一种园区综合能源系统的鲁棒规划方法技术方案

本发明专利技术涉及一种园区综合能源系统的鲁棒规划方法，其包括步骤：构建考虑PIES建设时序性的多阶段规划模型并基于对PIES的典型物理架构建模确定PIES中能量生产、能量转换以及能量储存设备的设备数字模型；在PIES中引入阶梯碳交易并确定PIES的无偿碳排放额并构建阶梯碳交易费用的计算模型；采用盒式不确定集描述PIES的源荷不确定性并在所述多阶段规划模型基础上建立考虑阶梯碳交易与源荷不确定性的PIES鲁棒多阶段规划模型；对所述PIES鲁棒多阶段规划模型进行对偶和线性化处理得到混合整数线性规划模型，并对混合整数线性规划模型进行求解获取PIES的鲁棒规划方案。考虑PIES建设时序的规划问题和源荷不确定性因素，可充分发挥PIES的优势。挥PIES的优势。挥PIES的优势。

【技术实现步骤摘要】
一种园区综合能源系统的鲁棒规划方法


[0001]本专利技术涉及园区综合能源系统规划领域，特别涉及一种园区综合能源系统的鲁棒规划方法。

技术介绍

[0002]随着全球碳交易市场的逐步扩大，为了促进能源行业在节能减排方面发挥主力军作用，在IES(Integrated Energy System,综合能源系统)和PIES(Park
‑
level Integrated Energy System,园区综合能源系统)的应用中引入碳交易机制，已经成为建设绿色低碳能源系统的重要方式。IES是一种涵盖电、热、气等多种能源的输入和输出，结合热电联产(Combined Heat and Power,CHP)、电转气(Power to Gas,P2G)、储能等技术，实现不同能源在同一系统中的相互转换和统一调度，在满足能源需求的同时提升能效的能源产供销一体化系统。而PIES是一种面向大厦、社区、工业园区或城镇等终端能源用户的微型综合能源系统。PIES作为一种终端用户侧多种能源形式的耦合对象与供应对象，可提升光伏(Photovoltaic,PV)、风能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种园区综合能源系统的鲁棒规划方法，其特征在于，其包括步骤：构建考虑PIES建设时序性的多阶段规划模型并基于对PIES的典型物理架构建模确定PIES中能量生产、能量转换以及能量储存设备的设备数字模型，其中，所述多阶段规划模型用于根据所述设备数字模型以及阶段与阶段之间的关联性决策出各个规划阶段的候选设备配置；在PIES中引入阶梯碳交易并确定PIES的无偿碳排放额并构建阶梯碳交易费用的计算模型；采用盒式不确定集描述PIES的源荷不确定性并在所述多阶段规划模型基础上建立考虑阶梯碳交易与源荷不确定性的PIES鲁棒多阶段规划模型；对所述PIES鲁棒多阶段规划模型进行对偶和线性化处理得到混合整数线性规划模型，并对混合整数线性规划模型进行求解获取PIES的鲁棒规划方案。2.如权利要求1所述的一种园区综合能源系统的鲁棒规划方法，其特征在于，所述构建考虑PIES建设时序性的多阶段规划模型，包括步骤：将待配置设备的最短寿命年限作为所述多阶段规划模型的规划周期的取值；根据规划周期内最大负荷水平的变化情况决定所述多阶段规划模型的规划阶段数目；设置约束条件使前面规划阶段的方案与后续规划阶段相关联且当前规划阶段的决策结果与前面所有规划阶段相关；以全寿命周期成本最小为目标并结合所述约束条件决策出各个规划阶段的候选设备配置。3.如权利要求2所述的一种园区综合能源系统的鲁棒规划方法，其特征在于，所述以全寿命周期成本最小为目标并结合所述约束条件决策出各个规划阶段的候选设备配置，包括步骤：使当前规划阶段的方案满足当前规划阶段的负荷增长需求；基于之前所有规划阶段的设备投资建设情况对当前规划阶段的候选设备进行配置直至决策出所有规划阶段的候选设备配置。4.如权利要求3所述的一种园区综合能源系统的鲁棒规划方法，其特征在于，所述基于对PIES的典型物理架构建模确定PIES中能量生产、能量转换以及能量储存设备的设备数字模型，包括步骤：基于能量枢纽EH模型将PIES等效为一个涵盖多种能源形式输入和输出的双端口网络；确定PIES的能量生产、能量转换以及能量储存设备，其中，能量生产设备为光伏PV设备，能量转换设备包括电转气P2G设备、电锅炉EB设备、热电联产CHP设备以及燃气锅炉GB设备，能量储存设备包括电储ES设备、热储TS设备、气储GS设备；对PIES的能量生产、能量转换以及能量储存设备进行数字建模并获取各设备的数字模型，且所述各设备的数字模型包括：PV设备的数学模型，其表示为：其中，P
PV
(t)表示PV设备在t时刻的输出电功率，表示PV设备输出电功率的上限，由设备的额定容量所决定；
P2G设备的数学模型，其表示为：其中，G
P2G
(t)、g
P2G
(t)分别表示t时刻P2G设备输出的天然气功率、输出的天然气流量，η
P2G
表示P2G设备的能量转换效率，P
P2G
(t)表示t时刻输入P2G设备的电功率；Q表示天然气低热值，表示输入P2G设备的电功率上限，由设备的额定容量确定；EB设备的数学模型，其表示为：其中，H
EB
(t)表示EB设备t时刻输出的热功率，P
EB
(t)表示t时刻输入EB设备的电功率，η
EB
表示EB设备的能量转换效率，表示输入EB设备的电功率上限，由设备的额定容量确定；CHP设备的数学模型，其表示为：其中，H
CHP
(t)、η
CHP,h
分别表示CHP设备t时刻输出的热功率以及设备的热转换效率，P
CHP
(t)、η
CHP,e
分别表示CHP设备t时刻输出的电功率以及设备的电转换效率，G
CHP
(t)表示t时刻输入CHP设备的天然气功率，其取值单位与电功率的取值单位一致，根据天然气低热值Q进行转化，表示输入CHP设备的天然气功率上限，由设备的额定容量确定，ΔG
CHP
、分别表示CHP设备的最大、最小爬坡率；GB设备的数学模型，其表示为：其中，H
GB
(t)表示GB设备t时刻输出的热功率；η
GB
表示GB设备的能量转换效率，G
GB
(t)表示t时刻输入GB设备的天然气功率，其取值单位与电功率的取值单位一致，根据天然气低热值Q进行转化，表示输入GB设备的天然气功率上限，由GB设备的额定容量确定，ΔG
GB
、分别表示GB设备的最大、最小爬坡率；所述ES、TS以及HS设备的数学模型，其表示为：
其中，s∈Ω,Ω＝{ES,TS,GS}表示ES、TS、GS三类储能设备的集合，分别表示第s类储能设备在t时刻的充能功率大小以及充能功率上限，分别表示第s类储能设备在t时刻的放能功率大小以及放能功率上限，为0
‑
1变量，当取值为1时表示t时刻第s类储能进行充能，取值为0时表示t时刻第s类储能进行放能，D
s
(t)表示t时刻第s类储能设备的荷能状态，(t)表示t时刻第s类储能设备的荷能状态，分别表示第s类储能设备的充、放能效率，Δt为运行步长，取值为1h，D
s
分别表示第s类储能设备最大、最小荷能值，D
s
(t0)、D
s
(t
T
)分别表示第s类储能设备在调度周期初和调度周期末的荷能状态。5.如权利要求4所述的一种园区综合能源系统的鲁棒规划方法，其特征在于，所述在PIES中引入阶梯碳交易并确定PIES的无偿碳排放额并构建阶梯碳交易费用的计算模型，包括步骤：针对PIES的碳排放源采用基准线法确定PIES的初始无偿碳排放额，所述PIES的碳排放源包括PIES外购电力、CHP设备和GB设备，且所述初始无偿碳排放额为：其中，E
*
表示PIES的无偿碳排放配额，和分别表示PIES外购电力、CHP设备和GB设备所对应的无偿碳排放配额，T表示碳交易费用的结算周期，且T＝8760，表示单位购电量的无偿碳排放配额，P
PN
(t)表示t时刻PIES向上级电网的购电功率，表示单位热量的无偿碳排放额，表示CHP设备发电量向供热量的折算系数；确定PIES的实际碳排放量，且所述实际碳排放量表示为：其中，E表示PIES的实际碳排放总量，E
PN
、E
CHP
和E
GB
分别表示PIES外购电力、CHP设备、GB
设备对应的实际碳排放量，E
P2G
表示P2G设备的CO2消耗量，β
g
表示碳消耗系数；构建阶梯碳交易费用的计算模型，所述阶梯碳交易费用的计算模型表示为：其中，C
co
表示PIES的阶梯碳交易费用，c表示碳交易基准价格，α表示价格增长系数，d表示价格区间长度，价格区间数目与C
co
的分段数相对应。6.如权利要求5所述的一种园区综合能源系统的鲁棒规划方法，其特征在于，所述采用盒式不确定集描述PIES的源荷不确定性，包括步骤：采用盒式不确定集描述PIES的源不确定性以及荷不确定性，且表示为：其中，U表示不确定集，u表示规划周期内的不确定变量集合，由每年各个时刻的PV实际出力P
PV,n
(t)、实际电负荷P
L,n
(t)、实际热负荷H
L,n
(t)以及实际气负荷G
L,n
(t)组成，上标^表示预测值，Δu表示规划周期内各不确定变量允许的最大误差波动范围，δ
PV
、δ
PL
、δ
GL
、δ
GL
分别表示PV出力、电负荷、热负荷、气负荷允许的波动偏差系数；将不确定集U的不确定调节参数Γ定义为：将不确定集U的不确定调节参数Γ定义为：将不确定集U的不确定调节参数Γ定义为：将不确定集U的不确定调节参数Γ定义为：其中，Γ
PV
、Γ
PL
、Γ
HL
、Γ
GL
分别表示PV出力、电负荷、热负荷、气负荷的不确定调节参数，
分别表征规划周期内允许PV出力、电负荷、热负荷、气负荷实际取值偏离预测值的最大年数。7.如权利要求6所述的一种园区综合能源系统的鲁棒规划方法，其特征在于，所述在所述多阶段规划模型基础上建立考虑阶梯碳交易与源荷不确定性的PIES鲁棒多阶段规划模型，包括步骤：将所述多阶段规划模型划分为第一阶段问题模型和第二阶段问题模型，且所述第一阶段问题模型用于决策设备的投资情况，所述第二阶段问题模型用于决策设备的运行情况；分别针对第一阶段问题模型与第二阶段问题模型设置目标函数，所述目标函数表示为：其中，f1(
·
)表示第一阶段问题模型的目标函数，由投资费用C
inv,k
、设备残值C
R
组成，f2(
·
)表示第二阶段问题模型的目标函数，由运行费用C
ope,n
、维护费用C
main,n
、碳交易费用C
co,n
组成，x、y分别表示第一阶段问题模型、第二阶段问题模型的优化变量集合，Ξ(x,u)表示决策x和u之后y的可行域，K表示规划阶段数，k表示第k个规划阶段，N表示规划周期年数，n表示规划周期的第n年，n
k
表示第k个规划阶段的第一年为规划周期的第n
k
年，γ表示贴现率；所述投资费用C
inv,k
的计算方式为：其中，c
PV
表示PV的单位容量投建成本，W
PV,k
表示PV设备在第k个规划阶段的容量配置，Π＝{P2G,EB,CHP,GB}、Ω＝{ES,TS,GS}分别表示能量转换设备和储能设备的集合，c
i
、c
s
分别表示第i类能量转换设备、第s类储能设备的单位容量投建成本，W
i,k
、W
s,k
分别表示第i类能量转换设备、第s类储能设备在第k个规划阶段的容量配置；所述设备残值C
R
的计算方式为：其中，c
dep,j
表示第j类规划周期末使用寿命还未结束的设备的年平均折旧费用，C
inv,j
表示第j类设备在所有阶段的投资费用之和，δ
j
表示第j类设备的净残值率，Y
j
表示第j类设备的寿命，N
j
表示第j类设备自投建到规划周期末的使用年数；所述运行费用C
ope,n
的计算方式为：
其中，c
e
(t)、c
g
(t)分别表示t时刻的电价、气价；P
PN,n
(t)表示第n年t时刻PIES向上级电网的购电功率，G
GN,n
(t)表示第n年t时刻PIES向上级气网的购气功率；所述维护费用C
main,n
的计算方式为：其中，O表示各类设备的单位维护费用矩阵，P
n
(t)表示第n年t时...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡志坚，陈志，王剑锋，项添春，李天格，刘盛辉，龚庆武，刘妍，胡号，金尧，马世乾，王天昊，王坤，李野，赵晨阳，
申请(专利权)人：国网天津市电力公司，
类型：发明
国别省市：