張照彥,張東月,劉志恒,張軍偉,田 華
(河北大學(xué)電子信息工程學(xué)院,河北 保定 071002)
隨著社會(huì)能源問題的日漸惡化,建立多能互補(bǔ)、高效利用的綜合能源系統(tǒng)(integrated energy system,IES)已成為現(xiàn)代能源體系發(fā)展的必然選擇[1-3]。能源站作為IES的具體實(shí)現(xiàn)形式之一,是改善用戶用能結(jié)構(gòu)、推進(jìn)智慧能源建設(shè)的重要物理載體。因此,對(duì)能源站制定合理的優(yōu)化調(diào)度策略,是提高能源系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性和能源利用效率的有效手段。由于現(xiàn)階段可再生能源發(fā)電裝機(jī)容量不斷增加、電網(wǎng)建設(shè)不同步等原因,導(dǎo)致了可再生能源消納困難的問題,隨之出現(xiàn)的棄風(fēng)、棄光等現(xiàn)象,造成了能源浪費(fèi)。因此,充分利用能源站的消納和存儲(chǔ)技術(shù)可以提升可再生能源的消納能力,增加可再生能源利用率[4-6]。
由于風(fēng)電、光伏等可再生能源往往具有高不確定性,在現(xiàn)有的技術(shù)下其日前預(yù)測(cè)的均方根誤差仍能達(dá)到20%,這將為日前調(diào)度結(jié)果帶來較大的影響[7]。并且,由于IES的運(yùn)行過程中集成了冷、熱、電、氣等多種能源,不同能源的異質(zhì)特征和響應(yīng)時(shí)間尺度差異性大等問題也會(huì)為日前調(diào)度帶來誤差[8]。因此,在日前調(diào)度的基礎(chǔ)上考慮不同能源的響應(yīng)時(shí)間尺度,對(duì)IES進(jìn)行日內(nèi)實(shí)時(shí)調(diào)度,降低可再生能源預(yù)測(cè)誤差對(duì)調(diào)度結(jié)果的影響,將有利于優(yōu)化能流分配,提高能源站運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益。
在IES調(diào)度過程中,為應(yīng)對(duì)源荷側(cè)多維不確定性因素,常將調(diào)度過程分為多個(gè)階段,各階段在不同時(shí)間尺度下相互配合,逐級(jí)削弱不確定性因素對(duì)優(yōu)化調(diào)度的影響[9-11]。文獻(xiàn)[12]針對(duì)風(fēng)光和負(fù)荷的不確定性,基于多場(chǎng)景隨機(jī)規(guī)劃和模型預(yù)測(cè)控制方法,建立冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)多時(shí)間尺度協(xié)調(diào)優(yōu)化模型。文獻(xiàn)[13]計(jì)及天然氣管網(wǎng)的慢動(dòng)態(tài)特性,提出了一種基于模型預(yù)測(cè)控制的電氣互聯(lián)IES多時(shí)間尺度動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)度方法。上述研究中,各調(diào)度階段內(nèi)電氣熱設(shè)備的調(diào)度指令周期相同,然而實(shí)際IES動(dòng)態(tài)時(shí)間尺度差異顯著,時(shí)間尺度優(yōu)化運(yùn)行策略難以適用。電網(wǎng)對(duì)于調(diào)度指令可實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)響應(yīng),立刻達(dá)到穩(wěn)態(tài)值;然而在天然氣網(wǎng)絡(luò)和熱力網(wǎng)絡(luò)中,由于受氣熱工質(zhì)動(dòng)力學(xué)特性的影響,調(diào)度指令下發(fā)后其響應(yīng)過程需要一定時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化才能達(dá)到穩(wěn)態(tài)值[14-15]。同時(shí),IES由電力、燃?xì)夂蜔崃Φ饶茉醋酉到y(tǒng)組成,各子系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備對(duì)于調(diào)度指令的響應(yīng)特性和變工況運(yùn)行能力各不相同。因此,對(duì)于具有不同控制特性的設(shè)備,有必要選擇恰當(dāng)?shù)恼{(diào)度指令周期,從而實(shí)現(xiàn)IES網(wǎng)絡(luò)與設(shè)備的協(xié)調(diào)運(yùn)行。當(dāng)前IES中不同能源子系統(tǒng)的控制特性差異尚未引起足夠的關(guān)注,如何實(shí)現(xiàn)多能設(shè)備的協(xié)同調(diào)度與控制,仍缺乏有效方法。
本文針對(duì)IES多能網(wǎng)絡(luò)與設(shè)備特性差異,提出了能反映能源站電、氣能流耦合特性得IES系統(tǒng)能量樞紐數(shù)學(xué)模型;基于日前優(yōu)化模型、日內(nèi)滾動(dòng)優(yōu)化模型、實(shí)時(shí)計(jì)劃優(yōu)化模型,構(gòu)建了日前-滾動(dòng)-實(shí)時(shí)的復(fù)合協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)行策略。通過33節(jié)點(diǎn)電力系統(tǒng)與14節(jié)點(diǎn)天然氣系統(tǒng)的IES耦合系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電氣熱多能網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)過程的協(xié)同優(yōu)化;結(jié)果表明綜合能源系統(tǒng)復(fù)合協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)行方法可以有效降低系統(tǒng)的運(yùn)行成本,提升可再生能源的消納能力,增加可再生能源的利用率。
綜合能源系統(tǒng)包括CHP、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組(wind turbine, WT)、燃?xì)忮仩t (gas boiler, GB)、儲(chǔ)氣裝置(gas storage, GS)以及P2G等設(shè)備,其結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 綜合能源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
采用P2G技術(shù),即在負(fù)荷低谷或可再生能源出力高峰期,將富余的電能轉(zhuǎn)化為天然氣或氫氣,存儲(chǔ)在天然氣管網(wǎng)或天然氣存儲(chǔ)設(shè)備中;在電力短缺時(shí),將存儲(chǔ)的氣體轉(zhuǎn)化為電能或熱能提供給用戶,從而提高了能源站在負(fù)荷低谷期消納可再生能源的能力。P2G 技術(shù)也增加了系統(tǒng)中電-氣耦合環(huán)節(jié)的作用,增強(qiáng)了電力-天然氣系統(tǒng)之間的耦合性和系統(tǒng)的供能穩(wěn)定性。電轉(zhuǎn)氣過程主要分為兩個(gè)步驟:
1) 電解水制氫氣
2) 二氧化碳和氫氣在高溫高壓環(huán)境下反應(yīng)生成甲烷
電轉(zhuǎn)氣裝置在系統(tǒng)中的功率數(shù)學(xué)模型可以表示為:
式中:PP2G——電轉(zhuǎn)氣裝置輸出的氣功率;
PE——電轉(zhuǎn)氣裝置輸入的電功率;
ηP2G——電轉(zhuǎn)氣裝置的轉(zhuǎn)換效率。
目前技術(shù)下電轉(zhuǎn)氣的效率可達(dá)60%。此外,儲(chǔ)氣裝置與儲(chǔ)電裝置相比,單位容量的配置和運(yùn)行成本更低,與P2G配合效果更加靈活。
綜合能源系統(tǒng)的能量樞紐模型描述為:
式中:Pe、Pg和PWT——能源站的購電、購氣功率和風(fēng)電出力;
Le和Lh——能源站的電、熱負(fù)荷;
ΔPS——儲(chǔ)氣裝置氣功率增量,其數(shù)值取輸出為正;
ηMID——中間變量,無具體物理意義;
v1、v2——電、氣能流分配系數(shù),其數(shù)值反映了能源站中電、氣能流的耦合程度。
1)目標(biāo)函數(shù)
綜合能源系統(tǒng)日前計(jì)劃目標(biāo)為日運(yùn)行成本最小。日運(yùn)行成本包含熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組消耗天然氣的成本、燃?xì)忮仩t消耗天然氣的成本、購電成本、P2G運(yùn)行成本,以及棄風(fēng)懲罰成本。如下式所示。
式中:ce,t——第t時(shí)段(每個(gè)時(shí)段15 min)的電價(jià);
cg和cP2G——單位功率的天然氣價(jià)格和生產(chǎn)單位功率天然氣的P2G運(yùn)行費(fèi)用;
cw——單位功率棄風(fēng)懲罰成本;
Pe,t、Pg,t、PP2G以及Pw,t——系統(tǒng)的購電功率、購氣功率、P2G運(yùn)行功率以及風(fēng)電輸出功率;
Δt——調(diào)度時(shí)段間隔。
2)約束條件
①外部網(wǎng)絡(luò)約束
綜合能源系統(tǒng)能量輸入端分別作為外部電網(wǎng)和外部氣網(wǎng)的負(fù)荷節(jié)點(diǎn),對(duì)于網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的改變,需要滿足式(7)電力系統(tǒng)潮流約束及式(8)天然氣管網(wǎng)能流約束。
式中:Pi——節(jié)點(diǎn)i的有功功率;
Qi——節(jié)點(diǎn)i的無功功率;
Ne——電力網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)集合;
Vi——節(jié)點(diǎn)i的電壓幅值;
θij= θi-θj——節(jié)點(diǎn)i,j的電壓相位差;
Gij和Bij——支{路i-j的電導(dǎo)和電納。
式中:As——天然氣網(wǎng)的縮減節(jié)點(diǎn)-支路關(guān)聯(lián)矩陣;
F——各支路天然氣流量;
l——各天然氣節(jié)點(diǎn)流出的流量;
π——天然氣支路節(jié)點(diǎn)壓力平方構(gòu)成的向量;
Δπ——各支路首末節(jié)點(diǎn)壓力平方差構(gòu)成的向量。
對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的安全性影響,需要滿足式(9)電力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)電壓和支路功率約束及式(10)天然氣管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)壓力和管道流量約束。
式中:Be——電力系統(tǒng)支路集;
式中:Ng、Bg——天然氣管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)和支路集;
②能量樞紐模型約束
可將式(4)表示的能量樞紐數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的約束條件,如下式所示:
③綜合能源系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備出力功率約束
綜合能源系統(tǒng)中設(shè)備的出力功率約束如下式所示。
④儲(chǔ)氣裝置約束
儲(chǔ)氣裝置約束條件如下式所示。
ΔPS——儲(chǔ)氣裝置的放氣/儲(chǔ)氣增量,儲(chǔ)氣裝置釋放燃?xì)鉃檎?,?chǔ)存燃?xì)鉃樨?fù);
1)目標(biāo)函數(shù)
日內(nèi)滾動(dòng)計(jì)劃的目標(biāo)與日前計(jì)劃形式一致,但計(jì)劃時(shí)間跨度不同。日內(nèi)滾動(dòng)計(jì)劃目標(biāo)函數(shù)如下式所示。
其中,fRS是一個(gè)計(jì)劃窗口的目標(biāo)函數(shù)值。
2)滾動(dòng)計(jì)劃約束條件
滾動(dòng)計(jì)劃的約束條件與日前計(jì)劃一致,如式(7)~(13)所示。滾動(dòng)計(jì)劃以日前計(jì)劃調(diào)度方案為基礎(chǔ),且滾動(dòng)計(jì)劃進(jìn)程中,相鄰兩個(gè)時(shí)間窗有2 h的重合時(shí)間。為了使?jié)L動(dòng)計(jì)劃相鄰時(shí)間窗的重合時(shí)段內(nèi)各設(shè)備出力的偏差不過大,各設(shè)備出力偏差應(yīng)滿足如下約束:
Pmax——最大設(shè)備出力向量;
λ1——實(shí)時(shí)計(jì)劃設(shè)備出力偏差約束因子。
1)目標(biāo)函數(shù)
實(shí)時(shí)計(jì)劃屬于單時(shí)段優(yōu)化,實(shí)時(shí)計(jì)劃需要參考經(jīng)滾動(dòng)計(jì)劃修正后的調(diào)度方案,其一個(gè)時(shí)段的目標(biāo)函數(shù)為系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備的調(diào)節(jié)成本總和最小,如式(16)~(17)所示。
式中:Δfe、Δfg、ΔfS、ΔfP2G、ΔfCHP——購電量、購氣量、儲(chǔ)氣裝置、P2G出力、CHP機(jī)組出力的調(diào)節(jié)成本;
Pe,RS、Pg,RS、ΔPS,RS、PP2G,RS、PCHP,RS——滾動(dòng)計(jì)劃時(shí)的購電量、購氣量、儲(chǔ)氣裝置、P2G出力、CHP機(jī)組出力;
Pe,RT、Pg,RT、ΔPS,RT、PP2G,RT、PCHP,RT——實(shí)時(shí)計(jì)劃時(shí)的購電量、購氣量、儲(chǔ)氣裝置、P2G出力、CHP機(jī)組出力;
w1、w2、w3、w4、w5——對(duì)應(yīng)上述各設(shè)備調(diào)節(jié)的價(jià)值系數(shù)。
2)約束條件
實(shí)時(shí)計(jì)劃的約束條件同樣與日前計(jì)劃一致,如式(7)~(13)。但實(shí)時(shí)計(jì)劃以滾動(dòng)計(jì)劃的最終調(diào)度方案為基礎(chǔ),因而實(shí)時(shí)計(jì)劃與相應(yīng)時(shí)段滾動(dòng)計(jì)劃的各設(shè)備出力的偏差也不宜過大。因此實(shí)時(shí)計(jì)劃應(yīng)再滿足如下約束:
λ2——實(shí)時(shí)計(jì)劃設(shè)備出力偏差約束因子。
綜合能源系統(tǒng)日前-滾動(dòng)-實(shí)時(shí)復(fù)合協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)行策略首先根據(jù)電、熱負(fù)荷以及風(fēng)電出力的日前預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)制定日前調(diào)度方案,為系統(tǒng)全天的運(yùn)行情況提供初步的參考信息;然后利用短期滾動(dòng)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行滾動(dòng)計(jì)劃,對(duì)日前計(jì)劃方案進(jìn)行滾動(dòng)修正,制定各設(shè)備出力的基本運(yùn)行點(diǎn);最后利用超短期預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)劃,從而得到與實(shí)際電、熱負(fù)荷與風(fēng)電出力情況匹配度較高的計(jì)劃方案。在復(fù)合協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)行策略中,日前計(jì)劃的調(diào)度周期為24 h,調(diào)度間隔為15 min;滾動(dòng)計(jì)劃的時(shí)間窗跨度為4 h,更新時(shí)段間隔為2 h,在計(jì)劃進(jìn)程中時(shí)間窗口滾動(dòng)向后移動(dòng),如圖2所示。實(shí)時(shí)計(jì)劃每15 min執(zhí)行一次,負(fù)責(zé)提前安排下一時(shí)段的調(diào)度計(jì)劃。
圖2 滾動(dòng)計(jì)劃時(shí)間窗示意圖
綜合能源系統(tǒng)復(fù)合協(xié)調(diào)調(diào)度模型是一個(gè)變量多、約束復(fù)雜的非線性優(yōu)化問題。日前計(jì)劃、滾動(dòng)計(jì)劃包含多個(gè)時(shí)段,數(shù)據(jù)量龐大,因此采用yalmip工具箱求解。先根據(jù)式(7)~(10)計(jì)算出滿足外部網(wǎng)絡(luò)約束的購電、購氣功率范圍,再將其轉(zhuǎn)化為EH模型的約束條件。即:
實(shí)時(shí)計(jì)劃只負(fù)責(zé)單時(shí)段的優(yōu)化,具有數(shù)據(jù)量小和數(shù)據(jù)源誤差小的特點(diǎn)。為了保證求解精度,采用混沌萬有引力算法求解。
1)萬有引力搜索算法
萬有引力搜索算法(gravitational search algorithm,GSA)是一種基于萬有引力定律進(jìn)行尋優(yōu)的智能優(yōu)化方法。在萬有引力搜索算法中,將優(yōu)化問題的解視為一組在空間運(yùn)行的粒子,粒子之間通過萬有引力作用相互吸引,粒子運(yùn)動(dòng)遵循動(dòng)力學(xué)規(guī)律,萬有引力的作用使得粒子朝著質(zhì)量最大的粒子移動(dòng),而質(zhì)量最大的粒子占據(jù)最優(yōu)位置,從而可求出優(yōu)化問題的最優(yōu)解。算法通過個(gè)體間的萬有引力相互作用實(shí)現(xiàn)優(yōu)化信息的共享,引導(dǎo)群體向最優(yōu)解區(qū)域搜索。
在GSA中,每一個(gè)粒子在每次迭代過程中都會(huì)更新速度和位置,如下式所示。
randj——[0, 1]之間的隨機(jī)數(shù),可使搜索帶有一定隨機(jī)性而更加合理;
Mi(T)——T時(shí)刻粒子i的慣性質(zhì)量。
加速度的公式如下所示:
式中:N——粒子總數(shù);
G(T)——T時(shí)刻引力常數(shù);
Rij(T)——粒子i與粒子j的歐氏距離;
e——一個(gè)值很小的常量;
fi(T)——在T時(shí)刻第i個(gè)粒子的適應(yīng)值的大??;
b(T)和w(T)——當(dāng)前群體適應(yīng)度最小值和最大值;
mi(T)——在T時(shí)刻第i個(gè)粒子的質(zhì)量大小。
2)混沌萬有引力搜索算法
為了克服人工智能算法的早熟收斂缺陷,本文在萬有引力算法的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn),采用Logistics混沌映射與Chebyshev混沌映射組合的混沌映射代替普通的隨機(jī)數(shù),提高隨機(jī)初始群體的遍歷性與均勻程度。
式中:x0——生成的首個(gè)個(gè)體;
Rn——均值為0方差為1的正態(tài)分布隨機(jī)數(shù);
xk——混沌產(chǎn)生的第k個(gè)個(gè)體;
y0、yk、xtmp——混沌序列產(chǎn)生過程中的中間變量。
本文采用33節(jié)點(diǎn)電力系統(tǒng)與14節(jié)點(diǎn)天然氣系統(tǒng)的耦合系統(tǒng),如圖3所示。
圖3 電力-天然氣耦合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
綜合能源系統(tǒng)實(shí)際電、熱日負(fù)荷、風(fēng)電出力以及峰谷平分時(shí)電價(jià)曲線如圖4所示。天然氣價(jià)cg=0.29元/kWh,P2G運(yùn)行成本系數(shù)cP2G=0.06元/kWh,棄風(fēng)懲罰成本系數(shù)為cw=0.42元/kWh。
圖4 不同負(fù)荷、風(fēng)電以及分時(shí)電價(jià)曲線
給定電、熱負(fù)荷與風(fēng)電出力的日前預(yù)測(cè)誤差分別為4%、4%和18%,滾動(dòng)預(yù)測(cè)誤差分別為2%、2%和4%,實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)誤差分別為0.5%、0.5%和2%。在此情況下進(jìn)行不同的調(diào)度計(jì)劃。如圖5所示為變壓器和CHP機(jī)組輸出電功率的實(shí)時(shí)計(jì)劃和實(shí)際出力對(duì)比曲線,圖6為變壓器和CHP機(jī)組輸出電功率的日前計(jì)劃、滾動(dòng)計(jì)劃、實(shí)時(shí)計(jì)劃下的出力以及實(shí)際出力情況。
圖5 變壓器和CHP機(jī)組輸出電功率的實(shí)時(shí)計(jì)劃和實(shí)際出力對(duì)比
圖6 變壓器和CHP機(jī)組輸出電功率的日前計(jì)劃、滾動(dòng)計(jì)劃與實(shí)際出力對(duì)比
從圖5可以看出,變壓器實(shí)時(shí)調(diào)度計(jì)劃與變壓器實(shí)時(shí)輸出功率的誤差約為0.5%。熱電聯(lián)產(chǎn)實(shí)時(shí)調(diào)度計(jì)劃與熱電聯(lián)產(chǎn)實(shí)時(shí)輸出功率的誤差約為3.5%。
從圖6可以看出,變壓器日前調(diào)度計(jì)劃與變壓器實(shí)際輸出功率的誤差約為1.5%,變壓器滾動(dòng)計(jì)劃與變壓器實(shí)際輸出功率的誤差約為0.8%。CHP日前調(diào)度計(jì)劃與CHP實(shí)際輸出功率的誤差約為6.5%,CHP滾動(dòng)計(jì)劃與CHP實(shí)際輸出功率的誤差約為4.6%。
圖7為燃?xì)忮仩t和CHP輸出熱功率的實(shí)時(shí)計(jì)劃與實(shí)際出力對(duì)比曲線。從圖7中可以看出,燃?xì)忮仩t和CHP機(jī)組的實(shí)時(shí)調(diào)度計(jì)劃與實(shí)際輸出熱功率的24 h平均誤差約為3%。
圖7 燃?xì)忮仩t和CHP輸出熱功率的實(shí)時(shí)計(jì)劃與實(shí)際出力對(duì)比
圖8為燃?xì)忮仩t和CHP輸出熱功率的日前計(jì)劃、滾動(dòng)計(jì)劃與實(shí)際出力對(duì)比曲線。燃?xì)忮仩t的日前調(diào)度計(jì)劃與實(shí)際輸出熱功率的誤差約為3.5%,滾動(dòng)計(jì)劃與實(shí)際輸出熱功率的誤差約為2.5%。CHP機(jī)組的日前調(diào)度計(jì)劃與實(shí)際輸出熱功率的誤差約為3.2%,滾動(dòng)計(jì)劃與實(shí)際輸出熱功率的誤差約為2.4%。
圖8 燃?xì)忮仩t和CHP輸出熱功率的日前計(jì)劃、滾動(dòng)計(jì)劃與實(shí)際出力對(duì)比
圖9為P2G和儲(chǔ)氣裝置的實(shí)時(shí)計(jì)劃與實(shí)際出力對(duì)比曲線。從圖9中可以看出,P2G的實(shí)時(shí)調(diào)度計(jì)劃與實(shí)際出力的24小時(shí)平均誤差約為0.9%;儲(chǔ)氣裝置的實(shí)時(shí)調(diào)度計(jì)劃與實(shí)際出力的誤差約為6.8%。
圖9 P2G和儲(chǔ)氣裝置的實(shí)時(shí)計(jì)劃與實(shí)際出力對(duì)比
圖10為P2G和儲(chǔ)氣裝置的日前計(jì)劃、滾動(dòng)計(jì)劃與實(shí)際出力對(duì)比曲線。P2G的日前調(diào)度計(jì)劃與實(shí)際輸出熱功率的誤差約為3.5%,滾動(dòng)計(jì)劃與實(shí)際輸出熱功率的誤差約為1.6%。儲(chǔ)氣裝置的日前調(diào)度計(jì)劃與實(shí)際輸出熱功率的誤差約為4.1%,滾動(dòng)計(jì)劃與實(shí)際輸出熱功率的誤差約為3.3%。
從圖5~圖10可以看出滾動(dòng)計(jì)劃中各設(shè)備的出力趨勢(shì)與日前計(jì)劃相同,由于采用了預(yù)測(cè)精度更高的數(shù)據(jù),因此與實(shí)際情況更加接近。在電價(jià)高峰8:00-21:00時(shí),氣價(jià)為0.290元/kWh,通過燃?xì)廨啓C(jī)的氣轉(zhuǎn)電,輸出的電價(jià)為0.725元/kWh,低于分時(shí)電價(jià),所以在電價(jià)高峰時(shí)利用燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電補(bǔ)充缺額的電能比直接從電網(wǎng)購電更加經(jīng)濟(jì)。日前預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)中,在0:00-7:00時(shí)和22:00-24:00時(shí)區(qū)間及區(qū)間附近風(fēng)電出力過剩,P2G裝置工作,將過剩風(fēng)電轉(zhuǎn)化為天然氣送至儲(chǔ)氣裝置儲(chǔ)存或直接在燃?xì)忮仩t中消耗。P2G與儲(chǔ)氣裝置配合使用為風(fēng)電的就地消納提供了有效的途徑。此外,實(shí)時(shí)計(jì)劃是在滾動(dòng)計(jì)劃基礎(chǔ)上制定的優(yōu)化調(diào)度方案,因此實(shí)時(shí)計(jì)劃與滾動(dòng)計(jì)劃的偏差并不大。
圖10 P2G和儲(chǔ)氣裝置的日前計(jì)劃、滾動(dòng)計(jì)劃與實(shí)際出力對(duì)比
表1對(duì)日前、日內(nèi)、實(shí)時(shí)調(diào)度計(jì)劃與本文提出的復(fù)合調(diào)度方法進(jìn)行了比較。從表1可以看出,日前調(diào)度和日內(nèi)調(diào)度的IES的日常運(yùn)行成本基本相同。與日前調(diào)度或日內(nèi)調(diào)度相比,實(shí)時(shí)調(diào)度的日常運(yùn)行成本降低了約10%~12%。IES采用本文所提出的復(fù)合調(diào)度計(jì)劃,日常運(yùn)行成本最低。與日前調(diào)度或日內(nèi)調(diào)度相比,復(fù)合調(diào)度的日常運(yùn)行成本降低了15%~16%;與實(shí)時(shí)調(diào)度相比,復(fù)合調(diào)度的日常運(yùn)行成本降低了2%~3%。
表1 不同調(diào)度計(jì)劃的日運(yùn)行成本對(duì)比
本文建立了IES系統(tǒng)的日前優(yōu)化模型、日內(nèi)滾動(dòng)優(yōu)化模型、實(shí)時(shí)計(jì)劃優(yōu)化模型,并針對(duì)不同優(yōu)化模型給出了求解算法?;谌N優(yōu)化模型,提出了日前-滾動(dòng)-實(shí)時(shí)的復(fù)合協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)行策略。算例采用33節(jié)點(diǎn)電力系統(tǒng)與14節(jié)點(diǎn)天然氣系統(tǒng)的IES耦合系統(tǒng);通過算例分析驗(yàn)證表明,日前優(yōu)化調(diào)度與實(shí)際功率的誤差最大,實(shí)時(shí)調(diào)度與實(shí)際功率的誤差較?。欢疚乃岢龅膹?fù)合協(xié)調(diào)調(diào)度方法與實(shí)際功率的誤差最小?;谌涨?、日內(nèi)、實(shí)時(shí)調(diào)度以及復(fù)合調(diào)度方法,對(duì)IES運(yùn)行成本進(jìn)行分析,復(fù)合調(diào)度計(jì)劃的日運(yùn)行成本最低,與日前調(diào)度或日內(nèi)調(diào)度相比,復(fù)合調(diào)度的日常運(yùn)行成本降低了15%~16%;與實(shí)時(shí)調(diào)度相比,復(fù)合調(diào)度的日常運(yùn)行成本降低了2%~3%。IES復(fù)合協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)行方法有利于優(yōu)化能量流分配,降低系統(tǒng)的運(yùn)行成本,提高IES運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益;同時(shí)提升可再生能源的消納能力,增加可再生能源的利用率。