[发明专利]一种源-荷-储协调互动的综合能源系统设计方法

说明书

一种源‑荷‑储协调互动的综合能源系统设计方法，通过拉丁超立方抽样生成大量源荷出力场景，结合场景削减法聚类分析获取保留原场景特性的少量特定概率规划场景。建立各设备装机成本模型和运行成本模型，以年投资折算成本和各概率场景下的年运行成本之和最小为上层优化模型的优化目标，以各概率场景下的年运行成本最小为下层优化模型的优化目标，建立源‑荷‑储协调互动的综合能源系统双层规划模型，同时满足各类可靠性、安全性运行约束。分别采用元模型全局优化算法与二阶锥优化方法求解上、下层优化模型，交互迭代求解直至收敛，优化求得综合能源系统各设备装机容量及优化运行方案。本发明可应用于多能互补综合能源系统的容量规划及优化设计。

技术领域

本发明涉及一种综合能源系统的设计方法。

背景技术

随着化石能源的紧缺，人们对能源危机、气候危机的重视，全球范围内以能源结构改革及新能源高效利用为重心的能源互联网呈现出快速发展态势，作为能源互联网在用户侧重要组成形式，多能互补综合能源系统直接面向用户，且易于实现对“源”、“荷”、“储”的互联互动。因此在用户侧发展多能互补综合能源系统对于就地满足用户需求，促进分布式可再生能源消纳，提高能源系统的综合能效和运行可靠性、经济性，具有十分重要的意义。

多能互补综合能源系统的规划设计是保障其安全，经济，可靠运行的首要关键技术，由于多能互补综合能源系统中包含热源、电源等多种能量源，以及热负荷、电负荷等多种类型用能负载，源、网、荷具有强耦合关系。并且太阳能、风能等可再生能源具有很强的波动性，系统运行场景复杂多样，因此常规传统规划方法难以直接应用，主要体现在：1)伴随着电源侧高比例随机性可再生能源的接入，冷热电多能互补综合能源系统在电源侧和负荷侧将面临双重高维不确定性，传统的单纯依靠增加机组容量或者增加系统备用的规划方案略显保守，而且不经济，亟需合理有效的应对源荷多维不确定性的规划方案。2)负荷需求侧响应和热、电储能系统作为平抑可再生能源波动，实现跨时段转移能量的重要手段，具备较大的调节潜力，具有广阔应用前景。但目前规划方案均未详细考虑需求侧响应和储能跨时段调节对规划的影响，未充分考虑系统中源-荷-储一体化协同运行，难以发挥需求侧响应和储能的调节潜力。3)传统的在用户侧各能源系统的规划均相对分散，缺乏统一协调，能源利用率难以提升，亟需合理的多能统一协调规划方法。

虽然目前已经有相关研究针对含冷、热、电的综合能源系统协同规划展开，如专利‘一种综合能源系统中可再生能源全部消纳的失效计算方法’中考虑了可再生能源的不确定性对规划和评估计算的影响，但其没有在规划阶段详细考虑源-荷-储的协调运行，难以完全匹配实际运行。专利201710515673.4“一种三电池耦合型综合能源系统及其优化设计方法”与专利201510565835.6“一种区域综合能源系统的规划与设计方法”，虽然在规划阶段考虑了系统未来运行的模拟，并考虑了通过综合能源系统的运行来指导规划设计，但其在规划时并未详细考虑电热储能、负荷需求响应的能量转移调节能力，并未考虑源-荷出力不确定性环境下的源-荷-储的协调互动运行，难以有效发挥需求侧响应和储能的调节潜力，导致系统综合经济效益和运行效率的提升空间有限。

发明内容

本发明的目的是克服现有规划方案未详细考虑电热储能、负荷需求响应的能量转移调节能力，以及、源侧、荷侧的不确定性，导致规划方案计算结果难以完全适用于未来运行的缺点问题，提出一种源-荷-储协调互动的综合能源系统设计方法。本发明在保证系统可靠性、安全性的前提下，优化选择分布式可再生能源、热电联产单元、电/热储能系统、补燃锅炉等设备装机容量；在建立综合反映系统投资经济性和运行经济性优化模型的基础上进行优化，避免传统设计带来的装机过大造成浪费或者装机不足影响系统可靠运行等问题，提高综合能源系统的规划设计水平。