[发明专利]考虑电/热柔性负荷的区域综合能源系统储能配置方法

权利要求书

1.一种考虑电/热柔性负荷的区域综合能源系统储能配置方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)向ICES输入系统信息，包括ICES的架构信息、能量组件信息、电负荷信息、室内采暖热负荷信息、室外温度信息、风力发电预测信息、分时电价信息、天然气价格信息；

(2)建立ICES的电/热柔性负荷模型，其中电力柔性负荷包括可平移负荷、可转移负荷、可削减负荷；

(3)建立ICES的能量组件模型，包括燃气轮机模型、燃气锅炉模型、余热锅炉模型、储能系统模型；

(4)设置ICES运行约束条件，包括电力柔性负荷持续时间以及负荷功率范围约束、能量平衡约束、能量组件出力约束、联络线传输功率约束；

(5)建立包含系统用能、投资、运维、补偿费用在内的经济型单目标优化模型；

(6)基于LINGO18.0软件求解考虑电/热柔性负荷的区域综合能源系统储能配置模型；

(7)输出ICES信息，包括蓄电池以及储热罐容量、燃气轮机的电/热出力、消耗天然气量、购电量、余热锅炉热出力量、燃气锅炉热出力量、风电出力量信息;

步骤(2)所建立ICES的电/热柔性负荷模型包括电力柔性负荷模型和热力柔性负荷模型，所述的电力柔性负荷模型包括可平移负荷模型、可转移负荷模型和可削减负荷模型，所述的可平移负荷模型中，可平移负荷接受的平移区间为[t^sh-，t^sh+]，负荷平移之后的功率表达式如下：

式中：t_s为可平移负荷的持续时间；P_t^shift为负荷平移前对应时段的负荷功率；

所述的可转移负荷模型可转移负荷接受的转移区间为[t^tr-，t^tr+]，负荷转移前后保持所需电能不变，其表示如下：

式中：表示调度前后时段t可转移负荷的变化量，为正表示时段t有负荷移入，为负则有负荷移出；

所述可削减负荷削减后时段t的功率P_t^cut表达式如下：

式中：为调度前时段t的用电功率，α为负荷削减系数，u_t为判断负荷是否发生削减的0-1状态变量，u_t＝1，表示负荷发生削减；

所述热力柔性负荷以ARMA时间序列模型描述热网回水温度、供水温度，建筑物室内温度，室外温度之间的动态关系，其关系表达式如下：

设定供热系统的调节方式为质调节，供热功率表示为：

Q_t＝cm(T_g，t-T_h，t)

同时对室内温度有如下约束条件：

式中：T_g，t，T_h，t，T_n，t，T_ω，t为热网回水温度，供水温度，建筑物室内温度，室外温度；J为ARMA模型阶次；α，β，γ，θ，φ，ω为供热系统热惯性物理参数；c为水的比热容；m为热水的流量；和为满足人体舒适度的供热区域建筑物室内温度上下限;

步骤(3)建立区域综合能源系统能量组件模型包括燃气轮机模型、燃气锅炉模型、余热锅炉模型、储能模型，具体如下：

所述的燃气轮机模型数学表达式如下：

式中：和P_t^GT分别表示时段t燃气轮机的烟气余热量和发电功率；η_GT为燃气轮机的发电效率；η_L为损失率；

所述的燃气锅炉模型表达式如下：

式中：为时段t燃气锅炉的输出热功率；η_GB为燃气锅炉的热效率；F_t^GB为时段t燃气锅炉消耗的天然气量；LHV_gas为天然气的热值；

所述的余热锅炉模型表达式如下：

式中：为时段t余热锅炉的输出热功率；η_HB为余热回收效率；

所述的蓄电池和储热罐的模型表达式如下：

式中：i＝ES，HS分别表示蓄电池、储热罐；表示时段t储能设备i的储能量；σ_i为自耗率；P_t^i，c、P_t^i，d为时段t储能设备i的充放能功率；η_i，ch、η_i，dis为时段t储能设备i的充放能效率;

步骤(4)设置区域综合能源系统运行约束条件包括可平移负荷约束、可转移负荷约束、可削减负荷约束、能量平衡约束、能量组件出力约束、联络线传输功率约束、储能运行特性约束：

所述的可平移负荷约束当负荷平移到以τ为起始时间的区间内，其约束条件的表达式如下：

式中：y_t为判断负荷是否发生平移的0-1状态变量，y_t＝1，表示负荷平移到时段t；

所述的可转移负荷约束包括负荷功率范围约束和最小持续时间约束，所述的负荷功率范围约束条件如下：

所述的最小持续时间约束为：

式中：v_t为判断负荷是否发生转移的0-1状态变量，v_t＝1，表示负荷在时段t发生转移；为最小连续运行时间；

所述的可削减负荷约束包括最小、最大持续时间约束，表达式如下：

式中：和为负荷削减的最小持续时间和最大持续时间；

所述的能量平衡约束包括电能功率平衡和热能功率平衡，所述的电能功率平衡表示如下：

P_t^GRID+P_t^WT+P_t^GT+P_t^ES，d＝P_t^load+P_t^ES，c

P_t^load＝P_t^e+P_t^shift+P_t^trans+P_t^cut

式中：P_t^GRID为时段t系统与上级电网的联络线传输功率；P_t^WT为时段t的风电出力；P_t^load为时段t的总电负荷；P_t^ES，c和P_t^ES，d分别为充放电功率；P_t^e为时段t的固定电负荷，不参与平移、转移、削减；

所述的热能功率平衡表示如下：

Q_t^HB+Q_t^GB+P_t^HS，d＝Q_t^load+P_t^HS，c

式中：为时段t的热负荷；P_t^HS，c和P_t^HS，d分别为充放热功率；

所述的能量组件出力约束表示如下：

式中：j＝GT，GB，HB分别表示燃气轮机、燃气锅炉、余热锅炉能量组件；为设备j输出功率的上下限；

所述的联络线传输功率约束表示如下：

式中：为联络线允许传输的最大功率；

所述的储能运行特性约束表示如下：

式中：和为储能设备i的最大和最小荷电状态；W_i为储能设备的容量；和为储能设备i的最大充放能效率;

步骤(5)建立经济型单目标优化模型综合考虑用能成本、运行维护成本、设备投资成本和用户补偿成本，建立的经济型优化目标函数表达式如下：

minC＝C^fu+C^om+C^inv+C^com

其中，用能成本为：

式中：c_e和c_gas分别为单位电能和天然气的价格；

所述运行维护成本为：

式中：表示设备j的单位维护成本；表示时段t设备j的出力；

所述设备投资成本为：

式中：为储能设备i的单位容量安装成本；w_i为储能设备i的容量；R_i为投资回收系数；r为贴现率；N_i为储能设备i的使用寿命；

所述用户补偿成本包括可平移负荷补偿成本、可转移负荷补偿成本和可削减负荷补偿成本，所述的可平移负荷补偿成本为：

式中：为单位功率负荷平移的补偿价格；

所述可转移负荷补偿成本为：

式中：为单位功率负荷转移的补偿价格；

所述可削减负荷补偿成本为：

式中：为单位功率负荷削减的补偿价格;

步骤(6)求解考虑电/热柔性负荷的区域综合能源系统储能配置模型包括基于0-1混合整数非线性规划数学模型方法和基于LINGO18.0软件平台编写模型程序并调用全局求解器对其求解。