[发明专利]区域综合能源系统分层优化运行方法

权利要求书

1.一种基于多目标模型预测控制的区域综合能源系统分层优化运行方法，其特征在于，包括：

基于区域综合能源系统设备组成和参数，生成调度约束条件；

设置区域综合能源系统单个调度周期内的可再生能源消纳能力最大、综合能效最大为上层目标函数，设置系统运行成本和用能成本最小为下层目标函数；

在各调度周期内，分别对区域综合能源系统中的分布式风电、分布式光伏输出功率及负荷进行预测，并基于获取到的系统实时状态进行预测误差校正，获得预测值；基于所述调度约束条件、上层目标函数和下层目标函数，输入所述预测值，采用模型预测控制方法进行区域综合能源系统的在线滚动分层优化调度求解，获得滚动优化求解结果；将所述滚动优化求解结果中的第一组控制变量解集生成为实时优化调度计划，输出区域综合能源系统一个调度时段内调度计划；

所述基于所述调度约束条件、上层目标函数和下层目标函数，输入所述预测值，采用模型预测控制方法进行区域综合能源系统的在线滚动分层优化调度求解，获得滚动优化求解结果，包括：

实现多约束条件下的可再生能源消纳能力函数F₁最大化与综合能效函数F₂最大化，将调度周期内风光出力消纳比例及各能源设备能耗及使用时长下发至运行成本函数F₃与用能成本函数F₄中，在满足可再生能源消纳能力函数F₁最大化与综合能效函数F₂最大化的情况下，实现运行成本函数F₃与用能成本函数F₄的最小化，双层模型预测控制方法将区域综合能源系统的滚动优化调度问题逐级递进优化，获得滚动优化求解结果。

2.根据权利要求1所述的一种基于多目标模型预测控制的区域综合能源系统分层优化运行方法，其特征在于：所述调度约束条件包括：

电功率平衡约束：

P^CHP+P^wind+P^pv+P^dis+P^buy＝P^Eload+P^P2G+P^EB+P^char+P^sell

式中，P^CHP表示热电联供机组发出的有功功率，P^wind表示风机参与调度的有功功率，P^pv表示光伏电站参与调度的有功功率，P^dis表示储电设备放电功率，P^buy表示通过区域综合能源系统向外部电网的购电功率，P^Eload表示区域综合能源系统的用电负荷，P^P2G表示电转气设备的耗电功率，P^EB表示电热锅炉消耗的电功率，P^char表示储能电池的充电功率，P^sell表示区域综合能源系统向外部电网售电功率；

热功率平衡约束：

式中，Q^EB表示电热锅炉发出的热功率，Q^GB表示燃气锅炉发出的热功率，Q^CHP-heat表示热电联供机组供热功率，表示储热单元的放热功率，Q^Hload表示系统热负荷功率，表示储热单元蓄热功率；

天然气流量平衡约束：

式中，m^buy_g表示从天然气外网购买的燃气流量；m^P2G_g表示电转气设备释放的燃气流量；m^GS_g表示储气装置释放的燃气流量；m^CHP_in表示热电联供机组消耗的燃气流量；m^GB_in表示燃气锅炉消耗的燃气流量；m_Load表示系统消耗的燃气负荷流量；

与外部系统能源交易约束：

式中，P^max_e、P^min_e分别为区域综合能源系统与上层电网交换功率的上下限；m^max_g、m^min_g分别为区域综合能源系统与外部天然气网络交换流量的上下限；

CHP机组运行约束：

式中，P^CHP_in、P^CHP_rated分别为热电联供机组的输出功率和额定功率；ΔP^CHP为热电联供机组输入功率变化量；ΔP^CHP_min、ΔP^CHP_max分别为热电联供机组爬坡率的下限和上限；储能充放电功率约束：

0≤P_i^dis≤P^s,max

0≤P_i^char≤P^s,max

储能电池容量约束：

E^min≤E_i≤E^max

储能充放电功率与储能电池容量的关系：

限制储能设备的充电与放电不同时进行的双线性约束条件：

P_i^disP_i^char＝0

式中：P^char_i和P_i^dis分别为储能在时刻i的充电和放电功率；P^s,max为储能设备充/放电功率的上限；E_i为储能在时刻i的电量；E^max和E^min分别为储能容量的最大值和最小值；η_c和η_d分别为充电和放电效率系数；

储热装置充放热功率约束：

储热装置热能容量约束：

为给下一个调度周期预留一定的调节裕量，使下一个调度周期开始时储热装置能够满足系统对其充放热要求，将储热装置的运行一个周期后的储热量恢复到原来的储热量，其约束如下：

Q_T＝Q₀

式中，Q^HS_i为蓄热或放热后储热设备所存储的热量；Q^HS_max、Q^HS_min分别为储热能量的最大值和最小值；Q^c,max、Q^d,max分别为蓄热和放热的最大值，Q₀、Q_T分别为优化调度周期始末时的储热量；

电锅炉的运行约束：

式中，P_min^EB、P_max^EB表示电锅炉消耗电功率的最小值和最大值；

燃气锅炉运行约束：

式中，m_min^GB、m_max^GB表示燃气锅炉消耗天然气流量的最小值和最大值；

电转气设备运行约束：

式中，P^rated_P2G为电转气设备额定功率。