]所述光伏电源出力模型为：
[0021]光伏电源的输出功率特性与光照强度、环境温度等因素相关，表达式为：
[0022][0023]T
s
＝T
a
+0.0138
·
(1+0.031T
a
)
·
(1-0.042u)
·
G
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0024]其中，P
pv
为光伏电源输出功率，单位为kW；G为光伏电源的实际光照强度，单位为kW/m2；T
s
、T
a
分别为光伏电源表面温度和环境温度，单位为℃；P
stc
、G
stc
、T
stc
分别为标准测试条件下光伏电源的最大输出功率、光照强度和表面温度；ε为光伏电源的功率温度系数，u为实际风速，单位为m/s。
[0025]所述风机出力模型为：
[0026]风机出力模型为风电机组输出功率与风速的关系，通常采用分段函数表示，其表达式为：
[0027][0028][0029]其中，u
ci
、u
co
、u
r
分别为切入风速、切出风速和额定风速，单位为m/s；P
wt
、P
r
分别为风机实际输出功率和额定功率，单位为kW。
[0030]所述热电联产机组(CHP)模型为：
[0031]热电联产机组(CHP)以天然气为输入能源，在输出端为用户提供电能和热能，采用定效率模型进行描述：
[0032][0033][0034]G
CHP
＝V
CHP
·
H
ng
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0035][0036]其中，P
CHP
和S
CHP
分别为热电联产机组输出的电功率和蒸汽功率，单位为kW；G
CHP
为热电联产机组输入的天然气功率，单位为kW；热电联产机组输入的天然气功率，单位为kW；分别为热电联产机组的电转换效率和蒸汽转本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于后悔规避的用户级综合能源系统优化方法，其特征在于，具体包括如下步骤：步骤1：采用阶段场景树的方法处理用户级综合能源系统存在的天然气价格不确定性因素，设置规划场景；步骤2：分析用户级综合能源系统内部的电、天然气、冷、热、蒸汽能源的耦合关系，构建系统典型能源设备的运行特性和数学模型；步骤3：以规划阶段的综合总成本最小为目标函数，综合能源系统运行和设备出力特性为约束条件，构建系统扩展规划模型，求解不同天然气价格波动场景下的最优方案；步骤4：采用后悔规避优化方法解决步骤3规划模型中天然气价格不确定性的问题，以场景最优方案和规划方案之间的综合后悔值最低为目标函数构建基于后悔规避的用户级综合能源系统规划模型；步骤5：采用分支-割平面法求解基于后悔规避的用户级综合能源系统规划模型，计算系统最优建设方案及不同场景下系统的典型运行方式。2.如权利要求1所述的基于后悔规避的用户级综合能源系统优化方法，其特征在于：步骤1具体包括如下步骤：场景树的各节点代表不同规划阶段天然气的价格，场景树的边代表相邻阶段之间的价格变化情况，场景树从首节点到末节点形成的路径代表一个多阶段天然气价格场景；假设不同阶段的价格存在三种变化情况，包括：较基准价格升高η、较基准价格下降η或与基准价相同，由此生成具有A个规划阶段的天然气价格波动场景集S，该场景集中包含有3
A-1
个天然气价波动场景s，每个场景对应的概率为S
i
表示第i个场景，1≤i≤3
A-1
，i为整数。3.如权利要求1所述的基于后悔规避的用户级综合能源系统优化方法，其特征在于：步骤2所述的用户级综合能源系统内部设备包括：分布式电源、能源耦合设备和储能装置。4.如权利要求3所述的基于后悔规避的用户级综合能源系统优化方法，其特征在于：所述分布式电源包含：可再生能源发电电源，所述可再生能源发电包括：风电和光伏电源；所述能源耦合设备包括：热电联产机组、电锅炉、燃气锅炉、吸收式制冷机、电制冷机、热泵和热交换，用于实现不同形式能量的相互转换；所述储能装置包括蓄电池、蒸汽储能和冷储能，用于实现削峰填谷。5.如权利要求4所述的基于后悔规避的用户级综合能源系统优化方法，其特征在于：步骤2所述的数学模型包括光伏电源出力模型、风机出力模型、热电联产机组模型、储能装置模型和其他能源耦合设备出力模型；所述光伏电源出力模型为：光伏电源的输出功率特性与光照强度、环境温度因素相关，表达式为：T
s
＝T
a
+0.0138
·
(1+0.031T
a
)
·
(1-0.042u)
·
G
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)其中，P
pv
为光伏电源输出功率，单位为kW；G为光伏电源的实际光照强度，单位为kW/m2；T
s
、T
a
分别为光伏电源表面温度和环境温度，单位为℃；P
stc
、G
stc
、T
stc
分别为标准测试条件下
光伏电源的最大输出功率、光照强度和表面温度；ε为光伏电源的功率温度系数，u为实际风速，单位为m/s；所述风机出力模型为：风机出力模型为风电机组输出功率与风速的关系，通常采用分段函数表示，其表达式为：为：其中，u
ci
、u
co
、u
r
分别为切入风速、切出风速和额定风速，单位为m/s；P
wt
、P
r
分别为风机实际输出功率和额定功率，单位为kW；所述热电联产机组模型为：热电联产机组以天然气为输入能源，在输出端为用户提供电能和热能，采用定效率模型进行描述：型进行描述：G
CHP
＝V
CHP
·
H
ng
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)其中，P
CHP
和S
CHP
分别为热电联产机组输出的电功率和蒸汽功率，单位为kW；G
CHP
为热电联产机组输入的天然气功率，单位为kW；联产机组输入的天然气功率，单位为kW；分别为热电联产机组的电转换效率和蒸汽转换效率；V
CHP
为热电联产机组消耗的天然气量，单位为m3/h；H
ng
为天然气热值，单位为kWh/m3；W
CHP
为热电联产机组配置容量；为热电联产机组的最低运行功率系数；所述储能装置模型为：用户级综合能源系统的储能装置能够实现能量的实时存储和释放，提升系统运行的灵活性，蓄电池、蒸汽储能和冷储能设备的运行特性表达式为：活性，蓄电池、蒸汽储能和冷储能设备的运行特性表达式为：-P
max
≤P
t
≤P
max
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)W
24
＝W0ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)其中，W
t
为t时刻存储能量，单位为kW；μ
loss
为设备能量自耗率；η
ch
、η
dis
分别为设备的充能和放能效率；Δt为时间间隔，通常取为1h；分别为储能装置存储上、下限系
数；W为系统配置的储能装置容量，单位为kW；P
max
为储...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵璞，林群，高建宇，潘乐真，郑思源，姬旭东，李大任，朱海立，谢浩铠，刘文琳，
申请(专利权)人：北京天和本安电力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：