[发明专利]考虑量化储热的多区域电-热综合能源系统优化控制方法

说明书

本发明公开了一种考虑量化储热的多区域电‑热综合能源系统优化控制方法，包括：考虑供热管网热动态特性和多区域调度的计算效率需求，基于一阶迎风差分改进并简化供热管网模型，建立供热管网的虚拟蓄热罐模型；基于所述虚拟蓄热罐模型建立储热量化指标，用于一次管网的储热水平的量化，并建立管网储热的量化调控指标；利用量化调控指标构建管网储热量的调控目标惩罚项；结合1–bin机组组合模型构建多区域IPHS优化调度模型，并利用混合整数二次规划求解器求解，得到IPHS日前机组组合与经济调度的优化控制结果。本发明提高了计算效率、实现供热管网储热量在IPHS调度中的协同优化。

技术领域

本发明涉及电-热综合能源系统领域，尤其涉及一种考虑量化储热的多区域电-热综合能源系统优化控制方法。

背景技术

随着城市化、工业化、现代化进程的不断推进，社会用能需求增长与能源短缺、环境污染的矛盾日益凸显，突破各能源子系统行业壁垒、发掘多能互补优势逐渐成为能源领域的关注焦点^[1]。电–热综合能源系统(Integrated Power and Heating System,IPHS)考虑电力系统与供热系统的耦合，是最常见的多能流系统之一。电能易传输、难存储，而热能易存储、难传输，因此热能与电能具有天然的互补特性^[2]。受限于供热系统的传输距离，IPHS通常为电力系统与多个供热系统耦合的多区域结构，如图1所示。通过研究IPHS的建模理论和优化调度方法，可以挖掘区域供热系统的储能潜力，有助于提高可再生能源消纳能力、系统灵活性以及能源利用效率^[3]。

在本研究领域，挖掘区域供热系统的灵活性、实现热电解耦一直是IPHS优化调度的关注重点。其中，利用供热系统的一次管网进行储能具有无需额外投资^[4]、不影响终端用户热舒适性^[5]等优点，已经受到广泛关注。文献^[6]提出一种考虑温度准动态特性的IPHS优化调度模型，通过挖掘供热系统一次管网的储热潜力促进风电消纳；文献^[7]考虑分时电价激励，基于节点法建立了考虑热能输运动态特性的IPHS调度方法，利用供热管网储热容量实现CHP削峰填谷；文献^[8]考虑供热管网的短期储热特性，建立了区域IPHS机组组合模型，减小了弃风率和一次能源消耗；文献^[9]建立了IPHS调度的动态能量流模型，通过有限元差分模型时间步长与空间步长的最优选取，取得了调度模型准确性与计算效率之间的折中方案；文献^[10]考虑供热管网的重构灵活性，建立了IPHS优化调度模型，进一步提高了供热管网的可再生能源消纳能力；文献^[11]提出一种考虑换热约束的IPHS调度方法，分析了换热约束对调度结果可行性的重要意义，提高了供热管网动态特性刻画的准确性。

已有研究从促进风电消纳、削峰填谷、提升能效等角度研究了IPHS优化调度方法，挖掘了供热管网的储能潜力，并且在建模方法、求解算法等方面做出了改进，但是未充分考虑IPHS的多区域特性，如文献[7]-[9]考虑的均为包含单个供热系统的区域级IPHS。目前，多区域IPHS优化调度面临的问题可以概括为以下三个方面。首先，当前基于机组组合模型^[12]的多区域IPHS调度方法仅考虑机组经济性，难以主动调控多区域供热系统的管网储热量，热电联产机组的灵活调度会导致管网水温波动，造成热损量增加、加速管网老化^[13]；其次，不同供热系统管网温度上下限、管网容量、管网储热量上下限可能均不相同，缺乏针对多区域供热管网储热的量化调控指标，增加了调控难度^[14]；最后，在多区域IPHS场景下，数量庞大的节点、管道约束会带来大量计算成本^[15]，在区域级IPHS调度中广泛采用的供热系统模型，如节点法，难以满足多区域IPHS调度的计算效率需求。

参考文献

[1]贾宏杰，穆云飞，余晓丹.对我国综合能源系统发展的思考[J].电力建设，2015，36(1)：16-25.