[发明专利]一种综合能源园区多阶段优化控制方法

权利要求书

1.一种综合能源园区多阶段优化控制方法，其特征在于，所述方法将综合能源园区的控制周期分成若干阶段，在每个控制阶段期初进行设备选型和容量配置，得到每个控制阶段的优化控制策略，用于满足长时间尺度下负荷增长的需求，包括以下步骤：

首先，建立各能量生产、转换、储存单元数学模型，其次，建立综合能源园区多阶段优化控制框架，设计多阶段优化控制的实施路径；在此基础上，以全寿命周期成本最低为目标，以每个控制阶段的设备运行和功率平衡为约束，建立综合能源园区多阶段优化控制模型；

采用混合整数线性规划算法进行求解，得到各控制阶段的最优设备组合和容量配置方案以及优化运行策略，促进园区综合能源系统对光伏的消纳；

其中，所述建立综合能源园区多阶段优化控制框架，设计多阶段优化控制的实施路径具体为：

输入综合能源园区的信息和数据，确定控制周期、控制阶段、负荷数据；

将综合能源园区的控制周期n分为N个阶段，多阶段序列S记为：

S＝[S₁,S₂,…,S_i,…,S_N]

式中，S_i表示第i个阶段，i＝1,2,…,N；

对应配置的设备集序列Eset为：

Eset＝[Eset₁,Eset₂,…,Eset_i,Eset_i+1,…,Eset_N]

式中，Eset_i表示S_i阶段配置的设备增量集合，包含M种候选设备类型；Eset_i+1是在Eset_i,Eset_i-1,…,Eset₁基础上的设备增量集合；在S₁初年，即控制周期初年，优化配置Eset₁，确定Eset₁中各类型设备的容量，以满足S₁的负荷需求；进而，在S₂初年，在Eset₁基础上，优化配置Eset₂，确定Eset₂中各类型设备容量，以满足负荷增长下S₂的供能需求，以此类推，在S_i初年，在已配置的设备集合Eset₁∪Eset₂...∪Eset_i-1的基础上，优化配置Eset_i中各类型设备的容量，以满足S_i的负荷需求，直至最后一个控制阶段S_N，优化配置Eset_N；

所述综合能源园区多阶段优化控制模型包括：多阶段优化控制目标函数和约束条件，

(1)多阶段优化控制目标函数

式中，C表示全寿命周期成本；为S_i的设备投资费用；R^k＝(1+r)^-k表示第k年的现值系数；k表示费用发生的时间距离期初的年数，r表示折现率；为S_i起始年的现值系数；和分别表示第k年的运行费用和维护费用；F_RV表示期末的设备残值；Rⁿ为期末的现值系数；

(2)约束条件

a)满足各母线的功率平衡约束，包括：电母线、天然气母线和热母线的功率平衡约束；

b)在S_i阶段，各能量生产、转换设备的最大出力不超过累计投资容量

式中，P_m(t)为m型设备在S_i中t时刻的功率值；表示m型设备在S_i的累计配置容量；

对于储能设备，单位时段内储放能功率满足储放能功率上下限限制，储存能量不能超过储能设备的最大容量，且储能和放能不能同时进行，储能设备在调度期初和期末的荷电状态相等；

0≤P_c(t)≤P_c,max

0≤P_d(t)≤P_d,max

SOC_min≤SOC(t)≤SOC_max

P_c(t)P_d(t)＝0

SOC(0)＝SOC(T)

式中，P_c(t)和P_d(t)分别是△t时段储能功率与放能功率；P_c,max和P_d,max分别为最大储能、放能功率；SOC(t)为储能t时刻的荷电状态；SOC(t+△t)为储能t+△t时刻的荷电状态；SOC_max、SOC_min为储能荷电状态的上下限；η_c和η_d分别为储能和放能效率；W_ESS为储能设备的容量；SOC(0)、SOC(T)分别为储能设备调度期初和期末的荷电状态；

在S_i阶段以累计储能设备投资容量更新W_ESS的数值，使其满足运行约束；

所述采用混合整数线性规划算法进行求解，得到各控制阶段的最优设备组合和容量配置方案以及优化运行策略具体为：

得到Eset中各类型设备的容量配置矩阵Q，如下所示：

Q＝[Q₁,Q₂,…,Q_i,…,Q_N]

式中，向量表示S_i阶段Eset_i中各类型设备的配置容量；表示m型设备在S_i的配置容量，m＝1,2,…,M；

得到Eset中各类型设备累计配置容量矩阵W，如下所示：

W＝[W₁,W₂,…,W_i,…,W_N]

式中，向量表示S_i阶段各类型设备的累计配置容量，计算公式如下：

以及得到配套的优化运行策略如下：

P＝[P₁,P₂,…,P_k,…,P_n]

式中，矩阵表示第k年各类型设备每小时的功率值，k＝1,2,…,n；表示第k年m型设备在t时刻的功率值；

所述促进园区综合能源系统对光伏的消纳具体为：

促使园区综合能源系统的光伏能量消纳率和光伏能量渗透率维持高水平，增强园区综合能源系统对光伏能源的利用。