基于条件风险价值的电-热-气综合能源系统经济调度

摘要

随着能源、环境问题日益突出，提高对多种类型能源的综合利用效率、降低污染物的排放已成为我国构建清洁低碳、安全高效的现代能源体系需要解决的关键问题。综合能源系统作为新一代能源系统的重要形式，涵盖了供电、供热和供气等能源系统，在源、网、荷等环节实现了不同类型能源的耦合，具有运行方式灵活、低碳高效、可再生能源消纳率高等优点，受到人们的高度重视。
　　由于风电、光伏等可再生能源发电的出力及电、热负荷具有一定的不确定性，给综合能源系统的经济调度带来挑战，增加了可控设备的调整策略复杂性，从而使对应的风险费用增加。为降低系统所面临的风险，本文建立了基于条件风险价值的电-热-气综合能源系统经济调度模型，主要开展了以下研究工作:
　　首先，研究了电-热-气综合能源系统的典型结构和多种能源间的相互联系，建立了综合能源系统中供电和供热设备的数学模型，并基于支路的元件特性和网络基本定律建立了电力子系统、热力子系统和天然气子系统的网络模型。
　　其次，对综合能源系统中进行稳态多能流计算涉及的变量进行了分析，并针对热力和天然气子系统中的特殊问题进行了分析推导，在此基础上建立了综合能源系统的稳态多能流方程;将电力系统潮流计算中常用的Newton-Raphson法推广到综合能源系统多能流计算中，提出了基于Newton-Raphson法的多能流计算方法;对迭代过程中的雅克比矩阵进行了推导，并给出了多能流的计算流程;通过电-热-气综合能源系统仿真算例验证了方法的有效性。
　　而后，分析了综合能源系统由于供能侧和负荷侧不确定性的存在而面临的调度风险，提出了采用条件风险价值分析其经济调度问题的必要性;建立了综合能源系统中供能设备和负荷的不确定性模型，对条件风险价值的定义和计算方法进行了介绍;定义了综合能源系统经济调度的风险费用，推导了相应的数学表达式，在此基础上建立了基于条件风险价值并考虑设备运行约束和多能流约束的经济调度数学模型;通过对数学模型进行分析将其化为双层优化问题，提出了基于快速粒子群算法和内点法的求解方法和求解流程。
　　最后，以一个小型的电-热-气综合能源系统为例，利用所建立的经济调度模型进行仿真验证了所提出的模型的实用性，并分析了参数变化对结果的影响。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外研究现状综述

1．2．1 国内外综合能源系统的发展现状

1．2．2 综合能源系统的建模与多能流计算研究现状

1．2．3 综合能源系统优化调度问题研究现状

1．3 本文的主要工作

第2章 电-热-气综合能源系统的供能设备与网络建模

2．1 概述

2．2 供能设备数学模型

2．2．1 供电设备数学模型

2．2．2 供热设备数学模型

2．3 子系统网络模型

2．3．1 电力子系统网络模型

2．3．2 热力子系统网络模型

2．3．3 天然气子系统网络模型

2．4 本章小结

3．1 概述

3．2 综合能源系统稳态多能流模型

3．2．1 变量分析

3．2．2 热力子系统能量流模型推导

3．2．3 天然气子系统中含压缩机的管道的处理方法

3．2．4 综合能源系统的稳态多能流方程

3．3．1 迭代方程的基本形式和雅可比矩阵的求法

3．3．2 计算流程

3．4 算例分析

3．4．1 基础数据

3．4．2 仿真结果

3．5 本章小结

第4章 基于条件风险价值的综合能源系统经济调度

4．1 概述

4．2 供能设备与负荷的不确定性建模

4．2．1 供能设备的不确定性

4．2．2 电、热负荷的不确定性

4．2．3 基于拉丁超立方抽样的不确定性场景生成

4．3 VaR和CVaR的数学描述和计算方法

4．3．1 VaR和CVaR的定义和性质

4．3．2 CVaR的计算方法

4．4 基于CVaR的综合能源系统经济调度数学模型

4．4．1 风险费用

4．4．2 综合能源系统经济调度的目标函数和约束条件

4．5 模型求解方法

4．5．1 模型分析

4．5．2 基于快速粒子群算法和内点法的模型求解流程

4．6 本章小结

5．1 算例描述

5．2 仿真结果

5．2．1 置信水平对仿真结果的影响

5．2．2 系统状态量变化范围分析

5．2．3 设备调整费用对仿真结果的影响

5．3 本章小结

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

攻读硕士学位期间参与的科研工作

致谢