考虑供用能特性的综合能源系统优化调度研究

摘要

化石燃料的大量开采和使用使得能源短缺问题及环境污染问题日益凸显，且以风电、光伏为代表的可再生能源因其随机性和间歇性问题难以走出消纳困境；同时，现有的供能体系也难以满足负荷的多元化需求。综合能源系统通过对电、气、冷、热等多种能源进行多能互补和协同优化，具有较强的运行灵活性、经济性和安全性，是解决上述问题的有效手段。综合能源系统是一个复杂、强耦合的供用能网络，通过有效考虑其中的供用能特性并进行合理的优化调度，是实现其安全、高效、经济运行的关键。本文对此展开研究，主要工作如下：　　(1)构建了典型电池生产园区综合能源系统能量框架体系，并在此基础上建立了系统中各设备能量模型和负荷需求模型，同时对该系统中特有的生产性储能进行了定量分析和建模；结合实际情况对系统中的重要负荷进行深入分析和建模，得出重要负荷需求在不同脱网条件下存在差异的结论；进一步总结和梳理了系统中的供用能特性。　　(2)针对系统孤网运行的优化调度，提出一种综合考虑负荷重要性与源-荷互补性的负荷恢复策略。通过引入并定义源-荷互补性指标，结合负荷重要性指标，基于熵权法提出了综合考虑此二者的综合指标，并构建了基于综合指标的负荷恢复策略模型，在考虑负荷重要性的基础上确保恢复的负荷都具有较好的源-荷互补性。仿真结果表明，通过引入源-荷互补性指标构建的基于综合指标的负荷恢复策略，能够最大限度减少负荷损失，有效降低源-荷之间的最大供需差、提升系统孤网下有限能源的利用效率，同时还可使储能的配置容量显著降低。　　(3)针对系统并网运行的优化调度，提出一种考虑非计划脱网后重要负荷用能需求的“日前全局优化+实时滚动修正”两阶段优化调度策略。在日前调度阶段，以系统运行成本最小为目标构建了日前经济优化调度模型；通过考虑非计划脱网后重要负荷用能需求提出储能SOC动态约束方法，以此优化利用储能备用容量；通过改进粒子群算法求解，得到日前全局优化调度方案。在日内滚动优化阶段，考虑源、荷因不确定性因素导致的功率波动，基于模型预测控制(MPC)对日前优化调度方案进行实时滚动修正。仿真结果表明，通过动态优化利用储能备用容量，在保证非计划脱网后重要负荷用能需求的基础上提升了系统运行的经济性；通过MPC滚动优化实时修正日前计划，在保证系统经济运行的基础上提高了策略的可行性。

目录

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目 录

第 1 章 绪 论

1.1 研究背景和意义

1.1.1 研究背景

1.1.2 研究意义

1.2 IES 概况

1.2.1 IES 基本概念和结构

1.2.2 IES 主要特点

1.3 IES 研究现状

1.3.1 研究与应用现状

1.3.2 优化调度研究现状

1.4 本文主要研究内容

第 2 章 IES 能量框架体系与供用能特性分析

2.1 引言

2.2 IES 能量框架体系

（1）系统组成结构

（2）能量流动描述

2.3 供能设备模型

2.3.1 分布式发电设备模型

2.3.2 能源转换设备模型

2.4 能源存储设备模型

2.4.1 电储能

2.4.2 冷/热储能

2.5 用能负荷需求模型

2.5.1 负荷需求模型

2.5.2 重要负荷需求模型及特性

2.6 供用能特性对 IES 调度的影响

（1）在供能出力方面

（2）在用能需求方面

（3）在供用能协同方面

2.7 本章小结

第 3 章 考虑负荷重要性与源-荷互补性的孤网负荷恢复策略

3.1 引言

3.2 孤网下典型供用能组合模式

3.2.1 夏季典型供用能组合

3.2.2 冬季典型供用能组合

3.3 负荷重要性指标和源-荷互补性指标

3.3.1 负荷重要性指标

3.3.2 源-荷互补性指标

3.4 基于综合指标的负荷恢复策略模型

3.4.1 熵权法

3.4.2 基于熵权法的综合指标构建

3.4.3 基于综合指标的负荷恢复策略模型构建

3.5 仿真分析

3.5.1 仿真条件与方案

3.5.2 仿真结果与分析

3.5.3 对储能配置容量的影响

3.6 本章小结

第 4 章 考虑非计划脱网后重要负荷用能需求的并网优化调度策略

4.1 引言

4.2 IES 日前优化调度模型

4.2.1 目标函数

4.2.2 约束条件

4.2.3 求解方法

4.3 考虑重要负荷用能需求的储能 SOC 动态约束方法

4.3.1 储能 SOC 动态约束的基本思路

4.3.2 储能 SOC 动态约束的实现方法

4.4 基于 MPC 的日内滚动优化调度

4.4.1 模型预测控制

4.4.2 基于 MPC 的日内滚动优化调度模型

4.5 仿真分析

4.5.1 仿真条件与方案

4.5.2 日前优化调度结果

4.5.3 日内 MPC 滚动优化调度结果

4.6 本章小结

结论与展望

研究内容与结论

工作展望

参考文献

致 谢

附录 A 攻读学位期间所发表的学术成果目录

附录 B 攻读学位期间参与的科研项目

附录C