[发明专利]基于改进VMD的电热综合系统多时间尺度经济调度方法

权利要求书

1.基于改进VMD的电热综合系统多时间尺度经济调度方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将VMD改进为能够在规定中心频率基础上的自适应分解方法；

步骤2：根据风电长期趋势、储能和热力部分响应速度确定中心频率，采用步骤1中改进后VMD对风电信号进行3层分解；

步骤3：基于步骤1的改进VMD方法和步骤2的风电信号3层分解结果，建立含混合储能的电热综合系统多时间尺度调度模型，制定与风电不同频段相适应机组、储能装置和电锅炉的出力；

所述步骤1中包括如下具体步骤：

步骤1.1：以储能装置、常规机组、热电联产机组或电锅炉的响应速度将中心频率ω_k设置成已知量，目标是已知每个模态中心频率ω_k情况下，使每个模态的估计带宽之和最小，即稀疏度最小，其目标函数为：

式中：{u_k}＝{u₁,…,u_k}为所有子模态集合；{ω_k}＝{ω₁,…,ω_k}为相应中心频率的集合，中心频率ω_k为常数；

步骤1.2：采用二次惩罚因子α和拉格朗日乘法算子λ^v(t)，将约束性变分问题变为非约束性变分问题，其中α保证信号的重构精度，λ^v(t)保持约束条件的严格性，拓展的拉格朗日表达式如下：

步骤1.3：采用交替方向乘子法解决以上变分问题，通过交替更新u_kⁿ⁺¹、以及λ^v,n+1寻求拓展拉格朗日表达式的最优点，其中，u_kⁿ⁺¹可利用傅里叶等距变换转变到频域：

步骤1.4：利用傅里叶等距变换将步骤1.3公式变换到频域，求得二次优化问题的解：

式中：相当于当前剩余量的维纳滤波；对进行傅里叶逆变换，其实部则为{u_k(t)}，中心频率ω_k为常数。

2.根据权利要求1所述的基于改进VMD的电热综合系统多时间尺度经济调度方法，其特征在于，所述步骤3中含混合储能的电热综合系统多时间尺度调度模型包括如下步骤：

步骤3.1日前调度模型：日前调度为预测时刻前24h的调度计划，主要通过风电日前第1层数据P^D,W0,U1制定常规机组启停，常规机组、热电联产机组和电锅炉初步出力，

热电联产机组设定为常开状态，只考虑其运行成本，以热电联产机组运行成本、常规机组开机成本、常规机组运行成本、电锅炉运行成本和弃风成本为目标函数，公式如下：

minF^D＝min(C_NC^D+C_NG，s^D+C_NG，p^D+C_EB^D+C_loss^D)

其中

式中：F^D表示为系统日前总成本，C_NC^D表示为日前热电联产机组运行成本函数，C_NG,s^D表示为常规机组开机成本函数，C_NG,p^D表示为日前常规机组运行成本函数，C_EB^D表示为日前电锅炉运行成本函数，C_loss^D表示为弃风成本函数；a_i^chp，b_i^chp，c_i^chp表示为第i台热电联产机组成本系数；a_i，b_i，c_i表示为第i台常规机组成本系数；CS_i,t表示为第i台火电机组在t时刻开机成本系数；U_i,t^D表示为日前第i台火电机组在t时刻启停状态，1为开机，0为停机；P_i,t^D,chp，P_i,t^D，P_i,t^D,EB，P_i,t^D,W0,U1和P_i,t^D,W,U1分别表示为日前t时刻第i个热电联产机组出力、常规机组出力、电锅炉出力、风电预测第一层有功出力和风电第一层实际调度有功出力；NC，NG，EB和NW为热电联产机组、常规机组、电锅炉和风电场数目，T为调度周期，

约束条件包括：

1)电功率平衡约束

式中：P_t^D,L表示为日前t时刻总电负荷功率；

2)热功率平衡条件

式中：Q_i,t^D,chp，Q_i,t^D,EB表示为第i台热电联产机组、电锅炉产生的热功率，Q_t^D,L表示为日前t时刻总热负荷功率，

3)机组出力上下限和爬坡约束

P_i,min^chp≤P_i,t^chp≤P_i,max^chp

U_i,tP_i,min≤P_i,t≤U_i,tP_i,max

-R_D,i^chpΔt≤P_i,t^chp-P_i,t-1^chp≤R_U,i^chpΔt

-R_D,iΔt≤P_i,t-P_i,t-1≤R_U,iΔt

式中：P_i,min^chp和P_i,max^chp分别是第i台热电联产机组电功率下限和上限，P_i,min和P_i,max分别是第i台常规机组电功率下限和上限，R_U,i^chp和R_D,i^chp分别表示第i台热电联产机组电功率上下爬坡的上限，R_U,i和R_D,i分别表示第i台常规机组电功率上下爬坡的上限，

4)风电出力约束

0≤P_i,t^D,W,U1≤P_i,t^D,W0,U1

5)热电联产电热耦合约束

Q_i,t^chp＝η_chpP_i,t^chp

Q_i,min^chp≤Q_i,t^chp≤Q_i,max^chp

式中：η_chp表示热电联产机组的热电比，取η_i,chp＝0.75，Q_i,min^chp和Q_i,max^chp分别是第i台热电联产机组热功率的下限和上限，

6)电锅炉约束

Q_i,t^EB＝η_EBP_i,t^EB

P_i,min^EB≤p_i,t^EB≤P_i,max^EB

-R_D,i^EBΔt≤P_i,t^EB-P_i,t-1^EB≤R_U,i^EBΔt

式中：η_EB表示电锅炉的热效率，取η_EB＝0.98，P_i,min^EB和P_i,max^EB分别是第i台电锅炉电功率的下限和上限，R_U,i^EB和R_D,i^EB分别表示第i台电锅炉电功率上下爬坡的上限；

步骤3.2日内滚动修正模型：日内修正是预测点前4h～15min的计划，主要基于日前决策结果和风电日内第一层数据P^S,W0,U1制定机组和电锅炉出力调节量，第二层风电日内数据P^S,W0,U2制定能量型储电装置充放电计划和机组、电锅炉出力调节量，

以系统总成本为目标函数，公式如下：

minF^S＝min(C_NC^S+C_NG，s^S+C_NG，p^S+C_EB^S+C_loss^S)

其中

式中：ΔP_i,t^chp、ΔP_i,t和ΔP_i,t^EB表示为热电联产机组、常规机组和电锅炉的电功率调节量，

约束条件包括：

1)电功率平衡约束

式中：P_t^S,L表示为日内t时刻总电负荷功率，P_t^S,W表示为日内风电实际调度功率，P_i,t^ESS,n表示为第i台能量型储电装置充电和放电功率，P_i,t^ESS,n0表示充电，P_i,t^ESS,n0表示放电，

2)热功率平衡条件

式中：ΔQ_i,t^chp和ΔQ_i,t^EB表示为热电联产机组电锅炉的热功率调节量，Q_t^S,L表示为日内t时刻总热负荷功率，

3)机组和电锅炉出力修正量约束

综合考虑单调度时段Δt最大爬坡和机组、电锅炉出力上下限制定约束，表示为：

4)储电装置约束

式中：U_i,t^ch和U_i,t^dc分别表示第i台储电装置在t时刻充电状态和放电状态，1为工作状态，0表示不工作状态；P_i,t^ch和P_i,t^dc分别表示第i台储电装置在t时刻充电功率和放电功率；P_i,min^ch和P_i,max^ch分别表示充电功率下限和上限，P_i,min^dc和P_i,max^dc分别表示放电功率下限和上限，E_i,t^ESS表示为第i台储电装置在t时刻容量，E_i,min^ESS和E_i,max^ESS分别表示第i台储电装置容量下限和上限，β_ch和β_dc分别表示充电系数和放电系数，

风电出力约束，热电联产电热耦合约束和电锅炉约束同步骤3.1一致；

步骤3.3实时修正模型：实时修正计划在预测点前15min制定，由风电实时第二层数据P^F,W0,U2制定能量型储电装置充放电调节量和机组、电锅炉出力调节量，然后由风电实时第三层数据P^F,W0,U3制定功率型储电装置充放电计划，

由风电实时第二层数据P^F,W0,U2制定能量型储电装置充放电调节量和机组、电锅炉出力调节量的目标函数与步骤3.2日内调度模型相似，以系统总成本最小，又风电实时第三层数据P^F,W0,U3制定功率型储电装置充放电计划时，目标以弃风量和切负荷量最小，即以功率型储能装置充放电量最大为目标函数，公式如下：

minF^F＝min[P^F,W0,U3(P^dc-P^ch)]

约束条件包括：

风电实时第三层功率P^F,W0,U3平衡约束

式中：P_i,t^F,W,U3表示为风电实时第三层实际调度功率，P_i,t^ESS,g表示为第i台能量型储电装置充电和放电功率，P_i,t^ESS,g0表示充电，P_i,t^ESS,g0表示放电，

风电出力约束，热电联产电热耦合约束和电锅炉约束同步骤3.1一致。