一种考虑极端情况的源网荷储协调运行方法

技术特征：
1.一种考虑极端情况的源网荷储协调运行方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、建立源网荷储协调运行系统的基础设备模型，所述源网荷储协调运行系统包含风、光、储、燃气轮机、地源热泵以及多种负荷侧资源；步骤2、从源网荷储智能互动角度出发，以负荷预期方差值最小为目标函数，建立极端情况下负荷侧资源参与电网平衡的优化调度模型；步骤3、基于负荷侧资源参与调度，以日综合运行成本最低为目标，建立极端情况下源网荷储协调调度模型；步骤4、综合考虑电网平衡和经济性，求解最优源网荷储协调运行方案。2.如权利要求1所述一种考虑极端情况的源网荷储协调运行方法，其特征在于，步骤1中，建立源网荷储协调运行系统的基础设备模型，具体方法为：(1)光伏发电模型：其中，p
pv
为光伏发电功率；f
pv
为光伏阵列的功率降额因数，取0.9；p
pv,cap
为标准测试条件下光伏阵列的峰功率；g
t
为实际光照强度；g
t,stc
为标准测试条件下的光照强度；α
p
为功率温度系数；t
c
为光伏面板的实际温度；t
c,stc
为标准测试条件下的光伏面板温度；(2)风力发电模型：风力机组的发电功率和风速的关系：其中，p
wt
为风力机组发电功率；ρ为空气密度；r为风机轮毂叶片的半径；v为实际风速；c
p
为风能转换效率；(3)蓄电池模型：其中，s
bat,t
为t时刻的荷电状态；s0为初始时的荷电状态；p
c,t
为t时刻的充电功率；p
d,t
为t时刻的放电功率；x
t
为蓄电池的充电状态；y
t
为蓄电池的充电状态；w
bat.n
为蓄电池的额定容量；δt为充放电时间段；(4)燃气轮机模型：p
gt
＝η
gt,e
·
f
gt
·
l
ng
上式中，p
gt
表示燃气轮机的发电功率；η
gt,e
表示发电效率；f
gt
表示天然气燃烧量；l
ng
表示天然气的热值；(5)地源热泵模型
式中，q
c
'表示地源热泵的最大吸热量；q
c
表示冷负荷总量；γ
copc
表示地源热泵制冷总量系数；q
h
'表示最大放热量；q
h
表示热负荷总量；γ
coph
表示地源热泵制热总量系数；地源热泵是通过少量高品质的电能来驱动压缩机，进而产生高质量冷能和热能，其能量转换关系如下式所示：q
hp,c
(t)＝p
hp
(t)
·
λ
copc
·
z
hp
q
hp,h
(t)＝p
hp
(t)
·
λ
coph
·
(1-z
hp
)上式中，q
hp,c
(t)表示地源热泵在t时刻释放的冷能；p
hp
(t)表示地源热泵在t时刻输入的电能；λ
copc
表示制冷系数；z
hp
表示地源热泵工作状态，当z
hp
＝1时表示工作在制冷状态，当z
hp
＝0时表示工作在制热状态；q
hp,h
(t)表示在t时刻释放的热能；λ
coph
表示制热系数。3.如权利要求2所述一种考虑极端情况的源网荷储协调运行方法，其特征在于，步骤2中，以负荷预期方差值最小为目标，建立极端情况下负荷侧资源参与电网平衡的优化调度模型，具体方法为：选择电动私家车、电动公交车、空调、电采暖、工业负荷、储能六类柔性负荷作为控制对象，通过电价及激励控制手段，分别调用各类负荷向上、向下调节潜力，以负荷预期方差值最小为目标，建立负荷侧资源参与电网平衡的优化调度模型；目标函数为：其中：其中：其中，p
i
(t)为单个负荷出力，δp
i
(t)为单个负荷调节量，p0(t)为调节前总负荷，p1(t)为调节后负荷，t表示削峰和填谷的时间段，i表示负荷种类,p
car，sj
为电动私家车用电功率，p
car，gj
为电动公交车用电功率，p
tem,kt
为空调用电功率，p
tem,dcn
为电采暖用电功率，p
storage
为储能充放电功率，p
industry
为工业负荷用电功率；约束条件如下：(1)调节潜力约束：p
k,min
≤p
k
≤p
k,max
其中，p
k,max
、p
k,min
为调节潜力上、下限，p
k
为调节量；(2)电动汽车运行约束：d
e,soc,down
≤d
e,soc
≤d
e,soc,top
其中，d
e,soc
表示电动汽车荷电状态；d
e,soc,down
表示设定的电动汽车荷电状态下阈值；d
e,soc,top
表示设定的电动汽车荷电状态上阈值，电动私家车和电动公交车均需满足上述约束；(3)温控负荷适应温度约束：t
a,min
≤t
at
≤t
a,max
其中，t
at
表示温控负荷在某时刻的温度t
a,min
和t
a,max
分别为温控负荷一定时间范围内允许的最低和最高温度，电采暖与空调均需满足上述约束；(4)储能运行约束：-p
soc,t,in
≤p
soc,t
≤p
soc,t,out
q
soc,down
≤q
soc,t
≤q
soc,up
其中，p
soc,t
表示蓄电池充放电速率；p
soc,t,in
表示表示蓄电池充电速率上限；p
soc,t,out
表示其放电速率上限；q
soc,t
表示蓄电池的荷电状态；q
soc,up
表示其荷电状态上限；q
soc,down
表示其荷电状态下限。4.如权利要求3所述一种考虑极端情况的源网荷储协调运行方法，其特征在于，步骤3中，基于负荷侧资源参与调度，以日综合运行成本最低为目标，建立极端情况下的源网荷储协调调度模型，具体方法为：步骤3.1，通过碳排放权交易原理，将碳排放指标转化为经济性指标：碳排放权交易是指将co2的排放权作为一种商品，其中无偿的份额是根据企业电能、热能的产值对企业进行无偿份额的分配，企业若有多余的碳排放权，则通过交易市场售卖出去；有偿的份额则需要企业通过竞价的方式购买，或通过交易平台从其他企业手中购买，其中无偿的碳排放份额d
e
'
mi,c
用下式表示：q
load,t
＝q
car,t
q
tem,t
q
storage,t
q
industry,t
p
load,t
＝p
car,t
p
tem,t
p
storage,t
p
industry,t
式中，d
′
emi,c
表示无偿的碳排放份额；p
load,t
表示电能的产值；q
load,t
表示热能的产能；ε
e
表示电能份额系数；ε
h
表示热能份额系数，ε
e
取0.65，ε
h
取0.35；p
car,t
、p
tem,t
、p
storage,t
、p
industry,t
分别表示在t时刻电动汽车、温控负荷、工业负荷、储能消耗的电能；q
car,t
、q
tem,t
、q
storage,t
、q
industry,t
分别表示在t时刻电动汽车、温控负荷、工业负荷、储能消耗的热能；有偿的碳排放量d
emi,c
表示为：d
emi,c
＝c
sum-d
′
emi,c
其中碳排放量c
sum
表示为：c
sum
＝c
gt
c
gt,b
c
gt,w
其中，c
gt,b
表示从大电网购电的碳排放量，c
gt,w
表示工业生产的碳排放量，c
gt
为系统燃气轮机工作产生的碳排放量；最终得到碳排放成本为：式中，c
c
表示碳排放成本；表示碳交易价格；步骤3.2，综合考虑碳排放成本、弃光弃风成本、系统运行成本作为经济指标：基于极端情况下的源网荷储协调调度模型通过碳排放权交易原理将碳排放指标转化为经济性指标，通过弃风弃光惩罚成本将可再生能源消纳能力转化为经济性指标，即用系统运行成本最小作为目标函数，取成本为正，收益为负，其表达式如下：min f
sum
＝c
r
c
c
c
pm
式中，f
sum
表示总成本；c
r
表示负荷参与调节后系统运行成本，包括电动汽车、温控负荷等负荷的运行成本；c
c
表示碳交易成本；c
pm
表示弃风弃光惩罚成本；弃风弃光惩罚成本c
pm
的表达式如下：式中，c
pv
表示弃光惩罚系数；表示弃光量；c
wt
表示弃风惩罚系数；表示弃风量；系统的运行成本c
r
包括电源侧、电网侧、负荷侧的运行成本，具体表达式如下：c
r
＝c
r,source
c
r,grid
c
r,load
式中，c
r,source
表示电源侧的运行成本；c
r,grid
表示电网侧的运行成本；c
r,load
表示负荷侧的运行成本；电源侧的系统运行成本c
r,source
的具体表达式如下：c
r,source
＝c
gas
＝λ
ng
p
buy,gas
p
buy,gas
＝p
gt
式中，c
gas
表示购买天然气的成本；λ
ng
表示天然气价格；p
buy,gas,t
表示天然气购买量；p
gt
表示燃气轮机的发电功率；电网侧的系统运行成本c
r,grid
包括购电成本以及售电收益，其具体表达式如下：c
r,grid
＝λ
e,b
p
buy,e-λ
e,s
p
sell,e
p
buy,e
＝p
pv
p
wt
式中，λ
e,b
表示购电价格；p
buy,e
表示购电量；λ
e,s
表示售电价格；p
sell,e
表示售电量；p
pv
为光伏发电量；p
wt
为风力发电量；负荷侧的系统运行成本c
r,load
包括电动汽车和温控负荷的电价成本以及储能系统、工业负荷的运行成本，其具体表达式如下：c
r,load
＝c
car
c
tem
c
storage
c
industry
式中，c
car
表示电动汽车的电价成本，c
tem
表示温控类负荷的补偿成本，c
storage
表示系统运行成本,c
industry
表示工业负荷的运行成本；极端情况下，存在如下关系：极端情况下，存在如下关系：c
storage
＝λ
soc
p
storage,t
c
industry
＝λ
ind
p
industry,t
步骤4.3，构建约束条件：(1)电能平衡电能平衡指的是园区内的光伏、风力、燃气轮机、储能设备与大电网共同供给电能以满足电动汽车、温控负荷以及其他负荷的电能需求，其具体表达式如下：p
pv,t
p
wt,t
p
gt,t
p
soc,t
p
b,t
＝p
hp,t
p
car,t
p
tem,t
p
else,t
式中，p
pv,t
表示在t时刻屋顶光伏的出力；p
wt,t
表示在t时刻园区风电的出力；p
gt,t
表示在t时刻燃气轮机的出力；p
soc,t
表示在t时刻储能装置的出力，当储能装置处于放电状态时p
soc,t
＞0，当储能装置处于充电状态时p
soc,t
＜0；p
b,t
表示在t时刻与大电网的电能交易，当p
b,t
＞0时表示从大电网购电，当p
b,t
＜0时表示向大电网售电；p
hp,t
表示在t时刻地源热泵消耗的电能；p
car,t
表示在t时刻电动汽车消耗的电能；p
tem,t
表示在t时刻温控负荷消耗的电能；p
else,t
表示在t时刻其余电负荷需求；(2)热能平衡约束热能平衡主要是指通过燃气轮机提供的热能、地源热泵提供的热能以及电采暖提供的热能，以满足负荷侧的热能需求，其具体表达式如下：r
gt,h,t
r
hp,h,t
r
hs,h,t
＝l
h,t
式中，r
gt,h,t
表示在t时刻燃气轮机提供的热能；r
hp,h,t
表示在t时刻地源热泵提供的热能；r
hs,h,t
表示在t时刻电采暖提供的热能；l
h,t
表示t时刻热负荷需求；(3)冷能平衡冷能平衡主要是指空调提供的冷能以及地源热泵提供的冷能满足负荷侧的冷能需求，其具体表达式如下：r
hp,c,t
r
ac,c,t
＝l
c,t
式中，r
hp,c,t
表示在t时刻地源热泵提供的冷能；r
ac,c,t
表示在t时刻空调提供的冷能；l
c,t
表示t时刻冷负荷需求。5.如权利要求4所述一种考虑极端情况的源网荷储协调运行方法，其特征在于，步骤4中，综合考虑电网平衡和经济性，求解最优源网荷储协调运行方案，具体方法为：针对负荷侧资源，为实现极端情况下负荷峰谷差最小，采用粒子群算法求解极端情况下负荷侧资源参与电网平衡的优化调度模型，该模型的决策变量为不同负荷不同时刻的调节量即δp
i
(t)，以负荷预期偏差最小为调度目标，根据不同负荷的运行条件的约束，分别计算各类负荷达到最优目标时的δp
i
(t)，将其相加即为调节后不同时刻总负荷的运行结果；针对整个源网荷储系统，综合考虑源、网、荷、储四部分的成本，在满足负荷侧资源峰谷差最小的情况下，考虑碳排放交易原理，采用粒子群算法求解极端情况下的源网荷储协调调度模型，根据负荷侧资源运行条件的约束，以系统运行成本、碳排放成本以及弃光、弃风成本的总成本最低为目标函数，求解变量为源、网、荷、储四部分出力的变化量。6.一种考虑极端情况的源网荷储协调控制系统，其特征在于，基于权利要求1-5任一项所述的考虑极端情况的源网荷储协调运行方法，实现极端情况的源网荷储协调运行。7.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，基于权利要求1-5任一项所述的考虑极端情况的源网荷储协调运行方法，实现极端情况的源网荷储协调运行。8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，基于权利要求1-5任一项所述的考虑极端情况的源网荷储协调运行方法，实现极端情况的源网荷储协调运行。

技术总结
本发明提供了一种考虑极端情况的源网荷储协调运行方法，建立源网荷储协调运行系统的基础设备模型，所述源网荷储协调运行系统包含风、光、储、燃气轮机、地源热泵以及多种负荷侧资源；从源网荷储智能互动角度出发，以负荷预期方差值最小为目标函数，建立极端情况下负荷侧资源参与电网平衡的优化调度模型；基于负荷侧资源参与调度，以日综合运行成本最低为目标，建立极端情况下源网荷储协调调度模型；综合考虑电网平衡和经济性，求解最优源网荷储协调运行方案。本发明能够实现综合能源系统在极端情况下的经济运行，促进新能源消纳，实现电网平衡。网平衡。网平衡。


技术研发人员：王璐玥 张俊芳 郑健 朱凯文 钟晓敏
受保护的技术使用者：南京理工大学
技术研发日：2022.08.31
技术公布日：2022/12/5