技术领域
[0001] 本
发明涉及能源系统优化领域，具体涉及一种包含双级需求侧响应的园区综合能源系统优化运行方法。
背景技术
[0002] 随着
风、光等间歇性
可再生能源接入
电网的规模不断增大，电网正越来越面临着调峰能
力紧缺的问题。多能源系统(也称综合能源系统)一般是指在一定区域内(通常为园区级)建设并运营的，向区域内用户提供电、热、气、冷等多种能源形式的能源供应系统，其作为一种新型的能源生产消费利用形式，因其在间歇性能源消纳、供能灵活性方面的独特优势，正受到越来越多的关注。在多能源系统中，优先对区域内的风、光等间歇性能源进行消纳，当其处于出力低谷时，由多能源系统中的其它能源形式进行转化并补充。多能源系统通过
母线与电网主网相连，仅当多能源系统总体处于能源不足状态时，才通过母线与主网进行
能量的双向交换以对能量供需进行平衡，由此大大降低了电网的调峰压力。
[0003] 传统技术存在以下技术问题：
[0004] 多能源系统可实现多种能源形式灵活转化的特性，使得其在一定的用户端负荷需求下，具有很高的运行
自由度，这为多能源系统的运行优化提供了空间。多能源系统的优化运行涉及三个方面，一是根据用户的负荷需求，调整系统中各设备的出力，使系统总体处于最优运行状态；二是通过控制区域中用户的可中断负荷，实现区域内负荷的
削峰填谷；三是区域多能源系统作为整体参与电网主网的调峰，赚取相应收益。其中后两者都属于需求侧响应的范畴，分别属于主网级与区域级需求侧响应。现有的计及需求侧响应的技术方案都只单独考虑了两种需求侧响应模式，即单级的需求侧响应，未有对同时包含两级需求侧响应的多能源系统运行进行统筹优化。
发明内容
[0005] 本发明要解决的技术问题是提供一种包含双级需求侧响应的园区综合能源系统优化运行方法，本发明提出在进行多能源系统优化中，一方面考虑通过控制用户侧的可中断负荷，实现多能源系统的区域级需求侧管理，实现区域级多能源系统的削峰填谷，另一方面，使区域级多能源系统作为大电网的可控负荷，参与大电网的需求侧响应，赚取相应收益，进一步提高多能源系统的运行效益。在现有多能源系统优化运行方式的
基础上，将上述两点同时考虑进多能源系统优化模型中，由此解得的多能源系统最优化运行方案较原先相比具有更佳的经济性，调节更加灵活。
[0006] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种包含双级需求侧响应的园区综合能源系统优化运行方法，该多能源系统包含有以
煤炭为
燃料的
热电联产机组、光伏机组以及储电装置，通过园区配电网及园区热网向园区内的用户供应电和热；光伏机组、储电装置接入区域配电网，区域配电网通过母线与主网相连，
光伏发电装置与热电联产机组发电可满足园区内一部分用电需求，用电需求大于园区内发电量时，通过向主网购电来补足，当用电需求小于园区内发电量时，可将多余电量向电网出售；热网为孤网运行，园区内的热全部由热电联产机组供给；多能源系统设有一个调度器，在线对系统最优化运行方式进行最优化求解，求得系统最优条件下的各设备运行负荷及用户端负荷
切除量，将指令
信号发至多能源系统中的各设备中及用户可切负荷设备，由各设备的本地
控制器将各自的出力调整至指令值，其中，
[0007] 系统最优化运行求解方法包括：
[0008] 对用户负荷进行预测，得到优化周期内的用户电负荷、热负荷随时间的曲线[0009] 分别建立CHP机组的能源转化模型、光伏机组能源输出模型、储电装置充放电模型；
[0010] 建立多能源系统中的多种能量流模型：
[0011] 以系统的总体运行成本最低为优化目标，建立优化目标指标函数；
[0012] 求解最优化问题。
[0013] 在其中一个
实施例中，CHP能源转化模型：
[0014]
[0015] 其中， 分别为CHP机组的热输出量、电输出量、煤炭输入量， 分别为CHP机组的热效率、电效率。
[0016] 在其中一个实施例中，光伏机组能源输出模型：
[0017]
[0018] 其中， 为为光伏机组输出电量， 为光伏机组的容量，γ(t)为光伏机组的发电系数。
[0019] 在其中一个实施例中，储电装置充放电模型：
[0020]
[0021] 其中，EES(t)、EES(t+1)分别为本
采样时刻与下一采样时刻的储电量， 为本采样时刻的净放电量。
[0022] 在其中一个实施例中，“建立多能源系统中的多种能量流模型：”中，[0023] 电力流：
[0024]
[0025] 热力流：
[0026]
[0027] 其中， 为用户
电力负荷需求， 为用户端被切除的电负荷大小，为光伏机组输出电量， 为CHP机组的电力输出量， 为储电装置净放电量， 为电网下网电量， 为电网端调度对园区多能源系统下达的需求侧管理指令。 为用户热力负荷需求， 为用户端被切除的热力负荷大小，
为CHP机组的热力输出量。
[0028] 在其中一个实施例中，“以系统的总体运行成本最低为优化目标，建立优化目标指标函数F；”具体包括：
[0029]
[0030] 其中：
[0031] 为多能源系统售热获得的收益，
[0032] 为多能源系统售电获得的收益，
[0033] 为参与电网负荷侧响应所获得的收益，
[0034] 为消耗煤炭所付出的成本，
[0035] 为多能源系统支付给用户的需求侧响应补偿，
[0036]
[0037] 为多能源系统向主网购电所花费的成本，
[0038] 同时考虑能源系统的
碳排放作为约束指标，
[0039] 其中 为煤炭的CO2折算系数， 为主网
电能的CO2折算系数。
[0040] 在其中一个实施例中，“求解最优化问题”具体包括：
[0041] 优化变量包括CHP机组热力输出 CHP机组电力输出 CHP机组煤炭输入量 储电装置净放电量 用户端被切除的电力负荷大小 用户
端被切除的热力负荷大小 电网下网电量 电网端调度对园区多能源系统
下达的需求侧管理指令 最优化问题的表达式如下：
[0042]
[0043] 式(21)中， 为储电装置最大充放电速率， 为储电装置净放电量， 为储电装置最大容量， 分别为CHP机组的热效率、电效率， 为CHP机组热力输出， 为CHP机组上一采样时刻热力输出， 为CHP机组电力输出，为CHP机组上一采样时刻电力输出，EES(t)为储电装置 为CHP机组的最大负荷爬升速率， 分别为CHP机组最小及最大负荷。Fcarbon能源系统的碳排放，Fcarbon，max为二
氧化碳
排放量上限。
[0044] 一种计算机设备，包括
存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的
计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现任一项所述方法的步骤。
[0045] 一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现任一项所述方法的步骤。
[0046] 一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行任一项所述的方法。
[0047] 本发明的有益效果：
[0048] 双级需求侧响应的多能源系统运行优化，相对于仅考虑用户侧响应的多能源系统，由于在优化运行求解中，同时将电网端需求侧控制量及用户端需求控制量作为优化变量，使得优化问题较之仅考虑电网端需求响应或仅考虑用户端需求响应的多能源系统优化具有更大的自由度。由于本发明中所包涉及之优化问题的自由度及可行域相较现有方案来说都有增加，必然使得求解出的运行方案较之
现有技术方案更优。
附图说明
[0049] 图1是本发明包含双级需求侧响应的园区综合能源系统优化运行方法中的考虑负荷侧响应的多能源系统优化运行计算步骤。
[0050] 图2是本发明包含双级需求侧响应的园区综合能源系统优化运行方法中的园区多能源系统图。
[0051] 图3是本发明包含双级需求侧响应的园区综合能源系统优化运行方法中的某典型日用户电、热负荷情况。
[0052] 图4是本发明包含双级需求侧响应的园区综合能源系统优化运行方法中的某典型日内光伏发电系数。
[0053] 图5是本发明包含双级需求侧响应的园区综合能源系统优化运行方法中的主网下网电量。
[0054] 图6是本发明包含双级需求侧响应的园区综合能源系统优化运行方法中的多能源系统电力供需图。
[0055] 图7是本发明包含双级需求侧响应的园区综合能源系统优化运行方法中的多能源系统电力需求侧响应量。
[0056] 图8是本发明包含双级需求侧响应的园区综合能源系统优化运行方法中的多能源系统热力供需图。
[0057] 图9是本发明包含双级需求侧响应的园区综合能源系统优化运行方法中的用户端热力需求侧响应量。
[0058] 图10是本发明包含双级需求侧响应的园区综合能源系统优化运行方法中的储电装置充放电功率。
具体实施方式
[0059] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
[0060] 参阅图1，多能源系统由于供应能源类型不同、所包含设备不同而呈现多种形态，因此多能源系统的运行优化技术也存在不同的具体实施方式，但现有的计及单级需求侧响应的多能源系统运行优化技术方案具有普遍的设计思路，简述如下：
[0061] 1.基于多能源系统中设备的能源转化特征及运行特性，建立各设备的能源转化模型。
[0062] 2.根据多能源系统中各设备的连接关系，建立系统中多种能源流动模型。
[0063] 3.针对运行优化所涉及的优化子目标，设计运行优化的指标函数。
[0064] 4.以3中设计的指标函数作为优化目标，1、2中的模型作为优化约束，各设备出力、用户可中断负荷量作为优化变量，用户侧能源需求作为边界条件，采用优化
算法进行最优化求解，解得最优情况下的各设备出力和用户中断负荷量。
[0065] 本发明针对如图2所示的多能源系统。该多能源系统包含有以煤炭为燃料的热电联产机组(CHP)、光伏机组(PV)以及储电装置(ES)，通过园区配电网及园区热网向园区内的用户供应电和热。光伏机组、储电装置接入区域配电网，区域配电网通过母线与主网相连，光伏发电装置与CHP发电可满足园区内一部分用电需求，用电需求大于园区内发电量时，通过向主网购电来补足，当用电需求小于园区内发电量时，可将多余电量向电网出售。热网为孤网运行，园区内的热全部由CHP供给。多能源系统设有一个调度器，在线对系统最优化运行方式进行最优化求解，求得系统最优条件下的各设备运行负荷及用户端负荷切除量，将指令信号发至多能源系统中的各设备中及用户可切负荷设备，由各设备的本地控制器将各自的出力(对用户可切负荷设备来说为用能负荷)调整至指令值。
[0066] 系统最优化运行求解方法如下：
[0067] 1)对用户负荷进行预测，得到优化周期内的用户电负荷、热负荷随时间的曲线[0068] 2)分别建立CHP机组的能源转化模型、光伏机组能源输出模型、储电装置充放电模型：
[0069] CHP能源转化模型：
[0070]
[0071] 光伏机组能源输出模型：
[0072]
[0073] 储电装置充放电模型：
[0074]
[0075] 其中， 分别为CHP机组的热输出量、电输出量、煤炭输入量， 分别为CHP机组的热效率、电效率； 为光伏机组输出电量， 为
光伏机组的容量，γ(t)为光伏机组的发电系数，EES(t)、EES(t+1)分别为本采样时刻与下一采样时刻的储电量， 为本采样时刻的净放电量。
[0076] 3)建立多能源系统中的多种能量流模型：
[0077] 电力流：
[0078]
[0079] 热力流：
[0080]
[0081] 其中， 为用户电力负荷需求， 为用户端被切除的电负荷大小，为光伏机组输出电量， 为CHP机组的电力输出量， 为储电装置净放电量， 为电网下网电量， 为电网端调度对园区多能源系统下达的需求侧管理指令。 为用户热力负荷需求， 为用户端被切除的热力负荷大小，
为CHP机组的热力输出量。
[0082] 4)设计优化指标函数。
[0083] 以系统的总体运行成本最低为优化目标，建立优化目标指标函数。
[0084]
[0085] 其中：
[0086] 为多能源系统售热获得的收益，
[0087] 为多能源系统售电获得的收益，
[0088] 为参与电网负荷侧响应所获得的收益，
[0089] 为消耗煤炭所付出的成本，
[0090] 为多能源系统支付给用户的需求侧响应补偿，
[0091]
[0092] 为多能源系统向主网购电所花费的成本，
[0093] 同时考虑能源系统的碳排放作为约束指标，
[0094] 其中 为煤炭的CO2折算系数， 为主网电能的CO2折算系数。
[0095] 5)求解最优化问题。
[0096] 优化变量包括CHP机组热力输出 CHP机组电力输出 CHP机组煤炭输入量 储电装置净放电量 用户端被切除的电力负荷大小 用
户端被切除的热力负荷大小 电网下网电量 电网端调度对园区多能源系
统下达的需求侧管理指令 最优化问题的表达式如下：
[0097]
[0098] 式(21)中， 为储电装置最大充放电速率， 为储电装置净放电量，为储电装置最大容量， 分别为CHP机组的热效率、电效率， 为CHP机组热力输出， 为CHP机组上一采样时刻热力输出， 为CHP机组电力输出，为CHP机组上一采样时刻电力输出，EES(t)为储电装置 为CHP机组的最大负荷爬升速率， 分别为CHP机组最小及最大负荷。Fcarbon能源系统的碳排放，Fcarbon，max为二氧化碳排放量上限。
[0099] 下面介绍本发明的一个具体应用场景：
[0100] 以某工业园区多能源系统为例，该工业园区多能源系统由一台16MW CHP机组，一组14.79MW光伏机组，2组最大功率2MW，最大储量8MWh的储电装置组成。某典型日内，园区用户电、热负荷需求如图3所示，光伏发电系数变化如图4所示。
[0101] 外购能源价格中，煤炭价格为900吨/标准煤，主网电价为峰谷电价，电价表如表1所示，电网端需求侧响应按照0.6418元/kwh对园区配电网进行补偿。
[0102] 表1：主网峰谷电价表
[0103]时间 时段 价格(元/kwh)
00:00～07:59 谷 0.3139
08:00～11:59 峰 1.0697
12:00～16:59 平 0.6418
17:00～20:59 峰 1.0697
21:00～23:59 平 0.6418
[0104] 园区内用户端，电价按照固定价格0.6418元/kwh进行销售，热力销售价格按0.2582元/MJ计算。用户侧需求侧响应按热力0.12元/MJ，电力按照0.3元/kwh进行补偿。对比以下两种场景下典型日内的运行收益：
[0105] 场景1(现有方法)：仅考虑用户端需求侧响应，运行收益为303670元。
[0106] 场景2(本发明所涉及方法)：考虑双级需求侧响应，运行收益为553470元。
[0107] 从运行收益上看，考虑双级需求侧响应后，对比仅考虑用户端需求侧响应的系统，本发明涉及的方法对多能源系统的运行具有显著的提高。图5～图10展示了两种场景下多能量系统运行情况。
[0108] 图5为主网下网电量，由图可见，采用了本发明涉及的方法后，多能源系统参与了主网端的需求侧响应，由此可获得电网的补偿收益，这是使得场景2的运行收益好于场景1的主要原因。图6、图7分别为两种场景下的电力供应量及用户端电力需求侧响应量，可看出场景2中的用户端电力需求侧响应量大于场景1，这是由于场景2中多能源系统需同时参与电网的需求侧响应，将会使得此时多能源系统中电力供需出现失衡，通过采取用户端的需求侧响应对多能源系统的能源供需进行平衡。图8、图9分别为两种场景下的热力供应量及用户端热力需求侧响应量，由于热网为孤网运行，总体不受电网端的需求响应影响，因此两种场景下热力供应量及热力需求侧响应量总体相似。图10为储电装置系统充放电功率，由图可见，场景2下的储电装置充放电幅度较场景1明显加大，这是由于场景2下，多能源系统参与电网需求侧响应，造成多能源系统电力失衡情况较场景1更大，需要储电装置加大出力，以平抑双级需求侧响应下的
波动。
[0109] 以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。
本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以
权利要求书为准。
