一种电热综合能源系统日前优化调度方法技术方案

本发明专利技术公开了一种电热综合能源系统日前优化调度方法。包括以下步骤：风电出力数据的特征分析，建立风电出力不确定性的非高斯分布模型；通过GRU网络对历史数据进行训练、预测，得到日前各个调度时段的负荷预测值；建立电热综合能源系统的机组模型；基于情景树结构描述系统中风电出力的不确定性，根据日前的负荷预测值和系统机组模型，利用随机模型预测控制方法得到电热综合能源系统的日前调度参数控制量；将日前调度参数控制量输出给供电和供热机组用于调控。本发明专利技术提出的多时间尺度优化调度方法对风电出力数据进行了特征分析，对负荷进行预测，并在日前对电热综合能源系统进行优化调度，节约系统的运行成本，保证系统的稳定性和鲁棒性。和鲁棒性。和鲁棒性。

【技术实现步骤摘要】
一种电热综合能源系统日前优化调度方法


[0001]本专利技术涉及电力系统和热力系统综合调控领域，更具体地说是一种电热综合能源系统日前优化调度方法。

技术介绍

[0002]电热综合能源系统将电力系统和热力系统相结合，通过协调调节热力系统和电力系统的出力满足系统中的热负荷和电负荷需求，尤其在具有供暖需求的北方地区，以热电联产机组为基础的电热综合能源系统得到了广泛应用。但是，电热综合能源系统中热电机组“以热定电”的运行方式限制了可再生能源风力发电的上网空间，随着风电出力并网比例的提高，电热综合能源系统协调优化调度面临新的挑战。
[0003]风电出力具有随机性、间歇性和波动性等不确定性，这对电热综合能源系统安全、可靠和运行带来了挑战。电热综合能源系统的协调优化调度根据调度时间尺度的长短可以分为日前调度，合理的调度优化方案可以应对系统不确定性，保证电热综合能源系统运行的可靠性和安全性，降低系统燃气消耗和煤耗。
[0004]近年来，先进的优化调度技术提高了系统的响应能力和性能，但是这些方法没有充分考虑系统中的不确定性因素，不能实现系统的最优调度。日前调度方式能够提前做出合理的调度安排，但是不能应对系统实时的不确定性。

技术实现思路

[0005]为解决风电出力不确定性对电热综合能源系统的影响，本专利技术提供一种日前调度的优化调度方法。
[0006]一种电热综合能源系统日前优化调度方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1：对历史风电出力数据进行特征分析，建立描述风电出力不确定性的概率分布模型；
[0008]步骤2：根据风电出力的环境因素和历史数据利用GRU网络对负荷进行预测，得到日前各个调度时段的负荷预测值；
[0009]步骤3：建立电热综合能源系统中各组成部分的机组模型；
[0010]步骤4：根据步骤1的风电出力不确定模型，基于情景树结构描述系统中风电出力的不确定性；根据步骤2得到的日前各个调度时段的负荷预测值和步骤3建立的系统模型，利用随机模型预测控制方法求解得到电热综合能源系统的日前调度参数控制量；
[0011]步骤5：将日前调度参数控制量输出给供电、供热机组以及电加热锅炉，调控机组在每个调度时段的功率输出以及电加热锅炉的功率输入，实现系统的优化调度。
[0012]所述步骤1)具体为：
[0013]对风力发电的历史出力数据进行清洗和特征分析，得到风电出力数据的概率分布特征，建立风电出力的非高斯分布模型，得到的原始非高斯形式的风电功率分布模型的概率密度函数。
[0014]所述步骤2)具体为：
[0015]根据影响风电出力的环境因素和历史负荷数据，利用建立的预测网络结构对负荷进行训练和预测，输出日前的负荷需求预测值。
[0016]所述建立的网络结构包括依次连接的CNN层、GRU网络、Attention机制层；网络结构的输入为一个采样时刻下的风速、光照、温度和负荷，Attention层的输出为日前各个调度时段的负荷预测值：k时刻系统用电负荷热负荷功率
[0017]所述电热综合能源系统包括电力系统和热力系统，二者通过热电机组进行耦合，热力系统由热电机组和电加热锅炉为热负荷提供热能，电力系统由热电机组、常规发电机组和风机为电负荷提供电能，同时，系统中还包括储能系统用于存储和释放电热综合能源系统的电能，分别建立各部分的机组模型。
[0018]所述各部分的机组模型包括：
[0019](1)热电机组运行模型
[0020][0021]其中，为第i套CHP机组k时刻发电功率，η
GT
为CHP机组中燃气轮机综合转化效率，H
ng
为天然气高热值，为第i套CHP机组k时刻消耗的天然气流量，定热电比模式下，CHP机组热功率与机组输出电功率有关，可表示为：
[0022][0023]其中，为CHP机组在k时刻的热功率；c
CHP
为CHP机组热电比；
[0024](2)电加热锅炉热运行模型
[0025][0026]其中，为第i台电锅炉在k时刻的热功率，η
EB
为电锅炉的电热转换效率，为第i台电锅炉k时刻用电功率；
[0027](3)常规发电机组运行模型
[0028][0029]其中，表示k时刻第i台常规发电机组的煤耗，表示常规发电机组的发电功率，a
i
，b
i
，c
i
表示与机组运行相关的系数；
[0030](4)储能系统模型
[0031]电热综合能源系统调度中，储能系统具有响应速度快的特点能够补偿系统在干扰下的功率平衡偏差，是系统中的重要组成部分；储能系统充、放电功率模型可描述为：
[0032][0033]其中，为第i个储能系统在k时刻的容量，ΔT表示单位调度时间间隔；为储能系统k时刻充放电功率；η
c
与η
d
分别为储能系统充电、放电效率；为储能系统k时刻充
放电状态，储能系统充电时放电时
[0034](5)设备运行约束
[0035]电热综合能源系统内各部分机组设备在运行各时刻需满足自身功率上下限约束，表示为：
[0036][0037][0038][0039][0040][0041][0042]其中，其中，分别表示第i台常规发电机组、CHP机组、风电机组、储能设备、电锅炉的运行功率上下限值；和分别为储能系统充放电容量的最小值和最大值；N
G
,N
CHP
,N
WT
,N
E
,N
EB
为系统内对应机组设备的数量；
[0043](6)功率变化率约束
[0044]系统内各机组设备的控制运行需满足在安全范围内，定义系统内各机组设备的控制运行需满足在安全范围内，定义分别为常规发电机组、CHP机组、风电机组、电锅炉在单位调度周期ΔT内的控制功率变化量，用于调控机组在每个调度时段的功率输出，需满足如下约束：
[0045][0046][0047][0048][0049]其中，和和和和分别为第i台常规发电机组、CHP机组、风电机组、电锅炉在单位调度周期ΔT内的功率变化上下限值；
[0050](7)电、热功率平衡约束
[0051]电热综合能源系统运行过程中需要通过调整各机组设备的参数控制量来满足用户的电负荷与热负荷需求。系统的功率平衡约束为：
[0052][0053][0054]其中，和分别为常规发电机组、风力发电机组在k时刻的发电功率；为k时刻系统用电负荷，为系统k时刻热负荷功率。
[0055]所述根据步骤1)的风电出力不确定模型，基于情景树结构描述系统中风电出力的不确定性；包括以下步骤：
[0056]根据步骤1)的风电出力非高斯分布模型，建立基于情景树结构的风电功率变化显式表达结构，得到不同风电功率情景s发生的概率ω
s
。
[0057]所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电热综合能源系统日前优化调度方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：对历史风电出力数据进行特征分析，建立描述风电出力不确定性的概率分布模型；步骤2：根据风电出力的环境因素和历史数据利用GRU网络对负荷进行预测，得到日前各个调度时段的负荷预测值；步骤3：建立电热综合能源系统中各组成部分的机组模型；步骤4：根据步骤1的风电出力不确定模型，基于情景树结构描述系统中风电出力的不确定性；根据步骤2得到的日前各个调度时段的负荷预测值和步骤3建立的系统模型，利用随机模型预测控制方法求解得到电热综合能源系统的日前调度参数控制量；步骤5：将日前调度参数控制量输出给供电、供热机组以及电加热锅炉，调控机组在每个调度时段的功率输出以及电加热锅炉的功率输入，实现系统的优化调度。2.根据权利要求1所述的一种电热综合能源系统日前优化调度方法，其特征在于，所述步骤1)具体为：对风力发电的历史出力数据进行清洗和特征分析，得到风电出力数据的概率分布特征，建立风电出力的非高斯分布模型，得到的原始非高斯形式的风电功率分布模型的概率密度函数。3.根据权利要求1所述的一种电热综合能源系统日前优化调度方法，其特征在于，所述步骤2)具体为：根据影响风电出力的环境因素和历史负荷数据，利用建立的预测网络结构对负荷进行训练和预测，输出日前的负荷需求预测值。4.根据权利要求3所述的一种电热综合能源系统日前优化调度方法，其特征在于，所述建立的网络结构包括依次连接的CNN层、GRU网络、Attention机制层；网络结构的输入为一个采样时刻下的风速、光照、温度和负荷，Attention层的输出为日前各个调度时段的负荷预测值：k时刻系统用电负荷热负荷功率5.根据权利要求1所述的一种电热综合能源系统日前优化调度方法，其特征在于，所述电热综合能源系统包括电力系统和热力系统，二者通过热电机组进行耦合，热力系统由热电机组和电加热锅炉为热负荷提供热能，电力系统由热电机组、常规发电机组和风机为电负荷提供电能，同时，系统中还包括储能系统用于存储和释放电热综合能源系统的电能，分别建立各部分的机组模型。6.根据权利要求1所述的一种电热综合能源系统日前优化调度方法，其特征在于，所述各部分的机组模型包括：(1)热电机组运行模型其中，为第i套CHP机组k时刻发电功率，η
GT
为CHP机组中燃气轮机综合转化效率，H
ng
为天然气高热值，为第i套CHP机组k时刻消耗的天然气流量，定热电比模式下，CHP机组热功率与机组输出电功率有关，可表示为：
其中，为CHP机组在k时刻的热功率；c
CHP
为CHP机组热电比；(2)电加热锅炉热运行模型其中，为第i台电锅炉在k时刻的热功率，η
EB
为电锅炉的电热转换效率，为第i台电锅炉k时刻用电功率；(3)常规发电机组运行模型其中，表示k时刻第i台常规发电机组的煤耗，表示常规发电机组的发电功率，a
i
，b
i
，c
i
表示与机组运行相关的系数；(4)储能系统模型电热综合能源系统调度中，储能系统具有响应速度快的特点能够补偿系统在干扰下的功率平衡偏差，是系统中的重要组成部分；储能系统充、放电功率模型可描述为：其中，为第i个储能系统在k时刻的容量，ΔT表示单位调度时间间隔；为储能系统k时刻充放电功率；η
c
与η
d
分别为储能系统充电、放电效率；为储能系统k时刻充放电状态，储能系统充电时放电时(5)设备运行约束电热综合能源系统内各部分机组设备在运行各时刻需满足自身功率上下限约束，表示为：为：为：为：为：为：其中，其中，分别表示第i台常规发电机组、CHP机组、风电机组、储能设备、电锅炉的运行功率上下限值；
和分别为储能系统充放电容量的最小值和最大值；N
G
，N
CHP
，N
WT
，N
E
，N
EB
为系统内对应机组设备的数量；(6)功率变化率约束系统内各机组设备的控制运行需满足在安全范围内，定文系统内各机组设备的控制运行需满足在安全范围内，定文分别为常规发电机组、CHP机组、风电机组、电锅炉在单位调度周期ΔT内的控制功率变化量，用于调控机组在每个调度时段的功率输出，需满足如下约束：ΔT内的控制功率变化量，用于调控机组在每个调度时段的功率输出，需满足如下约束：ΔT内的控制功率变化量，用于调控机组在每个调度时段的功率输出，需满足如下约束：ΔT内的控制功率变化量，用于调控机组在每个调度时段的功率输出，需满足如下约束：其中，和和和和分别为第i台常规发电机组、CHP机组、风电机组、电锅炉在单位调度周期ΔT内的功率变化上下限值；(7)电、热功率平衡约束电热综合能源系统运行过程中需要通过调整各机组设备的参数控制量来满足用户的电负荷与热负荷需求。系统的功率平衡约束为：电负荷与热负荷需求。系统的功率平衡约束为：其中，和分别为常规发电机组、风力发电机组在k时刻的发电功率；为k时刻系统用电负荷，为系统k时刻热负荷功率。7.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘鼎，李婉婷，胡博，刘玉奇，臧传治，曾鹏，顾洪群，罗桓桓，吕旭明，周桂平，王磊，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：