本發(fā)明涉及微電網(wǎng)接入配電網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行，尤其是涉及一種考慮熱電需求響應(yīng)的iem接入配電網(wǎng)優(yōu)化方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、目前，可再生能源的低碳新型電力系統(tǒng)正在迅速建設(shè)中以減少碳排放。綜合能源微網(wǎng)(integrated?energy?microgrid，iem)可以很好的解決風(fēng)電光伏氫能源等可再生能源大量并網(wǎng)的問題。但是微網(wǎng)因?yàn)樽陨硪?guī)模問題，不能大規(guī)模整合新能源接入，故引入多微網(wǎng)接入配電網(wǎng)概念，以處理新能源大規(guī)模并網(wǎng)問題。且我國(guó)長(zhǎng)期處于煤炭燃料主導(dǎo)的能源結(jié)構(gòu)，可再生能源的使用的研究迫在眉睫，需要研究提高新能源利用率。需求響應(yīng)dr（demandresponse，dr）能夠提升源荷兩側(cè)的雙向互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)削峰填谷，使電力系統(tǒng)運(yùn)行更加靈活。

2、現(xiàn)有考慮需求響應(yīng)的優(yōu)化調(diào)度方法包括：一、基于碳交易和需求響應(yīng)的微電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度方法，根據(jù)可再生能源出力和負(fù)荷用電自身所具有的概率特性信息消除一些概率密度低的場(chǎng)景，建立了需求響應(yīng)模型，降低保守性，得到滿足用戶用能負(fù)荷情況下的最小運(yùn)行成本的微電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度策略；二、基于需求響應(yīng)的電動(dòng)汽車充放電微電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度方法，綜合考慮多種能源的互補(bǔ)特性及風(fēng)光的不確定性對(duì)系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度帶來(lái)的影響，可以對(duì)風(fēng)光可再生能源出力的不確定性進(jìn)行描述，根據(jù)電動(dòng)汽車的行駛特性分析了電動(dòng)汽車無(wú)序充電對(duì)微電網(wǎng)帶來(lái)的不利影響；三、考慮需求響應(yīng)的多能源微電網(wǎng)能量?jī)?yōu)化管理方法及系統(tǒng)，建立太陽(yáng)能電池板和儲(chǔ)能系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；以最小能源成本和峰均比為目標(biāo)，建立光伏、儲(chǔ)能系統(tǒng)、電動(dòng)汽車的混合發(fā)電系統(tǒng)的目標(biāo)函數(shù)；求解所述目標(biāo)函數(shù)，得到最優(yōu)能量管理策略。

3、但現(xiàn)有技術(shù)中較少涉及綜合性考慮多種裝置的能量的優(yōu)化及調(diào)度方式。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的在于提供一種考慮熱電需求響應(yīng)的iem接入配電網(wǎng)優(yōu)化方法，對(duì)iem-配電網(wǎng)進(jìn)行分布式協(xié)同優(yōu)化。首先，建立了考慮需求響應(yīng)的iem-配電網(wǎng)系統(tǒng)模型，然后采用加速admm算法對(duì)模型進(jìn)行分布式求解，相較于傳統(tǒng)的admm算法，提高了求解速度，求解得到了含熱電需求響應(yīng)的iem-配電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度方案，驗(yàn)證了調(diào)度方案的可行性。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種考慮熱電需求響應(yīng)的iem接入配電網(wǎng)優(yōu)化方法，包括以下步驟：

3、s1：以熱電需求響應(yīng)為原則，對(duì)iem進(jìn)行建模；

4、s2：以可接入iem為原則，對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行建模；

5、s3：以配電網(wǎng)的輸出功率必須等于微電網(wǎng)的輸入功率為原則，配電網(wǎng)通過(guò)聯(lián)絡(luò)線接入微電網(wǎng)；

6、s4：構(gòu)建基于需求響應(yīng)的iem-配電網(wǎng)的分布式調(diào)度模型；

7、s5：采用admm算法，對(duì)分布式調(diào)度模型進(jìn)行迭代求解，得到最優(yōu)熱電調(diào)度策略。

8、優(yōu)選方案中，所述iem的相關(guān)設(shè)備包括：燃?xì)廨啓C(jī)、燃?xì)忮仩t、碳捕集電轉(zhuǎn)氣裝置、電解制氫裝置、燃料電池裝置和電熱儲(chǔ)能裝置；

9、對(duì)各相關(guān)設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)數(shù)學(xué)建模，并綜合連接，構(gòu)建出iem的數(shù)學(xué)模型。

10、優(yōu)選方案中，對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，具體包括：

11、s11：根據(jù)碳捕集裝置實(shí)際功率構(gòu)建ccs數(shù)學(xué)模型，碳捕集裝置實(shí)際功率包括運(yùn)行功耗和基礎(chǔ)功耗，公式為：

12、(1)

13、為ccs裝置碳捕集功率，為基礎(chǔ)功耗，為運(yùn)行功耗，為捕集單位二氧化碳所需的電功率，為捕集的二氧化碳量；

14、s12：根據(jù)兩階段電轉(zhuǎn)氣裝置，構(gòu)建p2g數(shù)學(xué)模型；其中，p2g包括電解制氫和氫制甲烷兩階段，公式為：

15、(2)

16、其中，和分別是電解生成h2量和耗電量和分別是產(chǎn)生甲烷功率和甲烷化耗氫量；

17、同時(shí)，生產(chǎn)甲烷也會(huì)使用一定的電解槽功率，公式為：

18、(3)

19、和分別為產(chǎn)生甲烷功率和電解槽耗電量；

20、甲烷化過(guò)程所需要的co2量來(lái)自于碳捕集電廠實(shí)際co2捕獲量，公式為：

21、(4)

22、(5)

23、為t時(shí)刻微網(wǎng)生產(chǎn)甲烷需要的co2功率，為單位體積天然氣的熱值；為co2氣體密度，為co2封存量；

24、s13：根據(jù)產(chǎn)電和產(chǎn)熱功率，建立熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組數(shù)學(xué)模型，其中產(chǎn)電和產(chǎn)熱功率公式為：

25、(6)

26、式中，為摻氫比為t時(shí)刻熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組消耗氫氣功率，為t時(shí)刻熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組消耗天然氣功率，和分別為氫氣和天然氣熱值，和為燃?xì)廨啓C(jī)的電效率和熱效率，和分別為燃?xì)廨啓C(jī)的產(chǎn)電產(chǎn)熱效率。

27、優(yōu)選方案中，對(duì)燃?xì)忮仩t進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，具體包括：當(dāng)熱電聯(lián)產(chǎn)就無(wú)法滿足熱負(fù)荷時(shí)，燃?xì)忮仩t補(bǔ)充供給熱負(fù)荷，公式為：

28、(7)

29、式中，為t時(shí)刻產(chǎn)生的熱功率為燃?xì)忮仩t熱點(diǎn)轉(zhuǎn)化效率，為t時(shí)刻燃?xì)忮仩t消耗天然氣功率；

30、對(duì)燃料電池進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，具體包括：燃料電池將氫能轉(zhuǎn)化為電能，公式為：

31、(8)

32、式中，為t時(shí)刻燃料電池輸出電功率，為t時(shí)刻氫電轉(zhuǎn)化效率，為t時(shí)刻燃料電池消耗氫氣功率。

33、優(yōu)選方案中，初始碳排放分配額由兩方面構(gòu)成：chp與燃?xì)忮仩t的傳統(tǒng)機(jī)組碳排放分配額和光伏發(fā)電與風(fēng)力發(fā)電的新能源機(jī)組碳排放分配額，公式為：

34、(9)

35、式中，為給定的默認(rèn)碳排放額，為單位發(fā)電或發(fā)熱功率給定的碳排放基準(zhǔn)額度；

36、iem的碳排放量主要由chp機(jī)組和燃?xì)忮仩t機(jī)組，則iem多iem的實(shí)際碳排放量為：

37、(10)

38、式中，為chp機(jī)組的碳排放量，為燃?xì)忮仩t機(jī)組的碳排放量，為chp機(jī)組的碳排放系數(shù)，為燃?xì)忮仩t機(jī)組的碳排放系數(shù)。

39、優(yōu)選方案中，所述s2中還包括建立能源微網(wǎng)的目標(biāo)函數(shù)，目標(biāo)函數(shù)包括購(gòu)氣成本、運(yùn)維成本、棄風(fēng)棄光懲罰，需求響應(yīng)成本和碳交易成本，公式為：

40、(11)

41、其中，公式為：

42、(12)

43、式中，為天然氣單價(jià)，為t時(shí)刻購(gòu)買天然氣功率；

44、公式為：

45、(13)

46、式中，為chp機(jī)組運(yùn)維成本系數(shù)，為儲(chǔ)碳成本系數(shù)，為p2g運(yùn)維成本系數(shù)，為ccs運(yùn)維成本系數(shù)，為運(yùn)維成本系數(shù)；

47、公式為：

48、(14)

49、公式為：

50、(15)

51、式中，為購(gòu)買單位碳排放額的價(jià)格，為賣出單位碳排放額的價(jià)格，分別為購(gòu)買和售出的碳配額；

52、從而獲得需求響應(yīng)成本，公式為：

53、(16)

54、為可平移電負(fù)荷，為可削減電負(fù)荷，為可削減熱負(fù)荷；和分別為可轉(zhuǎn)移電負(fù)荷和可削減電負(fù)荷的補(bǔ)償單價(jià)，為可削減熱負(fù)荷的補(bǔ)償單價(jià)。

55、優(yōu)選方案中，所述s3進(jìn)行時(shí)，設(shè)置平衡約束條件，公式為：

56、(17)

57、式中，為配網(wǎng)注入微網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)線上的功率，為iem向配網(wǎng)購(gòu)電功率，為iem向配網(wǎng)售電價(jià)格，和分別表示t時(shí)刻電和熱負(fù)荷需求響應(yīng)后的負(fù)荷量，為iem的初始碳排放分配額，為iem的總碳排放量，為購(gòu)買碳排放額總量，為賣出碳排放額總量。

58、優(yōu)選方案中，還包括iem向配網(wǎng)傳輸功率限制，公式為：

59、(18)

60、式中，為iem向配電網(wǎng)購(gòu)電功率，為iem向配電網(wǎng)售電價(jià)格。

61、優(yōu)選方案中，電解制氫、熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組和燃?xì)忮仩t分別設(shè)置約束條件，具體為：

62、1）電解制氫最大功率和爬坡約束為：

63、(19)

64、2）熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組最大功率和爬坡約束為：

65、(20)

66、3）燃?xì)廨啓C(jī)摻氫比應(yīng)在20%以內(nèi)保證燃?xì)廨啓C(jī)安穩(wěn)運(yùn)行約束為：

67、(21)

68、4）ccs和p2g最大功率約束為：

69、(23)

70、5）燃料電池最大功率和爬坡約束為：

71、(24)。

72、優(yōu)選方案中，還包括加入可再生能源發(fā)電約束、儲(chǔ)能約束和需求響應(yīng)約束，具體為：

73、1）可再生能源發(fā)電約束為：

74、(25)

75、式中，為風(fēng)機(jī)或光伏發(fā)電出力預(yù)測(cè)值；

76、2）儲(chǔ)能約束中，考慮到源荷不一致問題，引入儲(chǔ)電和儲(chǔ)熱設(shè)備，構(gòu)建儲(chǔ)氫罐數(shù)學(xué)模型，公式為：

77、(26)

78、式中，x分別表示氫電熱儲(chǔ)能，若為氫儲(chǔ)能x為，熱和電分別為；

79、3）需求響應(yīng)約束為：

80、（27）

81、式中，為t時(shí)刻電負(fù)荷初始負(fù)荷量，為t時(shí)刻熱負(fù)荷初始負(fù)荷量，為可平移電負(fù)荷上限，為可削減電負(fù)荷上限，為可削減熱負(fù)荷上限。

82、優(yōu)選方案中，所述s2中，對(duì)配電網(wǎng)模型建立目標(biāo)函數(shù)和約束條件，其中：

83、目標(biāo)函數(shù)為使得總成本最低，綜合考慮配網(wǎng)的發(fā)電成本和向上級(jí)電網(wǎng)的購(gòu)電成本，公式為：

84、（28）

85、（29）

86、（30）

87、式中：為配網(wǎng)發(fā)電成本，為節(jié)點(diǎn)的微燃機(jī)有功功率，，，分別表示微燃機(jī)成本系數(shù)，為接入配網(wǎng)的微燃機(jī)集合，為配網(wǎng)向主網(wǎng)購(gòu)電成本，為向主網(wǎng)購(gòu)電價(jià)格，為時(shí)刻向主網(wǎng)購(gòu)電功率；

88、約束條件包括潮流約束、微型燃?xì)廨啓C(jī)約束、配網(wǎng)與微網(wǎng)功率傳輸約束、節(jié)點(diǎn)電壓約束和配網(wǎng)與主網(wǎng)購(gòu)電約束，具體為：

89、1）潮流約束采用distflow模型表示配網(wǎng)的潮流，并進(jìn)行線性化處理，公式為：

90、（31）

91、式中，為時(shí)刻節(jié)點(diǎn)之間的有功功率，為時(shí)刻節(jié)點(diǎn)負(fù)荷功率，為時(shí)刻節(jié)點(diǎn)發(fā)電機(jī)有功功率，為時(shí)刻微網(wǎng)注入配網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)線上的功率，為時(shí)刻節(jié)點(diǎn)有功功率，為時(shí)刻節(jié)點(diǎn)之間的無(wú)功功率，為時(shí)刻節(jié)點(diǎn)負(fù)荷功率，為時(shí)刻節(jié)點(diǎn)發(fā)電機(jī)無(wú)功功率，為時(shí)刻節(jié)點(diǎn)無(wú)功功率，分別為時(shí)刻節(jié)點(diǎn)電壓，和分別為支路ij的阻抗和導(dǎo)納；

92、2）微型燃?xì)廨啓C(jī)約束公式為：

93、（32）

94、式中：為節(jié)點(diǎn)在時(shí)刻的微燃機(jī)無(wú)功功率，，，，，和分別表示微燃機(jī)有功和無(wú)功以及爬坡功率的下限和上限；

95、3）配網(wǎng)與微網(wǎng)功率傳輸約束中，聯(lián)絡(luò)線功率約束為：

96、（33）

97、式中，為iem之間在時(shí)刻的聯(lián)絡(luò)線傳輸功率，和分別為聯(lián)絡(luò)線的最小和最大傳輸功率；

98、4）節(jié)點(diǎn)電壓約束為：

99、（34）

100、式中，為節(jié)點(diǎn)在時(shí)刻的電壓幅值，和分別為節(jié)點(diǎn)電壓幅值的下限和上限；

101、5）配網(wǎng)與主網(wǎng)購(gòu)電約束為：

102、（35）

103、式中，和分別為向主網(wǎng)購(gòu)電的功率下限和上限。

104、優(yōu)選方案中，所述s3中，iem和配網(wǎng)的耦合，具體為：

105、采用聯(lián)絡(luò)線的方式來(lái)連接iem與配網(wǎng)，聯(lián)絡(luò)線滿足一致性約束，一致性約束保證主動(dòng)配電網(wǎng)與微電網(wǎng)之間的聯(lián)絡(luò)線功率保持一致，在進(jìn)行分布式管理的時(shí)候，配電網(wǎng)的輸出功率必須等于微電網(wǎng)的輸入功率，即：

106、（36）

107、每一個(gè)iem的決策都應(yīng)是獨(dú)立，不包含與其他多iem的信息交互，配電網(wǎng)和iem之間只共享聯(lián)絡(luò)線信息，以完全分散的方式解決多微電網(wǎng)配電系統(tǒng)的協(xié)同運(yùn)行問題，同時(shí)保持各子系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商的獨(dú)立決策。

108、優(yōu)選方案中，所述s4中，構(gòu)建考慮熱電需求響應(yīng)的iem-配電網(wǎng)分布式優(yōu)化調(diào)度模型，由于各個(gè)區(qū)域之間通過(guò)有功功率進(jìn)行耦合一致性約束，區(qū)域之間需要交互邊界有功功率，算法模型如下：

109、（37）

110、（38）

111、（39）

112、（40）

113、式中：式（37）表示系統(tǒng)總目標(biāo)函數(shù)，其中包括配網(wǎng)成本和微網(wǎng)成本g表示多微網(wǎng)集合；式（38）表示不等式約束；式（39）表示等式約束；式（40）表示個(gè)各子區(qū)域的一致性約束，是各個(gè)區(qū)域的交互量，即連絡(luò)線上的有功功率（），是隨著迭代更新的全局變量；

114、對(duì)于分布式框架下的優(yōu)化模型，并行求解，達(dá)到交互功率一致，再將一致性約束通過(guò)拉格朗日乘子添加到目標(biāo)函數(shù)中，轉(zhuǎn)化為增廣拉格朗日函數(shù)，其表達(dá)式如（41）所示：

115、（41）

116、式中，為第m次迭代拉格朗日乘子，為第m次迭代懲罰因子，然后求解各個(gè)微網(wǎng)和配網(wǎng)之間的交互量（），為下一次admm迭代提供一致性變量更新依據(jù)。

117、優(yōu)選方案中，所述s5中：

118、配網(wǎng)和微網(wǎng)之間通過(guò)聯(lián)絡(luò)線鏈接，所有微電網(wǎng)都通過(guò)聯(lián)絡(luò)線連接到主動(dòng)配電網(wǎng)，微電網(wǎng)之間沒有相互聯(lián)系，在進(jìn)行分布式優(yōu)化時(shí)，對(duì)配網(wǎng)和微網(wǎng)分別在各自區(qū)域內(nèi)進(jìn)行優(yōu)化，然后將聯(lián)絡(luò)線功率進(jìn)行傳遞，因此目標(biāo)函數(shù)引入新變量，轉(zhuǎn)化為增廣拉格朗日函數(shù)；

119、其中，多個(gè)微網(wǎng)通過(guò)配電網(wǎng)和聯(lián)絡(luò)線相連接，優(yōu)化中的交換變量是聯(lián)絡(luò)線上有功功率（），全局變量更新公式為：

120、（42）

121、對(duì)偶變量更新公式為：

122、（43）

123、采用迭代終止原則，在算法計(jì)算過(guò)程中，隨著不斷迭代，原始?xì)埐詈蛯?duì)偶?xì)埐钪饾u收斂，最終得到最優(yōu)解，其計(jì)算公式分別為：

124、（44）

125、（45）

126、式中，為原始?xì)埐睿瑸閷?duì)偶?xì)埐?，算法的疊迭代終止條件為；

127、采用根據(jù)殘差改進(jìn)自適應(yīng)調(diào)整懲罰因子的方法來(lái)提高算法的計(jì)算速度，其步長(zhǎng)改變規(guī)則如下：

128、（46）

129、式中，為原始?xì)埐?，為?duì)偶?xì)埐睿瑸榈趍次迭代懲罰因子。

130、一種考慮熱電需求響應(yīng)的iem接入配電網(wǎng)優(yōu)化系統(tǒng)，包括：

131、iem建模模塊，用于以熱電需求響應(yīng)為原則，對(duì)iem進(jìn)行建模；

132、配電網(wǎng)建模模塊，用于以可接入iem為原則，對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行建模；

133、微電網(wǎng)接入模塊，用于以配電網(wǎng)的輸出功率必須等于微電網(wǎng)的輸入功率為原則，配電網(wǎng)通過(guò)聯(lián)絡(luò)線接入微電網(wǎng)；

134、調(diào)度模型模塊，用于構(gòu)建基于需求響應(yīng)的iem-配電網(wǎng)的分布式調(diào)度模型；

135、求解調(diào)度模塊，用于采用admm算法，對(duì)分布式調(diào)度模型進(jìn)行迭代求解，得到最優(yōu)熱電調(diào)度策略。

136、本發(fā)明提供了一種考慮熱電需求響應(yīng)的iem接入配電網(wǎng)優(yōu)化方法及系統(tǒng)，考慮熱電需求相應(yīng)的iem進(jìn)行建模；考慮iem的接入，對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行建模；配電網(wǎng)通過(guò)聯(lián)絡(luò)線接入微電網(wǎng)；構(gòu)建考慮需求響應(yīng)的iem-配電網(wǎng)的分布式調(diào)度模型；采用admm(alternatingdirection?method?of?multipliers，交替方向乘子算法)算法，對(duì)分布式調(diào)度模型進(jìn)行迭代求解，得到最優(yōu)熱電調(diào)度策略實(shí)現(xiàn)最大化系統(tǒng)的整體效益，并降低運(yùn)營(yíng)成本、提升能源利用效率，通過(guò)iem和配電網(wǎng)的建模，確保微網(wǎng)的熱電需求和配電網(wǎng)的功率平衡，通過(guò)分布式調(diào)度模型和admm算法的求解，優(yōu)化熱電調(diào)度策略，從而提升能源利用效率和系統(tǒng)的整體性能。