考虑用户用能不确定性的电-气多能存储系统配置方法技术方案

本发明专利技术公开了一种考虑用户用能不确定性的电

【技术实现步骤摘要】
考虑用户用能不确定性的电
‑
气多能存储系统配置方法


[0001]本专利技术属于多能存储系统研究领域，尤其涉及一种考虑用户用能不确定性的电
‑
气多能存储系统配置方法。

技术介绍

[0002]随着化石能源枯竭以及环境污染问题的日益严峻，能源互联网作为解决该问题的有效途径被广泛认可。能源互联网是基于互联网理念的新型技术信息能源融合开放系统，可以大幅提高能源使用效率，促进可再生能源的大规模发展。
[0003]区域综合能源系统作为能源互联网的重要组成部分，一般包含冷、热、电、气等能源形式，利用物联网技术和信息技术对区域内的所有供能设备源统一整合并实施调度，以达到对区域冷热电负荷进行优化供能，提升能源利用效率的效果。
[0004]储能技术作为综合能源系统的支撑技术受到广泛关注。综合能源系统在传统的储能电池基础上，引入了多能存储系统，包含储电、热、冷、气以及复合储能等多种形式。在综合能源系统中安装单一能源形式的储能系统会有一定削峰填谷作用，但往往多能源类型负荷需要储能出力补足时，进行一定的多能源间的相互转换会造成一定的能量损失，如热负荷不能及时由储电系统供能。且储电系统相对制造成本高昂，能量大规模存储的损失较大。而储热、气系统可大规模存储能量，但系统惯性较储电系统大，能量传递慢。因此，不同类型储能系统性能互补。此外，多能存储系统在电能替代方面起着关键作用，一定配置的多能存储系统可以保证完全的电能替代。因此，为了增强综合能源网的灵活性，引入多能存储系统来达到优势互补的目的。
>[0005]对多能存储系统的研究近来受到学者的关注，如有学者建立了以综合成本最小为目标，考虑多能存储的区域综合能源系统优化运行模型；有学者提出了一种新型实时能量管理方法来控制由光伏阵列驱动的孤岛直流微电网，且该微电网同时配备电、氢2种不同类型的储能系统；有学者研究电转天然气过程中储氢系统的配置；有学者提出了计及电/热柔性负荷的区域综合能源系统储能优化配置方法；
[0006]但是上述研究未有对电
‑
气多能系统优化配置的研究，且未有对储能电池、P2G设备、储气设备、输气管道等电
‑
气多能存储系统多种设备的优化配置模型的研究，并且在多能存储系统优化配置中均未考虑用户用能种类的不确定性，且鲜有探讨在多能存储系统加入后电能替代的可行性。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种考虑用户用能不确定性的电
‑
气多能存储系统配置方法。
[0008]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种考虑用户用能不确定性的电
‑
气多能存储系统配置方法，包括如下步骤：
[0009](1)建立含有电
‑
气多能存储系统的区域综合能源系统模型；
[0010](2)分析不同负荷特性以及用户用能种类不确定性对储能系统配置的影响并对负荷进行调整：
[0011](2.1)确定负荷不同供给来源。
[0012](2.2)确定可选择负荷的占比。
[0013](3)以经济性为目标，建立含储能电池、P2G设备、储气设备、输气管道的电
‑
气多能存储系统优化配置模型：
[0014](3.1)在已建的综合能源系统中，对多能存储系统的额定功率和容量进行规划，使其在全寿命周期内的总成本最小。同时，考虑资金的时间价值，将所有成本归算到等年值。
[0015](3.2)建立的模型中附加燃气轮机出力约束、燃气锅炉约束、电锅炉约束、储能电池约束、储气约束。
[0016](4)优化求解步骤(3)建立的模型。
[0017]进一步地，步骤(1)具体为：
[0018](1.1)建立基于含电
‑
气多能存储系统的区域综合能源系统物理模型。多能存储系统包括储能电池、P2G设备、储气设备以及储气设备的输入和输出管道。负荷分为电力负荷和热负荷，其它设备还有燃气轮机、风力发电机、燃气锅炉和电锅炉。
[0019](1.2)建立基于含电
‑
气多能存储系统的区域综合能源系统数学模型。具体为：
[0020](1.2.1)外部能量注入：配电网注入功率和气网注入功率
[0021](1.2.2)电负荷由风机发电出力P
WT
、储能电池出力P
Bat
、配网购电的部分以及燃气轮机的出力P
GT
供应：
[0022][0023]其中，μ、(1
‑
μ)分别表示电力用于P2G设备和直接供电的分流系数；λ和(1
‑
λ)表示天然气输入燃气轮机和燃气锅炉的分流系数。η
P2G
、η
GF
、η
GT
分别为P2G设备、燃气锅炉、燃气轮机和电锅炉的转换效率。
[0024](1.2.3)热负荷由燃气锅炉供应：
[0025][0026]其中，P
GS
为储气装置输出功率。
[0027](1.2.4)P2G设备的功率P
P2G
指电力转化天然气功率，P2G设备作为储气装置的一部分，通过输气管道直接进入储气系统，需要时再从储气系统通过输气管道供应负荷：
[0028][0029](1.2.5)燃气轮机的气源是储气装置输出与气网输入的一部分：
[0030][0031]其中，η
GS
为储气设备的转换效率。
[0032]进一步地，步骤(2.2)中，可选择性负荷一部分由燃气锅炉供能，一部分由电锅炉供能，作为电负荷来处理。每一时段的负荷类型分配比例负荷均匀分布。
[0033]进一步地，步骤(3.1)具体为：
[0034](3.1)规划的目标函数可表示为：
[0035]min C＝k
pa
IC+OC+FC
[0036]式中，C为折算到每年的总成本；IC为初始投资成本；OC为每年的运行成本；FC为固定成本，为一定值，主要指年维护成本；k
pa
为现值转化为年值的资金时间价值系数，在年利率为r，储能寿命周期为y年时，其表达式为：
[0037][0038]进一步地，步骤(3.1)中：
[0039](3.1.1)投资成本主要包括储能电池和储气装置两个部分：
[0040][0041]式中：分别表示蓄电池的最大功率和最大容量；表示P2G设备的最大功率；表示储气装置最大容量；分别表示输入、输出储气装置的最大功率；k1、k2分别表示蓄电池的单位功率投资系数和单位容量投资系数；k3表示P2G设备的单位功率投资系数；k4表示储气装置的的单位容量投资系数；k5表示输气管道的单位功率投资系数。
[0042](3.1.2)运行成本指从主网中购电成本和从气网中购气成本，其表达式如下：
[0043][0044]式中，S、T分别表示典型日数和一天的调度小时数；d
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑用户用能不确定性的电
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气多能存储系统配置方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)建立含有电
‑
气多能存储系统的区域综合能源系统模型；(2)分析不同负荷特性以及用户用能种类不确定性对储能系统配置的影响并对负荷进行调整：(2.1)确定负荷不同供给来源。(2.2)确定可选择负荷的占比。(3)以经济性为目标，建立含储能电池、P2G设备、储气设备、输气管道的电
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气多能存储系统优化配置模型：(3.1)在已建的综合能源系统中，对多能存储系统的额定功率和容量进行规划，使其在全寿命周期内的总成本最小。同时，考虑资金的时间价值，将所有成本归算到等年值。(3.2)建立的模型中附加燃气轮机出力约束、燃气锅炉约束、电锅炉约束、储能电池约束、储气约束。(4)优化求解步骤(3)建立的模型。2.根据权利要求1所述考虑用户用能不确定性的电
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气多能存储系统配置方法，其特征在于，步骤(1)具体为：(1.1)建立基于含电
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气多能存储系统的区域综合能源系统物理模型。多能存储系统包括储能电池、P2G设备、储气设备以及储气设备的输入和输出管道。负荷分为电力负荷和热负荷，其它设备还有燃气轮机、风力发电机、燃气锅炉和电锅炉。(1.2)建立基于含电
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气多能存储系统的区域综合能源系统数学模型。具体为：(1.2.1)外部能量注入：配电网注入功率和气网注入功率(1.2.2)电负荷由风机发电出力P
WT
、储能电池出力P
Bat
、配网购电的部分以及燃气轮机的出力P
GT
供应：其中，μ、(1
‑
μ)分别表示电力用于P2G设备和直接供电的分流系数；λ和(1
‑
λ)表示天然气输入燃气轮机和燃气锅炉的分流系数。η
P2G
、η
GF
、η
GT
分别为P2G设备、燃气锅炉、燃气轮机和电锅炉的转换效率。(1.2.3)热负荷由燃气锅炉供应：其中，P
GS
为储气装置输出功率。(1.2.4)P2G设备的功率P
P2G
指电力转化天然气功率，P2G设备作为储气装置的一部分，通过输气管道直接进入储气系统，需要时再从储气系统通过输气管道供应负荷：(1.2.5)燃气轮机的气源是储气装置输出与气网输入的一部分：
其中，η
GS
为储气设备的转换效率。3.根据权利要求1所述考虑用户用能不确定性的电
‑
气多能存储系统配置方法，其特征在于，步骤(2.2)中，可选择性负荷一部分由燃气锅炉供能，一部分由电锅炉供能，作为电负荷来处理。每一时段的负荷类型分配比例负荷均匀分布。4.根据权利要求1所述考虑用户用能不确定性的电
‑
气多能存储系统配置方法，其特征在于，步骤(3.1)具体为：(3.1)规划的目标函数可表示为：minC＝k
pa
IC+OC+FC式中，C为折算到每年的总成本；IC为初始投资成本；OC为每年的运行成本；FC为固定成本，为一定值，主要指年维护成本；k
pa
为现值转化为年值的资金时间价值系数，在年利率为r，储能寿命周期为y年时，其表达式为：5.根据权利要求4所述考虑用户用能不确定性的电
‑
气多能存储系统配置方法，其特征在于，步骤(3.1)中：(3.1.1)投资成本主要包括储能电池和储气装置两个部分：式中：分别表示蓄电池的最大功率和最大容量；表示P2G设备的最大功率；表示储气装置最大容量；分别表示输入、输出储气装置的最大功率；k1、k2分别表示蓄电池的单位功率投资系数和单位容量投资系数；k3表示P2G设备的单位功率投资系数；k4表示储气装置的的单位容量投资系数；k5表示输气管道的单位功率投资系数。(3.1.2)运行成本指从主网中购电成本和从气网中购气成本，其表达式如下：式中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨波，潘军，黄旭锐，朱以顺，张行，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司广州供电局，
类型：发明
国别省市：