[发明专利]一种多能互补园区响应电力系统削峰需求的计算方法

权利要求书

1.一种多能互补园区响应电力系统削峰需求的计算方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1)设定多能互补园区中的能源设备包含发电机、热电联产机组、燃气锅炉、吸收式制冷机组、电锅炉、电制冷机和蓄电池，该多能互补园区与电力系统通过联络线相连，建立一个第一优化模型，第一优化模型用于计算多能互补园区向电力系统上报的联络线功率基线，作为电力系统日前调度的功率基线，第一优化模型以不加调控时多能互补园区自身总运行成本c₀最小为目标，第一优化模型的目标函数为使c₀为最小：

其中，x为该第一优化模型中所有待求解变量构成的列向量，即：

其中，为第i_G台发电机在调度时刻t发出的有功功率；和分别为第i_CHP台热电联产机组在调度时刻t的有功功率和供热功率；为第i_GB台燃气锅炉在调度时刻t的供热功率；为第i_AC台吸收式制冷机组在调度时刻t的供冷功率；和分别为第i_EB台电锅炉在调度时刻t的耗电功率和供热功率；和分别为第i_EC台电制冷机在调度时刻t的耗电功率和供冷功率；和分别为第i_ES台蓄电池在调度时刻t的充电功率和放电功率；为第i_ES台蓄电池在调度时刻t的充电状态的0-1变量，代表蓄电池在调度时刻t处在充电状态，代表蓄电池在调度时刻t未处在充电状态；为描述第i_ES台蓄电池在调度时刻t的放电状态的0-1变量，代表蓄电池在调度时刻t处在放电状态，代表蓄电池在调度时刻t未处在放电状态；为第i_ES台蓄电池在调度时刻t的充电转换状态的0-1变量，即代表蓄电池在调度时刻t-1未在充电、在调度时刻t处在充电状态，代表蓄电池在调度时刻t-1在充电、调度时刻t处在未充电状态；为第i_ES台蓄电池在调度时刻t的放电转换状态的0-1变量，即代表蓄电池在调度时刻t-1未在放电、调度时刻t处在放电状态，代表蓄电池在调度时刻t-1处在放电、调度时刻t未在放电状态；为调度时刻t的联络线功率，即多能互补园区与电力系统交换的电功率，以电功率流入多能互补园区为正方向；上标T为向量转置；Υ为电力系统所有调度时刻t构成的集合；S_G为多能互补园区内所有发电机构成的集合；为第i_G台发电机在一个调度时刻发出单位有功功率所需成本，对于分布式光伏发电装置和分布式风电机组该值可取为0；S_GB为所有燃气锅炉构成的集合；为第i_GB台燃气锅炉在一个调度时刻内维持单位供热功率所需成本；S_AC为所有吸收式制冷机构成的集合；为第i_AC台吸收式制冷机组在一个调度时刻内维持单位供冷功率所需成本；S_CHP为所有热电联产机组构成的集合；为第i_CHP台热电联产机组在一个调度时刻内维持单位发电功率所需成本；为第i_CHP台热电联产机组在一个调度时刻内维持单位供热功率所需成本；为调度时刻t的联络线电价；ΔT为相邻两个调度时刻的时间间隔；

第一优化模型的约束条件包括：

(1-1)多能互补园区中发电机的有功功率范围和爬坡约束：

其中，和分别为多能互补园区中第i_G台发电机的有功功率上限和下限，和为第i_G台发电机有功功率的向上爬坡速率最大值和向下爬坡速率最大值；

(1-2)多能互补园区中热电联产机组的有功功率范围约束、供热功率范围约束和热电联产机组的有功功率爬坡约束：

其中，为与第i_CHP台热电联产机组的有功功率和供热功率相关的可行域，和为第i_CHP台热电联产机组有功功率的向上爬坡速率最大值和向下爬坡速率最大值，上述参数均由热电联产机组说明书获得；

(1-3)多能互补园区中燃气锅炉供热功率范围及爬坡约束：

其中，和为第i_GB台燃气锅炉的供热功率上限和供热功率下限，和为第i_GB台燃气锅炉的供热功率向上爬坡速率最大值和向下爬坡速率最大值，上述参数均由燃气锅炉说明书获得；

(1-4)多能互补园区中吸收式制冷机的供冷功率范围及爬坡约束：

其中，和为第i_AC台吸收式制冷机的供冷功率上限和供冷功率下限，和为第i_AC台吸收式制冷机的供冷功率向上爬坡速率最大值和向下爬坡速率最大值，上述参数均由吸收式制冷机说明书获得；

(1-5)多能互补园区中电热锅炉的供热功率范围及爬坡约束：

其中，和为第i_EB台电锅炉的耗电功率上限和下限，为第i_EB台电锅炉的供热效率，和为第i_EB台电锅炉的耗电功率向上爬坡速率最大值和向下爬坡速率最大值；上述参数均可由电锅炉说明书获得；

(1-6)多能互补园区中电制冷机的供冷功率范围及爬坡约束：

其中，和为第i_EC台电制冷机的耗电功率上限和下限，为第i_EC台电制冷机的性能系数，和为第i_EC台电制冷机的耗电功率向上爬坡速率最大值和向下爬坡速率最大值；上述参数均可由电制冷机说明书获得；

(1-7)多能互补园区中蓄电池的运行约束：

其中，和为第i_ES台蓄电池的充电功率上限和下限；和为第i_ES台蓄电池的放电功率上限和下限；为一个调度日中第i台蓄电池的最大充放电转换次数；和为第i_ES台蓄电池中可储存的最大能量和最小能量；上述所有参数均在对应设备的说明书或操作规程中得到；为第i_ES台蓄电池在该调度日开始时储存的能量，由蓄电池前一日的调度结果得到；

(1-8)多能互补园区中的电能、热能、冷能的能量守恒约束：

其中，为多能互补园区在调度时刻t的电负荷有功功率，为多能互补园区在调度时刻t的热负荷功率，为多能互补园区在调度时刻t的冷负荷功率，上述负荷功率均可根据历史负荷功率数据进行预测得到；

(1-9)多能互补园区中冷、热负荷的惯性及室内温度约束：

其中，为热负荷的热容，和分别为热负荷t和t-1时刻的室内温度，为热负荷的热导，S_HL为所有热负荷构成的集合，为t时刻的环境温度，和分别为热负荷室内温度最小值和最大值，为冷负荷的热容，和分别为冷负荷t和t-1时刻的室内温度，为冷负荷的热导，S_CL为所有冷负荷构成的集合，和分别为冷负荷室内温度最小值和最大值。

采用分支定界法，求解由上述目标函数和约束条件组成的第一优化模型，得到多能互补园区与电力系统之间的联络线在调度时刻t的有功功率的最优值即多能互补园区联络线功率基线，以及目标函数最优值c₀，即多能互补园区最小运行成本，多能互补园区将联络线功率基线上报电力系统；

(2)多能互补园区接收电力系统下发的调度时段t削峰需求为电力系统期望联络线在调度时段t的有功功率低于联络线功率基线的有功功率值；根据该削峰需求计算多能互补园区可提供的削峰需求能力，具体方法如下：

(2-1)选取计算步长ε，ε取值为0～1，置循环次数k初始值1；

(2-2)求解如下的第二优化模型，该第二优化模型用于在调度时段t，当联络线功率为时，求多能互补园区运行费用最小时多能互补园区中的能源设备的运行计划；第二优化模型的目标函数与第一优化模型的目标函数相同；

第二优化模型的约束条件包括：

a、多能互补园区中发电机的有功功率范围和爬坡约束：与第一优化模型中约束条件(1-1)相同；

b、多能互补园区中热电联产机组的有功功率和供热功率范围约束和热电联产机组的有功功率爬坡约束：与第一优化模型中约束条件(1-2)相同；

c、多能互补园区中燃气锅炉供热功率范围及爬坡约束：与第一优化模型中约束条件(1-3)相同；

d、多能互补园区中吸收式制冷机的供冷功率范围及爬坡约束：与第一优化模型中约束条件(1-4)相同；

e、多能互补园区中电热锅炉的供热功率范围及爬坡约束：与第一优化模型中约束条件(1-5)相同；

f、多能互补园区中电制冷机的供冷功率范围及爬坡约束：与第一优化模型中约束条件(1-6)相同；

g、多能互补园区中蓄电池的运行约束：与第一优化模型中约束条件(1-7)相同；

h、多能互补园区中的电能、热能、冷能的能量守恒约束：

i、多能互补园区中冷、热负荷的惯性及室内温度约束：与第一优化模型中约束条件(1-9)相同；

采用分支定界法，求解由上述目标函数和约束条件组成的第二优化模型，若第二优化模型可解，则得到目标函数最优值c_k，以及多能互补园区与电力系统之间的联络线在调度时刻t的有功功率的最优值即多能互补园区向电力系统上报的功率基线，转步骤(2-3)；若该模型无解，则结束循环，进行步骤(3)；

(2-3)计算削峰需求比例为kε时的多能互补园区的调节成本c_k*，c_k*＝c_k-c₀，记录c_k*，并置k＝k+1，对kε进行判断，若kε1，转步骤(3)，若kε≤1，返回步骤(2-2)，直到kε1，得到多个与不同削峰需求比例kε相对应的多能互补园区的调节成本c_k*；

(3)将步骤(2-3)的多个与不同削峰需求比例kε相对应的多能互补园区的调节成本c_k*上报电力系统，电力系统下发最终采用的多能互补园区的削峰比例，实现由多能互补园区对电力系统削峰需求的响应。