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专利号: 2022104386848
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种电气热综合能源系统优化方法,其特征在于:包括以下步骤:步骤1,确定电气热综合能源系统的组成结构及各组成结构模型;

步骤2,根据所含能源转换设备,确定电气热综合能源系统双侧耦合模型;

步骤3,根据传统激励型需求响应的市场交易机制,设计考虑多能耦合的激励型综合需求响应实施架构;

步骤4,分析用户侧多种能源间的耦合特性和动态特性,确定考虑用户响应特性的激励型综合需求响应模型;

考虑用户响应特性的激励型综合需求响应模型为:

式中,r′i,k和 的取值或为正值,或为负值,当其值为正时,表示对应能源种类为消减型响应,为负时表明对应能源种类为消纳型响应;sMEA,k能够表示综合需求响应的类型,当为T消减型响应时,其值为1,当为消纳型响应时,其值为‑1;si,k=[se,i,k,sh,i,k,si,k]能够表示用户的能源变化趋势,其值为1时表示用户该种负荷使用量减少,其值为‑1时表示该种能源负荷使用量增加;

步骤5,根据用户响应特性的激励型综合需求响应模型和电气热综合能源系统的组成结构,以综合能源服务商成本最低为目标构建电气热综合能源系统优化模型;

当多能源交易市场确定选择某个综合能源服务商实施综合需求响应后,会将系统内多种能源需要平衡的功率情况发送给综合能源服务商,然后综合能源服务商通过调整能源耦合设备运行参数、制定差异化激励价格来完成响应目标,其目标为综合能源服务商总运行总成本最小,电气热综合能源系统优化模型为:式中,CIESP表示综合能源服务商的总投入成本; 为综合能源服务商在t时段给予用户的激励成本; 表示储能设备的运行成本; 表示能源转换设备的运行成本;

步骤6,对所构建的电气热综合能源系统优化模型进行求解,确定综合能源服务商和用户的优化方法。

2.根据权利要求1所述的一种电气热综合能源系统优化方法,其特征在于:步骤1中,所述电气热综合能源系统分为供给侧和需求侧;

在供给侧,综合能源服务商从外部的电网、气网和热网购买相应能源,然后经过能源转换设备转换为用户能够直接使用的能源,并且供给侧还能够接入分布式能源,供给侧向需求侧用户传递各种能源价格;

在需求侧,用户依靠自身持有的能源转换设备选择最适合自己的用能方式,使用户用能的经济性和舒适性达到最优,需求侧能够向供给侧传递自己的用能信息,所述用能信息包括用能种类、时间以及使用量。

3.根据权利要求2所述的一种电气热综合能源系统优化方法,其特征在于:步骤2中,供给侧耦合模型为:e h

式中,p和p 分别表示用户从综合能源服务商处获得的总电能和总热能;Ee、Eg和Eh分别为系统综合能源服务商向上级能源网络购买的电能、气能和热能;ηT、 和ηGB分别为变压器转换效率、热电联产机组的电能产出效率和热能产出效率、燃气锅炉转换效率,换热器转换效率为1,在热转换过程中没有热量损耗,其中热电联产机组运行在以热定电模式,即以热负荷量来调整发电量,背压机组的经济性较好; 和 分别表示从上级能源网络购买的天然气资源供给热电联产机组和燃气锅炉的分配系数,因为购买的所有天然气能源全部分配给了热电联产机组和燃气锅炉,故 成立;pw和pv为系统所接入的风电和光伏的出力功率;令 表示所购天然气能源分配给热电联产机组的资源量,为所购天然气能源分配给燃气锅炉的资源量,并根据实际情况,有 综合能源服务商系统可控变量为 和 即通过控制不同设备分配能源比例获得最优运行方式;

其中,需求侧耦合模型为:

e h c e h

式中,D 、D 和D分别表示用户通过能源转换设备后所消耗的电能、热能和冷能;L和L分别表示用户侧在最舒适的用能方式下所需电能和热能,即当用户用能得到满足时,需满e e h h足p=L和p =L;ηEHP、ηHE、ηAC和ηAF分别表示电热泵、换热器、中央空调和吸收式制冷机的能量转换效率; 和 分别表示用户直接消耗的电能、EHP机组、中央空调在用e

户舒适性最高时的总电能L中的分配系数; 和 分别表示换热器和吸收式制冷机在h

用户侧舒适性最高时的总热力负荷L中的分配系数。

4.根据权利要求1所述的一种电气热综合能源系统优化方法,其特征在于:步骤3中,所述激励型综合需求响应实施架构分为三大主体、两大阶段;

第一个阶段主体为多能交易市场和综合能源服务商;

第二阶段主体为综合能源服务商和用户;

其中,两阶段执行流程为:

第一阶段为竞价阶段,首先电力、天然气、热网的能源调度员会对未来的功率生产和使用情况进行预测,然后将多余无法消纳或者短缺的能源信息送达到多能源交易市场;多能源交易市场的目标是使各种能源供需平衡,实现能源市场出清,为实现此目标,多能源交易市场将能源不平衡信息发送给综合能源服务商,综合能源服务商通过制定激励措施使其下用户参与需求响应来实现出清目标,同时综合能源服务商将调节计划上报给多能源交易市场;多能源交易市场收到综合能源服务商的调节计划后,以系统运行成本最低和市场出清为目标选择最合适的一个或者多个综合能源服务商实施需求响应,如果综合能源服务商没有完成额定的需求响应计划,则会受到罚款;

第二阶段为执行阶段,在多能源交易市场选定合适的需求响应策略和执行的综合能源服务商后,综合能源服务商将根据自身需要完成的需求响应量制定分能源、分时段的差异化激励补贴价格,通过调控能源生产和转换设备的运行参数来完成所需要的不同种类能源量,同时也能够降低运行成本;当用户在收到差异化激励价格后,会以自身的较高的舒适性和较低的购能成本为目标,通过使用不同的家用设备来改变自身用能需求;在用户参加完综合需求响应之后,综合能源服务商会按协定给予用户激励补贴;

其中,三大主体的目标为:

多能源交易市场:多能源交易市场的优化目标是在完成能源功率平衡的基础上使系统运行成本最小,运行成本为结算给综合能源服务商的响应目标完成报酬再减去综合能源服务商未完成响应目标部分的惩罚成本;通过选定最优的调控计划和多个不同的综合能源服务商合作完成目标;

综合能源服务商:综合能源服务商的优化目标是自身成本最低或者所得利润最高,自身成本包括从多能源交易市场得到的响应目标完成部分的报酬、响应目标未完成部分的惩罚成本、补贴给用户的激励成本;

用户:用户的优化目标是使自身的能源使用成本最低,使用成本为用户损失的舒适性成本和购能成本再减去从综合能源服务商获得的能源补贴收益。

5.根据权利要求1所述的一种电气热综合能源系统优化方法,其特征在于:其中综合能源服务商总运行成本包含激励成本、储能设备运行成本、能源转换设备运行成本;

综合能源服务商给予用户的总激励成本按用户的实际响应量计算,其值与用户的实际响应量和单位激励价格有关;总激励成本表示为:式中,pi,j,t表示在t时段综合能源服务商制定的给用户i的第j种能源的单位激励价格;

ξi,j,t表示t时段第i个用户中第j种能源的实际响应功率; 表示在t时段第j种能源的综合需求响应类型,当其为消减型IDR时, 取1,为消纳型IDR时其值取‑1;N为用户的数量;此处规定j的取值为1、2、3时分别代表电能、热能、气能;

电气热综合能源系统种含有大量的储能设备,其运行成本包括折旧成本和维护成本,其运行成本与设备本身的特性和输出功率有关,因此等效为充放电功率的二次函数,储能设备运行成本表示为:式中,aj为第j种能源储能设备的成本系数; 为t时段第j种能源储能设备向用户侧提供的响应功率;

能源转换设备考虑电锅炉、燃气轮机和热电联产机组;能源转换设备运行成本表示为:式中, 为t时刻第j种能源的基线负荷,即为用户参加需求响应之前的用能负荷;

为t时段第j种能源的实际响应需求,也即为多能源交易市场分配给综合能源服务商的需求目标;μEB、μGT、μCHP分别表示能源转换设备电锅炉、燃气轮机和热电联产机组的单位功率运行价格。

6.根据权利要求1所述的一种电气热综合能源系统优化方法,其特征在于:所述电气热综合能源系统优化模型的约束条件为:为了延长储能设备的使用寿命,储能的充放能功率也应满足响应的功率限值:式中, 表示在t时段第j种储能设备的存量; 表示第j种能源储能设备的初始ES

容量;η 表示储能的充放能转换系数,在充能状态取0.9,放能状态下取1.1; 表示第j种能源储能设备的允许最大容量;vmin和vmax分别表示储能设备的最小荷能状态和最大荷能状态,分别取值0.1、0.9;式(17)表示整个响应周期结束后储能设备状态保持不变;

综合能源服务商下发给用户的激励价格同样要满足一定的约束条件,定价太高时无法获得利润,定价太低时无法让更多的用户参与需求响应,要选取一个合适的价格在完成响应目标的基础上利润最大,其约束条件表示为:其中, 为多能源交易市场提供的补贴价格。