【技术实现步骤摘要】
一种计及多温控负荷时段内灵活性的气电综合能源系统随机优化调度方法及装置
[0001]本专利技术涉及电力及综合能源系统优化调度的应用领域，更具体地，涉及一种计及多温控负荷时段内灵活性的气电综合能源系统随机优化调度方法及装置。
技术介绍
[0002]温控负荷具有多种类型，它们分别适用于不同的用途，能够为系统提供的需求响应功能也有所不同。下面分别介绍三种用途下的不同类型的温控负荷需求响应：
[0003](1)5G基站和数据中心内主要安装定频空调负荷，目的是保证各种通讯设备的工作温度在额定范围内，由于要保障供电的可靠性一般会安装蓄电池，而电路发生故障的情况较少。因此电网可以通过引导其对闲置期间的蓄电池进行充放电以提供时移需求响应。
[0004](2)大型商场，教学楼和办公楼内主要安装多冷水机组暖通空调负荷，目的是保证在该区域内人员的人体舒适度，由于人体对于温度变化具有一定的承受范围，而建筑物又具有一定的储热效果，温控负荷在短时间内的快速变化是允许的。因此电网可以通过引导其为系统预留一定的备用容量以提供备用需求响应。
[0005](3)家庭住宅和小区内主要安装定频空调负荷和天然气制暖负荷，目的也是保证该区域内人员的人体舒适度，与商场等大型楼宇不同的是，区域内的人员对舒适度的要求更高且对价格的敏感性较低。随着生活和经济条件的发展，部分家庭选择安装壁挂炉用于房屋供暖，可为电网提供气/电切换制热需求响应。
[0006]前两类温控负荷需求响应可以解决由于风电出力的随机性和波动性带来的爬坡容量和备用容量的...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种计及多温控负荷时段内灵活性的气电综合能源系统随机优化调度方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤(1)、建立不同类型温控负荷的连续时间需求响应模型，所述连续时间需求响应模型同时考虑适用于不同用途的多种温控负荷，包括时间连续的定频空调负荷时移需求响应模型、多冷水机组负荷备用需求响应模型、气/电切换制热需求响应模型；步骤(2)、基于步骤(1)建立的不同类型温控负荷的连续时间需求响应模型，综合系统运营商在充分考虑天然气网络动态能流的基础上，协调P2G机组、燃气机组和温控负荷综合需求响应对系统的灵活性提升能力，建立气电综合能源系统连续时间随机优化调度模型；步骤(3)、基于步骤(2)建立的连续时间随机优化调度模型，设计基于Bernstein微分算子和积分算子的空间映射方法，将难以求解的函数优化问题转化为可求解的代数优化问题进行求解，实现多类型温控负荷灵活性在气电综合能源系统中的协同优化。2.根据权利要求1所述的一种计及多温控负荷时段内灵活性的气电综合能源系统随机优化调度方法，其特征在于，所述步骤(1)建立不同类型温控负荷的连续时间需求响应模型，包括时间连续的定频空调负荷时移需求响应模型、多冷水机组负荷备用需求响应模型、气/电切换制热需求响应模型，其中：建立时间连续的定频空调负荷时移需求响应模型，具体为：5G基站和数据中心内提供时间连续的定频空调负荷，聚合建模为一个虚拟储能模型，5G基站和数据中心内的每台蓄电池在任意时刻均应预留20％的容量，以保证其在电路故障情况下的用电可靠性，虚拟储能容量为0时，所有温控负荷内部的储能容量均为其额定容量的20％，所述时间连续的定频空调负荷时移需求响应模型具体表示为：的20％，所述时间连续的定频空调负荷时移需求响应模型具体表示为：式(1)为虚拟储能充放电功率的上下限约束，式(2)表示虚拟储能存储的能量上下限约束，虚拟储能在运行周期H结束后储能存储的能量应与最初时刻的值相同；建立多冷水机组负荷备用需求响应模型，具体为：大型商场、教学楼和办公楼内提供备用需求响应的温控负荷：大型商场、教学楼和办公楼内提供备用需求响应的温控负荷：大型商场、教学楼和办公楼内提供备用需求响应的温控负荷：大型商场、教学楼和办公楼内提供备用需求响应的温控负荷：式(3)为建筑物室内温度状态与温控负荷实际消耗功率的函数关系式，表示温控负荷的基线功率，和分别表示温控负荷提供的上部署备用和下部署备用；式(4)表示温控负荷实际消耗功率的额定上下限；式(5)表示建筑物室内温度状态的变化范围是[
‑
1,1]；式(6)表示温控负荷提供的上部署备用和下部署备用
不得超过其能够提供的上备用容量和下备用容量建立气/电切换制热需求响应模型，具体为：家庭住宅和小区内提供气/电切换制热响应的温控负荷：家庭住宅和小区内提供气/电切换制热响应的温控负荷：式(7)表示气/电切换制热负荷的热量供需平衡约束，式(8)表示温控负荷使用电能和天然气质量流量产热的上下限约束，和分别表示气/电切换制热负荷的电能消耗和天然气质量流量消耗，表示负荷的热量需求。3.根据权利要求2所述的一种计及多温控负荷时段内灵活性的气电综合能源系统随机优化调度方法，其特征在于，所述步骤(2)中考虑天然气网络动态能流，具体为：天然气在管道各点的质量流量主要由其沿线的管道压力驱动，也与天然气本身的成分、密度、温度相关，描述天然气网络中动态能流过程的工程简化模型表示为：分、密度、温度相关，描述天然气网络中动态能流过程的工程简化模型表示为：p＝c2ρ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)式(9)为气体动量方程的简化形式，也被称为Navier
‑
Stokes方程，主要用于描述天然气在管道中的动量连续传输过程；式(10)为物质平衡方程的简化形式，表示天然气在管道中的气体质量是守恒的；式(11)是状态方程，表示天然气的气体压力和气体密度之间的线性关系；式中，M表示天然气的气体质量流量；p表示天然气气体压力；t和x分别表示时间和空间距离；λ表示天然气管道的摩擦系数；ω表示天然气气体流速；A表示天然气管道的横截面积；d表示天然气管道直径；ρ表示水平面上的天然气气体密度；c表示音速；根据描述天然气网络动态能流过程的线性偏微分方程组，得到天然气管道中气体的质量流量M(x，t)和压力p(x，t)对空间和时间的偏导数M
x
(x，t)，p
x
(x，t)，M
t
(x，t)，p
t
(x，t)四者之间的关系:者之间的关系:当天然气管道中气体质量流量和压力的边界条件M(0，t)、M(1，t)、p(1，t)和p(1，t)中的任意两个已知时，方程组(12)
‑
(13)的解是唯一的；在天然气网络中，源节点的气体压力保持恒定，负荷节点的气体质量流量是确定值，所以p(1，t)和M(1，t)可作为已知条件；基于此，任意时间在管道任意位置的气体的质量流量M(x，t)和压力p(x，t)分别由式(14)和(15)分别计算得到：
式中连续时间变量的边界条件约束如下所示：式中连续时间变量的边界条件约束如下所示：p
min
≤p(x,t)≤p
max
,M
min
≤M(x,t)≤M
max
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(18)式(16)表示天然气管道节点流进或流出天然气的质量流量平衡；对于节点m来说，与它相连接的所有管道流入或流出的天然气质量流量之和等于0；式(17)表示天然气管道中的源节点N
sour
处的气体压力p不随时间发生变化；p
s0
表示源节点处在初始时刻的气压；式(18)表示天然气管道两端节点上天然气气体压力和质量流量的上下限约束；p
min
和p
max
分别表示管道两端节点气压允许的最小值和最大值，M
min
和M
max
分别表示管道两端节点的气体质量流量允许的最小值和最大值。4.根据权利要求3所述的一种计及多温控负荷时段内灵活性的气电综合能源系统随机优化调度方法，其特征在于，所述步骤(2)中建立气电综合能源系统连续时间随机优化调度模型，具体为：计及多类型温控负荷需求响应的气电综合能源系统随机优化调度模型包含两个阶段：第一阶段对应于日前计划，第二阶段对应于实时场景的功率调节；调度中心在满足两个阶段运行条件约束的同时，对调度周期内气电综合能源系统的总运营成本进行优化，目标函数如式(19)所示：数如式(19)所示：数如式(19)所示：式(19)中，前两项组成了系统在日前调度阶段的运行成本，第一项包括火电机组的能量成本、燃气机组的购气成本、P2G机组的售气成本和气/电切换制热需求响应购电的折扣成本；第二项包括火电机组、燃气机组、P2G机组和温控负荷聚合商的备用容量成本；最后一项表示实时调整阶段的运行成本，包含火电机组、燃气机组、P2G机组和温控负荷聚合商的部署备用成本，以及系统的弃风和切负荷成本；备用容量成本和部署备用成本分别根据式(20)和(21)分别对其进行计算；式中，(
·
)表示火电机组、燃气机组、P2G机组和温控负荷聚合商；K表示电力系统节点数目；c
G
、c
g
、c
d
、c
w
和c
l
分别为火电机组燃料价格、天然气价格、气/电切换制热需求响应的折扣电价，弃风惩罚价格和切负荷惩罚价格；和分别表示火电机组出力、燃气机组出力和P2G机
组的电能消耗；η
Gas
和η
P2G
分别表示燃气机组和P2G机组的能量转换效率；和分别表示各灵活性资源为系统的提供上备用容量和下备用容量的价格；和分别表示各灵活性资源为系统的提供的上备用容量和下备用容量；和分别表示各灵活性资源为系统的提供上部署备用和下部署备用的价格；和分别表示各灵活性资源为系统的提供的上部署备用和下部署备用；和分别表示系统的弃风量和切负荷量；第一阶段约束如下所示：第一阶段约束如下所示：第一阶段约束如下所示：第一阶段约束如下所示：第一阶段约束如下所示：第一阶段约束如下所示：第一阶段约束如下所示：第一阶段约束如下所示：式(22)表示电力系统的功率平衡约束，通过安排机组和温控负荷聚合商的出力计划以应对负荷和风力发电的快速变化；W
k
和L
k
分别表示风电出力和电力负荷在日前的预测值，时移需求响应和气/电切换制热需求响应的约束分别见(1)
‑
(2)和(7)
‑
(8)；式(23)
‑
(25)分别表示火电机组、P2G机组和燃气机组的出力上下限约束；式(26)表示机组的爬坡上下限约束，其中(
·
)表示包含火电机组，燃气机组和P2G机组在内的所有机组，和分别表示机组上爬坡速率和下爬坡速率的最大值；式(27)表示电力传输线路的容量上下限约束，g
k，l
表示节点与传输线的功率转移分布系数，f
lmax
表示输电线路容量；式(28)表示P2G机组和燃气机组的能量转换；式(29)计算天然气网络各节点上注入的能量，η
P2G
和η
Gas
分别表示P2G机组和燃气机组的能量转换效率；和分别表示天然气节点m上的天然气负荷耗气量、燃气机组耗气量和P2G机组产气量，天然气网络的动态能流约束见(12)
‑
(18)；第二阶段约束如下：
式(30)电力系统在风电出力场景s下的功率平衡的约束，通过安排机组和负荷聚合商的部署备用以应对不同场景中负荷和风力发电的快速变化；W
s，k
和L
s，k
分别表示场景s下的风电出力；式(31)用于计算火电机组，P2G机组和燃气机组在场景s下的功率；式(32)表示火电机组，P2G机组和燃气机组在场景s下提供的部署备用不得超过其在第一阶段预留的备用容量；式(33)表示火电机组，P2G机组和燃气机组在场景s下的爬坡上下限；式(34)表示在场景s下的线路传输容量约束；式(35)表示实时预测场景下P2G机组和燃气机组的能量转换；式(36)计算天然气网络各节点上注入的能量；实时场景中天然气网络的动态能流约束动态能流约束见(12)
‑
(18)，其中添加了下标s作为第二阶段的实时场景索引。5.根据权利要求4所述的一种计及多温控负荷时段内灵活性的气电综合能源系统随机优化调度方法，其特征在于，所述步骤(3)具体包括：a.首先，对模型中的变量F(x,t),x∈L,t∈H进行Bernstein多项式空间变换，将管道长度L分为N段，调度区间H等分为J个时间间隔；在每个时间间隔里，函数F(x,t),x∈L,t∈H均被映射为Bernstein多项式中的代数矩阵为保证模型在Bernstein多项式空间上的连续性，增加式(43)对第j和第j+1连续两个时间段上Bernstein系数进行约束：b.其次，分别采用不同维数的Bernstein多项式对两阶段的变量进行变换，对第一阶段的决策变量采用较低的M1维Bernstein多项式进行空间变换，对第二阶段的决策变量采用较高的M2维Bernstein多项式进行空间变换；不同维数的Bernstein多项式的之间可以采用运算矩阵Z进行映射转换：第一阶段的约束被重构为如下形式：(1)电力系统传统约束
(2)时移需求响应约束(2)时移需求响应约束(3)气电转换制热需求响应约束(3)气电转换制热需求响应约束(4)天然气网与电网的能量传输约束(4)天然气网与电网的能量传输约束(5)天然气网络约束(5)天然气网络约束(5)天然气网络约束(5)天然气网络约束(5)天然气网络约束第二阶段的约束被重构为如下形式：(1)电力系统传统约束
(2)备用需求响应约束(2)备用需求响应约束(2)备用需求响应约束(2)备用需求响应约束(3)天然气网与电网的能量传输约束(3)天然气网与电网的能量传输约束(4)天然气网络约束(4)天然气网络约束(4)天然气网络约束(4)天然气网络约束(4)天然气网络约束同时，对于连续时间随机机组组合的目标函数，采用式(78)对其积分形式进行变换：
式中，1
M+1
表示元素全为1的M+1阶向量；因此，目标函数被重写为：因此，目标函数被重写为：因此，目标函数被重写为：6.一种计及多温控负荷时段内灵活性的气电综合能源系统随机优化调度装置，其特征在于，包括：连续时间需求响应模型建立模块，用于建立不同类型温控负荷的连续时间需...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨志淳，姚志荣，杨帆，蔡敏，陈家文，沈煜，李进扬，赵荣康，方家琨，崔世常，闵怀东，胡伟，宿磊，胡成奕，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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