基于微型燃气轮机的综合能源系统动态优化调度方法研究

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如何提高能源利用率和可再生能源渗透率是能源系统逐步走向多元化、低碳化的关键性问题。综合能源系统通过对多种形式能源的协调和优化,实现了能源梯级利用和对可再生能源的大幅消纳,逐渐成为解决能源问题的关键手段。然而,随着综合能源系统规模不断扩大,所涉设备种类众多且工况复杂,所含能源形式多样且耦合严重,使得其优化调度面临诸多困难和严峻挑战。基于上述背景,本文以基于微型燃气轮机的综合能源系统为对象,研究考虑设备动态特性的优化调度方法,主要研究内容包括:(1)以年综合成本最低为优化目标,结合能量供需平衡及设备运行特性等约束,建立了基于微型燃气轮机的综合能源系统的容量配置优化模型,通过求解获得了各设备的最优容量配置。提出了面向动态优化调度的设备模型构建思路,根据设备动态特性分成快设备和慢设备,针对快设备建立了稳态模型,针对慢设备,在保证模型精确度的同时降低其复杂程度,建立了适用于优化调度计算的闭环动态特性模型。(2)开展了计及设备动态特性的优化调度研究,提出了日前稳态调度和日内动态调度相结合的集中式多时间尺度动态优化调度策略。在日前阶段,以经济性最优为目标构建日前稳态调度模型,得到日前调度计划;在日内阶段,针对慢设备采用时间尺度较小的闭环动态特性模型描述,针对快设备采用时间尺度较大的稳态特性模型描述,形成了计及经济性最优、环保性最优和动态过程跟踪特性最优的多时间尺度目标,进而构建了基于模型预测控制的日内动态优化调度模型,实现了对日前调度计划的动态调整。仿真结果表明,与传统稳态调度方法相比,所提方法有效提高了系统调度决策的合理性及供能稳定性。(3)考虑不同类型设备动态特性的差异,将日内集中式动态优化调度问题分解为冷能、热能和电能动态调度三个子问题,各子问题之间相对独立且设备模型采样时间尺度可自定义,构建了满足交替方向乘子法和块坐标下降法优化模型要求的两种MGT-IES分布式动态优化调度模型,提出了基于交替方向乘子法和块坐标下降法两种日内分布式动态优化调度方法。仿真研究分析了采样时间尺度对分布式动态优化调度结果的影响,并与日内集中式动态调度方法进行了详细对比和分析。结果表明,三个子系统采用相同采样时间尺度时,分布式动态调度方法能有效提高计算效率;而采用多采样时间尺度时,分布式动态调度方法可明显减小动态过程中的功率不平衡,有效提高系统供能稳定性。
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