基于多能互補的能源梯級優(yōu)化調度系統(tǒng)設計

董 晶

（吉林建筑科技學院 管理工程學院，吉林 長春 130000）

0 引言

能源是維持社會正常運行和發(fā)展的基本要素之一。當前，能源的種類大致被劃分為3種：一次能源、二次能源和可再生能源。梯度能源調度系統(tǒng)主要應用于用戶側，通過合理利用、就近消納的方式使用當?shù)啬茉?，以此達到提升能源利用效率和使用安全性的目標［1］。多能互補是結合多能儲存提出的一種全新能源調度理念，并應用在調度系統(tǒng)中能夠充分發(fā)揮出其優(yōu)勢。目前，由于傳統(tǒng)調度系統(tǒng)存在的不足，各個單一子系統(tǒng)對應的用能區(qū)域在開展多能互補時會出現(xiàn)負荷波動問題，造成嚴重的能源浪費。針對這一問題，本文開展基于多能互補的能源梯級優(yōu)化調度系統(tǒng)研究。

1 系統(tǒng)硬件設計

為了對各類能源的優(yōu)化調度，在多能互補理念下，本研究采用梯級分布方式，對電、氣、冷熱等能源供應網(wǎng)絡電鍋爐、冷熱電聯(lián)產(chǎn)等網(wǎng)絡及其他各單元及信息集進行調控和處理。根據(jù)上述思路構建了調度系統(tǒng)總體結構，如圖1所示。

圖1 調度系統(tǒng)總體結構

在調度系統(tǒng)總體結構基礎上，本調度系統(tǒng)不僅需要根據(jù)其自身所處區(qū)域環(huán)境以及具備的可利用能源結構等確定實際安裝場地大小，還應當根據(jù)負荷側的不同需求，確定系統(tǒng)內部硬件結構中能源轉換設備類型。本文將針對調度系統(tǒng)中的儲能裝置進行選型設計。

其規(guī)則是在制熱成本增加時釋放熱能；在制熱成本降低時存儲熱能，以此實現(xiàn)對熱能經(jīng)濟調度。同時，在出現(xiàn)風光無法消納問題時，通過儲熱裝置實現(xiàn)對熱能的轉換和存儲。在兩種儲能裝置上分別安裝遠程監(jiān)控傳感器，確保在儲能裝置出現(xiàn)泄漏或其他問題時能夠在第一時間發(fā)現(xiàn)并解決［2］。將監(jiān)控傳感器通過無線傳輸?shù)姆绞脚c上位機以及移動終端設備進行連接，并以短信的方式報警，實現(xiàn)本文系統(tǒng)的遠程協(xié)助調試。

2 系統(tǒng)軟件設計

在完成對系統(tǒng)的硬件設計后，筆者采用構建能源調度轉換模型的方式對能源分配進行初步處理。在此過程中，將多能互補作為理論支撐，先使用P2G技術將系統(tǒng)內現(xiàn)有的且暫時未能實現(xiàn)調度使用的電能轉換為天然性氣體；再將天然性氣體注入電網(wǎng)傳輸，或將其存儲到儲氣裝置內進行終端存儲。

在完成能源調度轉換的研究后，需要根據(jù)系統(tǒng)需求側管理要求對其進行能源的梯級分配。在此過程中，要求需求側與管理側簽訂合作協(xié)議，以改變傳統(tǒng)的單向分配習慣，并根據(jù)市場的熱負荷響應需求，進行變量的決策［3］。為了提高分配的合理性，可在分配過程中設計一個混合整數(shù)規(guī)劃模型，將設定的變量作為分配過程中的硬性要求，采用求解模型的方式，得到一個約束條件與不等式條件。在此基礎上，通過約束條件得到一個最優(yōu)解集合，將最優(yōu)解作為分配結果，實現(xiàn)對規(guī)劃模型的硬性約束。分配過程如下計算公式所示：

公式(1）中：s表示為約束條件；t表示為分配周期；A表示為線性矩陣；x表示為整數(shù)變量；b表示為轉換參數(shù)。在調度過程中，將所有變量值代入公式，代入后公式仍為等式，證明調度行為符合標準，反之不符合標準。

3 調度系統(tǒng)運行效果

為進一步驗證該調度系統(tǒng)的實際應用效果，選擇將該調度系統(tǒng)與傳統(tǒng)基于Petri網(wǎng)的調度系統(tǒng)應用到某企業(yè)園區(qū)中，將園區(qū)各類能源的具體運行情況作為依托，對比兩種調度系統(tǒng)的調度成本。

該園區(qū)內上級電網(wǎng)的最大購電量為750 kW，最大售電量為100 kW。燃氣輪機每次啟動或停機的成本為3.6元；熱電聯(lián)產(chǎn)設備每次啟動或停機的成本為1.58元；電鍋爐每次啟動或停機的成本為2.56元。在進行能源調度時，在不同時段內的購電價格和售電價格分別為，谷時：0.26元每千瓦時和0.24元每千瓦時；平時：0.56元每千瓦時和0.41元每千瓦時；峰時：0.86元每千瓦時和0.69元每千瓦時。在明確不同階段能源設備啟動成本和銷售價格的基礎上，針對兩種系統(tǒng)完成運行后的調度成本進行記錄，并繪制成的調度成本結果記錄表，如表1所示。

從表1得出的成本記錄結果可以看出，應用本文調度系統(tǒng)后該園區(qū)的調度總成本為3 247.76元，應用基于Petri網(wǎng)的調度系統(tǒng)后該園區(qū)的調度總成本為4 441.41元，明顯本文調度系統(tǒng)應用效果更理想。同時，本文調度系統(tǒng)在應用的過程中可根據(jù)需求側不同需求，實現(xiàn)對能源的梯級分配。因此，在削減負荷補償中不會產(chǎn)生額外的成本支出，可進一步降低園區(qū)整體調度運行成本。通過上述實驗證明，本文提出的基于多能互補的能源梯級優(yōu)化調度系統(tǒng)，在實際應用中，能夠在滿足不同需求側需求響應的前提條件下，有效降低調度成本，為企業(yè)帶來更大經(jīng)濟利益。

表1 兩種調度系統(tǒng)調度成本記錄 (單位：元）

4 結語

調度系統(tǒng)在實現(xiàn)多種能源整合和多元負荷供應的基礎上，能夠進一步提高能源資源的優(yōu)越性和經(jīng)濟性。對此本文基于多能互補理念，提出了一種全新的調度系統(tǒng)，并將其應用于實際證明其優(yōu)勢。在后續(xù)的研究中，本文還將針對能源結構更加復雜的企業(yè)或地區(qū)，深入研究綜合考慮電、氣、熱和冷負荷等多種負荷條件下的能源轉換問題，從而不斷提高本文調度系統(tǒng)的應用范圍。