计及柔性负荷的综合能源系统多主体利益均衡优化调度

摘要

综合能源系统(Integrated Energy System，IES)通过将能源的生产、传输、存储、使用与分配的各个环节进行互联，是目前最为行之有效解决能源危机和环境问题的方法。随着能源市场化交易的有序推进，负荷侧在系统中的作用愈发重要，而综合能源系统示范项目所呈现出来的多能耦合、多主体博弈等特征，为综合能源系统的协同优化带来了新的挑战。基于此，为解决负荷不确定性、多能耦合以及多主体博弈带来的挑战，本文主要研究工作如下：　　基于当前柔性负荷在综合需求响应技术中(Integrated Demand Response，IDR)扮演着举足轻重的作用，提出了计及用户行为的楼宇型综合能源系统优化调度模型。首先，介绍了三种不同柔性负荷的特征模型，并引入弹性系数矩阵法分析柔性负荷参与IDR的效益；其次，为分析人体舒适度对室内能源调度的影响，采用平均热感觉指数(Predicted Mean Vote，PMV)对人体舒适度进行温度化，并建立了建筑物的等效热阻模型，将建筑物的热交换过程以电路形式表示用以求解建筑物内冷/热功率与温度的关系；继而基于供能设备、储能设备的运行特性和经济特性，结合用户行为，建立了优化调度模型，并采用MATLAB的Yalmip/Cplex工具箱进行求解，得到最优调度方案；最后，通过设计五个场景，对比分析了IDR在提升系统经济性以及提高能源消纳方面的作用，通过比较是否考虑舒适度指标，验证了所提PMV与等效建筑热阻模型的有效性。　　针对综合能源系统多目标优化、多主体博弈等特征，基于所建立的用户行为特征，建立了包括用户在内的多主体模型，提出了综合能源系统多主体利益均衡优化目标。首先，基于综合能源园区的设备属性和资源禀赋，将综合能源园区分为了综合能源服务商(Integrated Energy Service Provider，IESP)、可再生能源拥有者(Renewable Energy Owner，REO)以及用户三大主体，并建立了各自的目标函数；其次，利用超平面投影(Hyperplane Projection, HP)可有效平衡解集收敛性和分布性的特点，提出了基于超平面投影的NSGA-Ⅱ算法，用于求解单个主体存在多目标的情况；继而构建了“一主两从”博弈模型用以求解多主体利益均衡关系，并基于Stackelberg博弈模型对均衡解的存在性与唯一性进行了分析；最后，算例分析说明了所提改进NSGA-Ⅱ算法的有效性，分析了所提多主体博弈模型的协同优化调度结果，并与全局统一调度方案相对比，验证了所提多主体利益均衡调度方案的实用性。

目录

声明

第 1 章 绪论

1.1 研究背景与研究意义

1.1.1 国内外综合能源技术的发展概况

1.1.2 柔性负荷的特点及其对综合能源系统的影响分析

1.1.3 研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 柔性负荷研究现状

1.2.2 综合能源系统优化调度研究现状

1.2.3 多主体优化方法研究现状

1.3 本文的主要工作

第 2 章 用户级综合能源系统建模

2.1 引言

2.2 供能系统模型

2.2.1 冷热电联产模型

2.2.2 锅炉模型

2.2.3 热泵模型

2.2.4 光伏发电模型

2.2.5 风力发电模型

2.3 储能系统模型

2.3.1 储电系统

2.3.2 热储系统

2.3.2 冷储系统

2.4 用户

2.5 本章小结

第 3 章 计及柔性负荷的楼宇型综合能源系统协同优化调度

3.1 引言

3.2 柔性负荷

3.2.1 IDR 模型

3.2.2 效益分析

3.2.3 用能满意度

3.2.4 电动汽车需求响应模型

3.3 人体舒适度建模

3.3.1 人体舒适度

3.3.2 等效建筑热阻模型

3.4 协同优化调度模型

3.4.1 目标函数

3.4.2 约束条件

3.4.3 求解流程

3.5 算例分析

3.5.1 算例简介

3.5.2 场景分析

3.6 本章小结

第 4 章 综合能源系统多主体利益均衡优化调度

4.1 引言

4.2 综合能源多主体模型

4.2.1 用户

4.2.2 可再生能源拥有者

4.2.3 综合能源服务商

4.3 NSGA-Ⅱ 算法及其改进

4.3.1 Pareto 支配关系以及 Pareto 等级

4.3.2 NSGA-Ⅱ 算法

4.3.3 NSGA-Ⅱ 算法的改进

4.3.4 TOPSIS 法

4.4 多主体利益均衡模型及其求解

4.4.1 多主体博弈模型

4.4.2 约束条件

4.4.3 求解流程

4.5 算例分析

4.5.1 HP-NSGA-Ⅱ算法性能分析

4.5.2 多主体利益均衡优化调度结果分析

4.5.3 与常规调度方式对比

4.6 本章小结

结论与展望

参考文献

致 谢

附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文

附录 B 攻读学位期间所参加的科研工作