考虑能源特性的综合能源系统动态时间间隔双层调度

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综合能源系统(Integrated Energy System,IES)是能源互联网的最基本组成单元,其包含电、热、冷、气等多种形式的能源,通过多模态能量生产、能量转换、能量储存以及能量分配,实现多种能源的互补协调,对于提升能源系统整体能效和新能源利用率、服务“双碳”目标的实现具有非常重要的意义。综合能源包括多异质能流,为典型的多模态系统,其中供电子系统暂态过程快,要求电能实时平衡,而供热和供气子系统由于燃气管道的管存特性、热网和建筑群的热惯性,其暂态过程相较于供电子系统所需的时间尺度较长。IES调度需要兼顾不同能流的快慢特性,使得调度优化问题成为一个复杂的多时间尺度多能流的优化问题,调度时间间隔的选择,是影响系统调度性能的关键因素之一。本文针对含冷、热、电、气的综合能源系统,考虑不同能流运行特性差异,提出了考虑动态时间间隔的IES快慢动态双层优化调度策略,主要工作如下:首先,介绍了本文所研究的典型冷热电气综合能源系统模型,构建了IES调度数学模型:详细分析了能源集线器和系统中各个设备的运行机理,构建了微型燃气轮机、余热锅炉、吸收式制冷机模型、电转气、电锅炉、电制冷机以及通用储能模型;考虑用户热舒适度,建立了建筑物热惯性特性模型,并基于建筑物虚拟储能特性对能源集线器通用数学模型进行了拓展。其次,针对综合能源系统中能源响应时间尺度不同,将综合能源系统调度问题分为快、慢动态层,建立了综合能源系统快慢双层优化调度模型。在日前调度中,计及建筑物热惯性特性,以系统运行总成本最小为目标,对电、冷、热、气能以相同的调度时间间隔进行优化调度;在日内调度中将调度分为冷、热、气慢动态特性能源层与电力快动态特性能源层,基于模型预测控制方法,构建了日内快慢动态双层调度模型。快慢层采用不同的调度时间间隔进行调度,慢动态层调度采用较长的统一时间间隔,快动态层调度时间间隔为15min。慢动态层采用统一时间间隔,间隔时间太短将导致系统频繁调整,增大不必要的磨损,而间隔太长将导致慢动态层承担较大的调整压力,或者使得日内调度策略无法达到最优。因此,在上文的基础上,在日内双层调度模型中的慢速层提出采用动态时间间隔调度策略。根据决策性能成本确定动态时间间隔触发值,基于模型预测控制方法,依靠系统运行实时数据更新动态时间间隔决策指标,动态判断是否需要触发慢动态层调度,动态调整慢动态层调度周期;当决策指标小于触发值时不下发调度指令,慢速层依据日前调度参考轨迹进行出力,否则慢动态层根据日内实时需求开展慢动态层调度时间间隔的动态修正。最后,通过算例验证本文所提模型的有效性。算例表明,考虑建筑物的虚拟储能特性可以减少实际储能设备的引入,降低系统运行成本;快慢双层优化调度模型可兼顾“跟踪电负荷实时波动”和“减少慢模态子层/机组调整”的需求;引入动态时间间隔决策后,可减少冗余调度,进一步提升系统运行的经济性,降低系统运行成本,充分挖掘和利用慢模态能源的能源特性。
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