[发明专利]基于动态能量集线器的园区综合能源系统优化配置方法

说明书

本发明公开了一种基于动态能量集线器的园区综合能源系统优化配置方法，方法包括：构建动态能源集线器模型；并基于该动态能源集线器构建ICES的数学模型，用于反映设备效率随负载率变化关系并保障各时刻的供需平衡；基于所述ICES模型，构建ICES的双层优化配置数学模型，上层以最小化投资成本等年值为目标函数，求解容量配置方案，下层以最小化年运行维护成本为目标函数，求解运行调度方案；采用AIMMS对双层优化配置数学模型进行求解，为ICES提供考虑设备变工况特性的优化配置方案及调度方案；将优化配置方案及调度方案用于实际ICES建设及运行调控中，以实现对园区的合理规划及调度，保障用户用能需求，提升园区供能可靠性。

技术领域

本发明属于园区综合能源系统优化配置技术领域，尤其涉及一种基于动态能量集线器的园区综合能源系统优化配置方法。

背景技术

随着能源供需关系的日益紧张以及全球环境的不断恶化，改善能源消费结构和能源生产方式的需求日益迫切。近年来，综合能源系统的出现为多能源(电、气、热等)协调优化运行带来机遇，可有效提高能源利用效率与促进可再生能源消纳^[1-3]。其中，园区综合能源系统(integrated community energy system,ICES)因其投资主体单一且能源需求多样，是综合能源系统最理想的落地场景^[4-5]。然而，目前ICES发展良莠不齐，经济效益尚未完全显现。一个主要原因是ICES实际运行经济性与规划阶段不符，而导致投资成本难以回收。如某工业园区，每年有2GWh的多余电力无偿上网且能源存储设备利用率低于40％^[6]；某科技产业园运营公司在2019年负债高达2.98亿，并出售其股权的40％^[7]。

导致ICES经济性低于预期的一个原因是预测的不准确性。可再生能源与负荷增长的不确定性增加了预测难度，进而导致规划及运行方案不准确，使得实际运行成本高于规划阶段的预期运行成本^[8-9]。众多学者对ICES规划运行中的不确定性问题开展了研究^[10-13]。文献^[14]提出了一种基于多场景技术的优化模型。通过建立多个离散场景及其发生概率来刻画负荷的不确定性，从而得到适应负荷不确定性的优化配置方案。文献^[15-16]基于可用风电功率区间，构建可再生能源允许出力区间，并将其引入优化配置模型中，建立了考虑可再生能源不确定性的鲁棒区间优化配置模型。文献^[17-18]通过概率分布函数描述可再生能源及负荷的不确定性，并建立线性随机机会约束规划方法，降低了优化配置模型对预测精度的依赖性。上述研究为解决ICES规划运行中的不确定性提供了可行方案。

ICES的仿真模型准确度也是影响其经济性的一个重要因素^[19]。目前，关于ICES的模型研究已引起国内外相关工作者的关注^[20-21]。能源集线器(energy hub,EH)模型通过一个耦合矩阵描述多能源系统的能量传输、转换、存储关系，为ICES提供了一种通用的模型^[22-23]。在规划层面，文献^[24-26]提出了基于EH的ICES优化配置方法；在运行层面，文献^[27-30]建立了以经济性最优为目标的优化调度方法。为综合考虑ICES规划与运行的相互影响，文献^[31]建立了一种双层优化配置方法。基于该方法，文献^[32]建立了以经济性最优为目标的双层优化配置模型，上层以年总成本最小为目标，求解ICES优化配置方案，下层以年运行维护成本最小为目标，求解ICES调度方案。