一种基于网源协调的热电日前调度模型及计算方法技术

本发明专利技术涉及一种基于网源协调的热电日前调度模型，网源协调的热电日前调度模型以满足热电供应的前提下系统成本最小作为目标函数，所述模型受到热电供需平衡、线路安全以及各种设备的运行约束。本发明专利技术通过构建应用于城市电网网源协调的日前调度模型，组合了全新的输电网与配电网纵向互动模式、含大规模间歇性能源的热电日前一体化协调调度模型和通过交替方向乘子算法进行求解，将较复杂的优化决策问题分解为多个较小以及容易求解的不同子问题，并通过子问题之间的不断迭代求解直至全局收敛，从而求解得到原有问题的全局最优解。

【技术实现步骤摘要】
一种基于网源协调的热电日前调度模型及计算方法
本专利技术属于电气信息
，尤其是一种基于网源协调的热电日前调度模型及计算方法。
技术介绍
随着社会的发展，能源的消耗量持续增长。目前的能源结构以一次能源为主，给世界能源供应的可持续性带来了极大的挑战，同时也带来了巨大的环境问题。大力发展可再生能源，并通过对电/气/热等综合能源系统的合理规划和运行优化控制，构建由分布式终端综合能源单元和与之相耦合的集中式能源供应网络，将成为未来能源发展的重要形式。多种能源形式的耦合互补与梯级利用，有助于减小分布式能源波动对电网冲击、促进可再生能源发展应用。从能源利用角度，多种能源系统在不同时间尺度上具有相关性和互补性，可进行多时间尺度的能量存储和转供。综合能源系统是能源互联网的重要物理载体，承担着电、热、冷等能源转换、分配、储存等任务。根据地理因素与能源发/输/配/用特性，可将综合能源系统分为跨区级、区域级和用户级。跨区级综合能源系统以大型风电场、水电厂等集中式电源为主要能源，以大型输电、输气网络为骨干网架，主要起能源远距离传输的作用。城市综合能源具有清洁性、分布式、互联性、智能化、灵活性和开放性的特点：而能源互联网运行调度的目标是在保证能源互联网整体实时功率平衡的同时，降低分布式电源总的发电成本，相当于将经济调度问题转换为功率分配过程中增量成本一致性的问题。因此研究能源互联网运行调度中的实时功率分配问题具有重要的意义。综合能源系统优化调度问题的建模和求解是两个紧密相关的过程，通常将优化问题的求解方法分为两大类：即启发式方法(HeuristicMethods)和数学优化方法(MathematicalOptimizationMethods)。启发式方法的典型代表为智能算法，而数学优化方法以数学规划方法应用最为广泛。近年来，随着分布式发电技术的发展，大多数学者对综合能源系统的研究聚焦在区域级综合能源系统上，然而对于大规模清洁能源应用下的城市电网多能源协调综合管理缺少针对性研究。另一方面，传统调度模式主要是通过调度发电侧电源，最大限度地满足电网功率平衡。间歇性能源并网容量比例较大时，仅依靠机组出力调整往往不能实现其充分消纳；而且为了给间歇性能源发电预留备用，常规能源机组不得不长期低效率运行，间接造成能源浪费，不能充分发挥新能源发电的节能减排价值。因此，仅依靠发电侧的、从上到下的垂直调度模式已不能满足新能源电力系统的运行要求，必须研究新的调度模式。本专利技术希望提出一种考虑网源协调的热电日前调度模型及求解方法，解决大规模清洁能源应用下的城市电网多能源协调控制问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供应用于城市电网网源协调的日前调度，组合了全新的输电网与配电网纵向互动模式、含大规模间歇性能源的热电日前一体化协调调度模型和通过交替方向乘子算法进行求解的一种基于网源协调的热电日前调度模型。本专利技术所采用的具体技术方案如下：一种基于网源协调的热电日前调度模型，其特征在于：所述模型以满足热电供应的前提下系统成本最小作为目标函数，所述模型受到热电供需平衡、线路安全以及各种设备的运行约束。再有，所述目标函数为：其中，和分别为第t时段从系统外购买电和热的数量；和分别为第t时段系统内设备生产的电和热的数量；CPB为电网购电成本；CPG为自有设备发电成本；CHB为系统购热成本；CHG为自有设备发热成本。再有，所述系统购电和购热成本计算方法为：其中：和分别为第t时段从系统外购买电和热的价格；T为调度周期的时段数；所述系统发电成本计算方法为：其中：m为发电设备的编号；为第i个发电设备在第t时段的发电量；ai，bi和ci分别为第i个发电设备的发电成本系数；CPss,i为第i个发电设备的启停成本；为发电设备i在时段t的启停状态；所述系统产热成本计算方法为：其中：n为发热设备的编号；为第i个发热设备在第t时段的发热量；di，ei和fi分别为第i个发热设备的发热成本系数；CHss,i为第i个发热设备的开停机成本；为发热设备i在时段t的启停状态。再有，所述约束包括热电平衡约束、线路安全约束、机组的出力约束、机组的爬坡约束、旋转备用约束、电热锅炉约束、电锅炉的出力约束和储能设备约束。再有，所述热电平衡约束计算方法为：其中：为系统在第t时段的负荷功率预测值；为系统在第t时段的热负荷预测值；抽水蓄能机组抽水状态出力作负值计入，热泵、蓄热锅炉在蓄热状态为系统的负荷；所述线路安全约束计算方法为：其中：Gall为所有机组，γgj为机组g在线路j上的功率分布因子，Lj为线路流量限制；所述机组的出力约束和爬坡约束计算方法为：其中：Qgmin、Qgmax分别为火电机组g的最小出力与最大出力；rg,up为火电机组n的向上爬坡率，rg,down为火电机组g的向下爬坡率；所述旋转备用约束计算方法为：其中：Gcon为除了可再生能源和虚拟电动机之外的所有机组，Gren为风机和光伏发电机组，Rt为系统时段t的旋转备用需求；所述电热锅炉约束计算方法为：其中：为t时段蓄热罐的储热量；QHS,max和QHS,min分别为蓄热罐的最大和最小储热量；所述电锅炉的出力约束计算方法为：其中：为t时段蓄热锅炉的用电功率；PHS,max为段蓄热式电锅炉的功率上限；所述储能设备约束计算方法为：SOCmin≤SOC≤SOCmax其中：SOC为储能系统的荷电状态；SOCmax和SOCmin分别为荷电状态的上、下限。本专利技术的另一个目的是提供一种基于网源协调的热电日前调度模型的计算方法，其特征在于：包括如权利要求5所述的基于网源协调的热电日前调度模型，所述计算方法包括以下步骤：S21：量化考虑网源协调的热电日前调度目标；S22：量化考虑网源协调的热电日前调度约束；S23：参数初始化，设定原始残差、对偶因子和惩罚因子；S24：设置迭代次数k＝1；S25：计算系统供电调度最优子问题，计算系统供热调度最优子问题；S26：判断原始残差以及对偶残差是否收敛；如果不满足收敛的标准，则k加1，更新乘子，返回步骤S25；如果满足收敛的标准，则进入步骤S27；S27：求取对能源协调优化结果；S28：输出调度成本及运行曲线。再有，步骤S25所述最优子问题使用ADMM算法，形式为：minf(x)+g(y)s.t.Ax+By＝C其中：对于任意时段，和为优化变量；求解方法为：在每次迭代计算中，首先求解与x相关的最小化问题，并更新变量x；然后求解与y相关的最小化问题，并更新变量y；最后更新乘子z。再有，步骤S26所述收敛的标准为：...

【技术保护点】
1.一种基于网源协调的热电日前调度模型，其特征在于：所述模型以满足热电供应的前提下系统成本最小作为目标函数，所述模型受到热电供需平衡、线路安全以及各种设备的运行约束。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于网源协调的热电日前调度模型，其特征在于：所述模型以满足热电供应的前提下系统成本最小作为目标函数，所述模型受到热电供需平衡、线路安全以及各种设备的运行约束。


2.根据权利要求1所述的一种基于网源协调的热电日前调度模型，其特征在于：所述目标函数为：



其中，和分别为第t时段从系统外购买电和热的数量；和分别为第t时段系统内设备生产的电和热的数量；CPB为电网购电成本；CPG为自有设备发电成本；CHB为系统购热成本；CHG为自有设备发热成本。


3.根据权利要求2所述的一种基于网源协调的热电日前调度模型，其特征在于：
所述系统购电和购热成本计算方法为：






其中：和分别为第t时段从系统外购买电和热的价格；T为调度周期的时段数；
所述系统发电成本计算方法为：



其中：m为发电设备的编号；为第i个发电设备在第t时段的发电量；ai，bi和ci分别为第i个发电设备的发电成本系数；CPss,i为第i个发电设备的启停成本；为发电设备i在时段t的启停状态；
所述系统产热成本计算方法为：



其中：n为发热设备的编号；为第i个发热设备在第t时段的发热量；di，ei和fi分别为第i个发热设备的发热成本系数；CHss,i为第i个发热设备的开停机成本；为发热设备i在时段t的启停状态。


4.根据权利要求3所述的一种基于网源协调的热电日前调度模型，其特征在于：所述约束包括热电平衡约束、线路安全约束、机组的出力约束、机组的爬坡约束、旋转备用约束、电热锅炉约束、电锅炉的出力约束和储能设备约束。


5.根据权利要求4所述的一种基于网源协调的热电日前调度模型，其特征在于：
所述热电平衡约束计算方法为：






其中：为系统在第t时段的负荷功率预测值；为系统在第t时段的热负荷预测值；抽水蓄能机组抽水状态出力作负值计入，热泵、蓄热锅炉在蓄热状态为系统的负荷；
所述线路安全约束计算方法为：



其中：Gall为所有机组，γgj为机组g在线路j上的功率分布因子，Lj为线路流量限制；
所述机组的出力约束和爬坡约束计算方法为：






其中：Qgmin、Qgmax分别为火电机组g的最小出...

【专利技术属性】
技术研发人员：鄂志君，张长志，杨帮宇，赵毅，孔祥玉，孙方圆，李振斌，刘伟，李浩然，倪伟晨，周连升，甘智勇，王建军，
申请(专利权)人：国网天津市电力公司电力科学研究院，国网天津市电力公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12