[发明专利]四站融合的综合能源系统协调控制方法及协调控制系统

权利要求书

1.一种四站融合的综合能源系统协调控制方法，四站融合的综合能源系统包括四个子站，四个子站分别为变电站、新能源站、储能站和数据中心站；其特征在于：协调控制方法包括如下步骤：

S1)预测新能源站的发电功率和预测融合站的负荷功率；

S2)设定融合站中各子站的数学模型及根据步骤S1)中的预测值设定运行约束条件；

数学模型包括变电站数学模型、新能源站数学模型、储能站数学模型以及数据中心站数学模型；

所述步骤S2)中：

新能源站数学模型

式中，P_pv为光伏发电功率大小；P_st.max为光伏在标准实验条件下的最大测试功率；E_s为光照强度；E_s.st为标准实验条件下的光照强度；k为功率温度系数；T_o为电池板的实际温度，T_st为标准实验条件下的温度；

所述步骤S2)中运行约束条件如下：

(A)融合站电平衡约束

P_net.t+P_DES.t+P_pv.t＝P_CES.t+P_SL.t+P_DC.t (12)

式中：P_net.t为融合站在t时刻与电网的交互功率；P_DES.t为储能电站t时刻的放电功率；P_pv.t为t时刻新能源站的发电功率；P_CES.t为储能站t时刻的充电功率；P_SL.t为变电站t时刻消耗的电功率，P_DC.t为t时刻数据中心站所消耗的电功率；且P_pv.t、P_SL.t、P_DC.t均由步骤S1)预测得到；

(B)融合站热平衡约束

式中，表示t时刻变电站中的热泵输出的热功率；Q_h,t为t时刻变电站中的蓄热装置输出的热功率；H_t为融合站的热负荷功率大小；且H_t由步骤S1)预测得到；

(C)融合站冷平衡约束

式中，为变电站中t时刻电制冷机的输出冷功率；为储能站中t时刻电制冷机的输出冷功率；为变电站中t时刻吸收式制冷机的输出冷功率；为数据中心站中t时刻吸收式制冷机的输出冷功率；C_L,t为融合站中t时刻的总冷负荷功率大小；且C_L,t由步骤S1)预测得到；

(D)融合站电压电流约束

U_x.min≤U_x≤U_x.max (15)

|I_c|≤I_c.max (16)

式中：U_x为融合站中各子站电压的幅值，U_x.max各子站内节点电压的上限值、U_x.min为各子站内节点电压的下限值；I_c为融合站内各线路电流值，I_c.max为融合站内线路电流的上限值；

(E)融合站传输线功率约束

P_net.t≤P_max (17)

式中，P_net.t为融合站t时刻与电网的交互功率；P_max为融合站中传输线允许交互的最大功率；

(F)新能源站的运行约束

0≤P_pv.t≤P_pvmax (18)

式中，P_pv.t为t时刻新能源站的发电功率大小；P_pvmax为新能源站发电功率的最大值；

(G)储能站运行约束

(G1)充放电状态约束

x_DES+x_CES≤1 (19)

(G2)充放电功率约束

(G3)容量约束：

E_soc.末＝E_soc.初 (23)

式中：x_DES表示储能放电状态，x_CES表示储能充电状态，为0-1状态变量，其中1代表工作状态，0代表非工作状态；为储能站的放电功率的下限值、为储能站的放电功率的上限值、为储能站的充电功率的下限值、为储能站的充电功率的上限值；分别为储能站的储存能量的上下限值；

(H)热泵运行约束

式中：表示t时刻变电站中的热泵输出的热功率；为变电站中热泵允许输出的最大热功率；

(I)变电站中电制冷机运行约束

式中：表示t时刻变电站中的电制冷机输出的冷功率；电制冷机允许的最大输出冷功率大小；

(J)变电站中吸收式制冷机运行约束

式中：表示t时刻变电站中的吸收式制冷机输出的冷功率大小；变电站中的吸收式制冷机允许的最大输出电功率大小；

(K)储能站中电制冷机运行约束

式中：表示t时刻储能站中的电制冷机输出的冷功率；电制冷机允许的最大输出冷功率大小；

(L)数据中心站中吸收式制冷机运行约束

式中：表示t时刻数据中心站中吸收式制冷机输出的冷功率大小；数据中心站中吸收式制冷机允许的最大输出电功率大小；

(M)蓄热装置运行约束

(M1)蓄放热状态约束

y_DH+y_CH≤1 (29)

(M2)蓄放热功率约束

(M3)容量约束

Q_h.末＝Q_h.初 (33)

式中：y_DH表示蓄热装置放热状态，y_CH表示蓄热装置蓄热状态，为0-1状态变量，其中1代表工作状态，0代表非工作状态；为蓄热装置放热功率的上限值、为蓄热装置放热功率的下限值、为蓄热装置蓄热功率的上限值、为蓄热装置蓄热功率的下限值；分别为蓄热装置的储存热量的上下限值；

(N)安全性约束

安全性指标即电压安全裕度，依据式(34)确定系统运行的安全性约束

式中，ΔU_x,t为t时间段节点x的电压偏差量；δU_x为节点x允许的最大节点电压偏差，此处取值-8％～+5％；ξ为多站融合系统安全裕度的门限值；β为多站融合系统安全裕度的置信水平；函数为0-1状态变量，其计算公式表示为：

(O)可靠性约束

系统供电可靠性指标为失负荷概率，依据式(36)确定

H_LOLP＝P[(P_pv,t±ε_t)+(P_DES,t±δ_t)+(P_net,t±γ_t)≤P_L,t±κ_L,t]≤1-γ (36)

式中，H_LOLP为定义的融合站中的供电可靠性指标，ε_t表示t时刻新能源站中弃光量和扰动量大小；P_pv,t表示t时刻新能源站的发电功率；P_DES,t为储能站t时刻的功率；δ_t表示t时刻储能站的放电功率的扰动量；P_net,t表示t时刻联络线的传输功率；γ_t表示t时刻联络线上的功率扰动量；P_L,t表示t时刻融合站的总电负荷大小；κ_L,t表示t时刻的负荷波动量；γ为多站融合系统可靠性的置信水平；

S3)建立协调控制模型，根据步骤S2)中的数学模型，以及以融合站的购电成本、融合站中的运行维护成本、供电可靠性成本以及污染气体排放成本之和建立协调控制模型的目标函数；

S4)对协调控制模型求解；

所述步骤S2)中：

变电站数学模型

P_SL＝P_zl+P_gl+P_al+P_ml (1)

式中，P_SL为变电站总负荷大小；P_zl为制冷负荷大小；P_gl为照明负荷大小；P_al为安防负荷大小；P_ml为制热负荷大小；

(a)制冷负荷数学模型

变电站中的冷负荷由电制冷机和吸收式制冷机提供，数学模型分别如式(2)和式(3)所示：

(a1)电制冷机数学模型

式中，表示在t时刻电制冷机的输出冷功率；P_l1表示电制冷机在t时刻时消耗的电功率；ψ_ec1为电制冷机的制冷系数；

(a2)吸收式制冷机数学模型

式中，表示在t时刻时吸收式制冷机的输出冷功率；表示吸收式制冷机在t时刻时消耗的热功率；ψ_ac1为吸收式制冷机的制冷系数；

(b)制热负荷数学模型

变电站中的热负荷由热泵和蓄热装置来进行制热，数学模型分别如式(4)和式(5)所示：

(b1)热泵数学模型

式中，表示t时刻变电站中的热泵输出的热功率，表示热泵在t时刻消耗的电功率大小，ξ_hp为热泵的制热性能系数；

(b2)蓄热装置数学模型

式中：分别表示t时刻时热储能设备的储热功率和放热功率，分别表示热储能设备的储热效率和放热效率，Q_h,t+1、Q_h,t分别表示为t+1时刻热储能设备所具备的热能和t时刻热储能设备所具备的电能；ε为热储能设备的自损耗系数；ΔT为调度时间段间隔。