[发明专利]一种含风电的电-气-热综合能源系统扩展规划优化方法

说明书

本发明公开了一种含风电的电‑气‑热综合能源系统扩展规划优化方法，包括以下步骤：步骤(1)，对包含能源中心电输入向量和气输入向量、CHP、PTG、初期系统、热泵系统、储电系统、储热系统以及电、热、气负荷的能源中心进行建模；步骤(2)，根据设定时间段内对风电功率的不确定性进行精细化表达；步骤(3)，根据步骤(1)中的建模和步骤(2)中的精细化表达，建立含风电的IES扩展优化规划模型，并利用基于场景法的两阶段规划求解策略，从而获得最终的能源系统扩展结果。本发明对电、气、热三种能源进行耦合规划可减少总规划成本，大幅度提高了系统的经济性，结合当地的风电接入容量、负荷水平进行扩展规划对系统经济性具有非常关键的影响。

技术领域

本发明涉及一种考虑风电不确定性的IES扩展优化规划方法，具体是一种含风电的电-气-热综合能源系统扩展规划优化方法。

背景技术

综合能源系统(IES)，作为一种电、气、热等多种能源间深度耦合的能源供应模式，其中CHP(热电联产)作为其中一个耦合元件，因其更高的能源供应效率与系统运行灵活性而受到人们的广泛关注，必将成为未来能源供应的主流方式之一。然而，考虑既有系统模式的固化以及IES内部耦合的复杂性等因素影响，针对IES 的扩展优化规划问题面临诸多困难并急需进一步开展更为深入的研究分析工作。

目前，国内外已有部分专家学者对IES的规划问题展开了相关研究，然而，国内外的研究或者没有考虑风电的影响，或者仅以确定性的单日预测值代表其出力，在IES的规划中，缺乏对风电不确定性的考虑，虽然电、气负荷的不确定性在电- 气系统规划中有被提及，但其与风电的不确定性存在较大差异，因此有必要对风功率波动性的影响展开更精细化的研究分析。另一方面，风能作为一种清洁的可再生能源，已得到广泛应用。相对于传统电网中的风电并网与消纳，在具有更高灵活性的IES中，如何合理规划使其更高效的应对可再生能源的不确定性是其面临的重要挑战之一。目前，在IES的规划中考虑风电不确定性的研究尚不多见，现有技术通过对风速历史数据聚类得到风电出力的典型场景，对风电场和电转气(Power to Gas, PTG)厂站进行协同规划，着重分析了PTG选址规划对系统运行的影响，但并未突出能源综合的理念。此外，在含风电的电力系统规划方面，场景分析法和概率解析法等方法被用于处理风电的不确定性影响，取得了诸多成果。因此，有必要进一步在IES的规划中合理、有效考虑风电的不确定性，以期提升IES规划的合理性和经济性。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种含风电的电-气-热综合能源系统扩展规划优化方法。将随机波动的风电纳入到IES中进行联合规划，建立了以投资、运行、电能不足与弃风成本之和最小为目标的混合整数线性规划模型，同时，针对所建模型难于直接、高效求解的问题，提出一种基于场景法的两阶段规划求解策略，以保证模型求解的效率及其可行性，从而对电、气、热三种能源进行耦合规划可减少总规划成本，大幅度提高了系统的经济性。此外，随着风电穿透率的增加，总成本先减小后增大，因此结合当地的风电接入容量、负荷水平进行扩展规划对系统经济性具有非常关键的影响。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种含风电的电-气-热综合能源系统扩展规划优化方法，包括以下步骤：

步骤(1)，首先，对包含能源中心电输入向量和气输入向量、CHP、PTG、初期系统、热泵系统、储电系统、储热系统以及电、热、气负荷的能源中心进行建模；

步骤(2)，根据设定时间段内对风电功率的不确定性进行精细化表达；

步骤(3)，根据步骤(1)中的建模和步骤(2)中的精细化表达，建立含风电的IES扩展优化规划模型，并利用基于场景法的两阶段规划求解策略，从而获得最终的能源系统扩展结果。

所述步骤(1)中，针对上述能源中心建模，该模型为下述能量流矩阵方程，如式(1)所示：