区域综合能源系统容量配置和调度策略优化方法研究

doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2023.06.005

综合智慧能源 ›› 2023, Vol. 45 ›› Issue (6): 34-41.doi: 10.3969/j.issn.2097-0706.2023.06.005

区域综合能源系统容量配置和调度策略优化方法研究

黄银恒¹(), 李猛²(), 庞毅¹(), 梁茵¹, 靳增峰²(), 王金柱²^,^*()

1.天津城建大学控制与机械工程学院，天津 300384
2.天津泰达滨海清洁能源集团有限公司，天津 300300

收稿日期:2023-02-04 修回日期:2023-03-14 接受日期:2023-05-06 出版日期:2023-06-25
通讯作者: *王金柱（1984），男，高级工程师，硕士，从事天然气工艺与相关自动化设备技术方面的工作，38928624@qq.com。
作者简介:黄银恒（1997），男，在读硕士研究生，从事综合能源系统及其最优化方面的研究，1027010407@qq.com；
李猛（1982），男，工程师，硕士，从事热能工程方面的工作，1484646852@qq.com；
庞毅（1984），男，讲师，博士，从事综合能源系统规划方面的研究，primepang@163.com；
靳增峰（1985），男，高级工程师，硕士，从事能源化工方面的工作，554508398@qq.com
基金资助:
天津泰达滨海清洁能源集团有限公司研发项目(KHX2021-041)

Research on optimization method for capacity allocation and scheduling strategy of regional integrated energy systems

HUANG Yinheng¹(), LI Meng²(), PANG Yi¹(), LIANG Yin¹, JIN Zengfeng²(), WANG Jinzhu²^,^*()

1. School of Control and Mechanical Engineering，Tianjin Chengjian University， Tianjin 300384，China
2. Tianjin Teda Binhai Clean Energy Group Company Limited，Tianjin 300300，China

Received:2023-02-04 Revised:2023-03-14 Accepted:2023-05-06 Published:2023-06-25
Supported by:
Tianjin Teda Binhai Group Company Limited R&D Project(KHX2021-041)

摘要/Abstract

摘要：

能源网络快速发展的背景下，综合能源系统可综合利用冷热电气等多种能源，显著提高综合能源利用率，是目前的研究热点。重点研究了区域综合能源系统容量配置和调度策略的最优化问题，提出一种优化方法。基于区域综合能源系统结构和能量转换原理，构建区域综合能源系统混合整数线性规划模型，应用求解器即可进行解算，同时可得到最优配置和调度策略结果。仿真结果表明，所提出的方法在实现区域综合能源系统经济、灵活、高效运行的同时，可以有效降低运行成本，促进能源供需平衡。

关键词: 综合能源系统, 容量配置, 调度策略, 混合整数线性规划, 敏感性分析

Abstract:

With the rapid development of energy networks， integrated energy systems significantly improve general utilization rate of energy by making comprehensive use of various energy sources， such as heat，cold energy and electricity. Thus，the system has become the research focus. In view of the capacity allocation and scheduling strategy for regional integrated energy systems， an optimization method is proposed. Based on the structure of the system and the mechanisms of energy conversion， a mixed integer linear programming model is constructed， whose optimal solution for the allocation and scheduling strategy can be obtained simultaneously by the solver.The simulation results show that the proposed method can achieve the economic， flexible and efficient operation of regional integrated energy systems， reduce the operation cost and balance the energy supply and demand.

Key words: integrated energy system, capacity configuration, scheduling strategy, mixed integer linear programming, sensitivity analysis

中图分类号:

TK01

黄银恒, 李猛, 庞毅, 梁茵, 靳增峰, 王金柱. 区域综合能源系统容量配置和调度策略优化方法研究[J]. 综合智慧能源, 2023, 45(6): 34-41.

HUANG Yinheng, LI Meng, PANG Yi, LIANG Yin, JIN Zengfeng, WANG Jinzhu. Research on optimization method for capacity allocation and scheduling strategy of regional integrated energy systems[J]. Integrated Intelligent Energy, 2023, 45(6): 34-41.

图/表 13

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参考文献 27

[1]	中华人民共和国国家发展和改革委员会. 构建绿色低碳循环发展经济体系是实现碳达峰和碳中和的关键举措[EB/OL](2021-02-28)[2023-03-24]. https://www.ndrc.gov.cn/fzggw/jgsj/zys/sjdt/202102/t20210228_1268576.html?state=123.
[2]	JIN X, MU Y, JIA H, et al. Optimal day-ahead scheduling of integrated urban energy systems[J]. Applied Energy, 2016, 180: 1-13. doi: 10.1016/j.apenergy.2016.07.071
[3]	李鹏, 王子轩, 侯磊, 等. 基于重复博弈的区域综合能源系统优化运行分析[J]. 电力系统自动化, 2019, 43(14):81-89.
	LI Peng, WANG Zixuan, HOU Lei, et al. Analysis of repeated game based optimal operation for regional integrated energy system[J]. Automation of Electric Power Systems, 2019, 43(14):81-89.
[4]	LI P, GUO T, ZHOU F, et al. Nonlinear coordinated control of parallel bidirectional power converters in an AC/DC hybrid microgrid[J]. International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 2020, 122: 106208. doi: 10.1016/j.ijepes.2020.106208
[5]	程浩忠, 胡枭, 王莉, 等. 区域综合能源系统规划研究综述[J]. 电力系统自动化, 2019, 43(7):2-13.
	CHENG Haozhong, HU Xiao, WANG Li, et al. Review on research of regional integrated energy system planning[J]. Automation of Electric Power Systems, 2019, 43(7):2-13.
[6]	袁智勇, 赵懿祺, 郭祚刚, 等. 面向能源互联网的综合能源系统规划研究综述[J]. 南方电网技术, 2019, 13(7):1-9.
	YUAN Zhiyong, ZHAO Yiqi, GUO Zuogang, et al. Research summary of integrated energy systems planning for energy internet[J]. Southern Power System Technology, 2019, 13(7):1-9.
[7]	任娜, 王雅倩, 徐宗磊, 等. 多能流分布式综合能源系统容量匹配优化与调度研究[J]. 电网技术, 2018, 42(11):3504-3512.
	REN Na, WANG Yaqian, XU Zonglei, et al. Component sizing and optimal scheduling for distributed multi-energy system[J]. Power System Technology, 2018, 42(11):3504-3512.
[8]	王珺, 顾伟, 陆帅, 等. 结合热网模型的多区域综合能源系统协同规划[J]. 电力系统自动化, 2016, 40(15):17-24.
	WANG Jun, GU Wei, LU Shuai, et al. Coordinated planning of multi-district integrated energy system combining heating network model[J]. Automation of Electric Power Systems, 2016, 40(15):17-24.
[9]	周灿煌, 郑杰辉, 荆朝霞, 等. 面向园区微网的综合能源系统多目标优化设计[J]. 电网技术, 2018, 42(6):1687-1697.
	ZHOU Canhuang, ZHENG Jiehui, JING Zhaoxia, et al. Multi-objective optimal design of integrated energy system for park-level microgrid[J]. Power System Technology, 2018, 42(6):1687-1697.
[10]	刘泽健, 杨苹, 许志荣. 考虑典型日经济运行的综合能源系统容量配置[J]. 电力建设, 2017, 38(12):51-59. doi: DOI： 10.3969/j.issn.1000-7229.2017.12.007
	LIU Zejian, YANG Ping, XU Zhirong. Capacity allocation of integrated energy system considering typical day economic operation[J]. Electric Power Construction, 2017, 38(12):51-59. doi: DOI： 10.3969/j.issn.1000-7229.2017.12.007
[11]	管霖, 陈鹏, 唐宗顺, 等. 考虑冷热电存储的区域综合能源站优化设计方法[J]. 电网技术, 2016, 40(10):2934-2943.
	GUAN Lin, CHEN Peng, TANG Zongshun, et al. Integrated energy station design considering cold and heat storage[J]. Power System Technology, 2016, 40(10):2934-2943.
[12]	杨艳红, 裴玮, 屈慧, 等. 基于广义Benders分解的分布式热电联供机组规划方法[J]. 电力系统自动化, 2014, 38(12):27-33.
	YANG Yanhong, PEI Wei, QU Hui, et al. A planning method of distributed combined heat and power generator based on generalized benders decomposition[J]. Automation of Electric Power Systems, 2014, 38(12):27-33.
[13]	赵达维, 张文涛, 刘旭娜, 等. 光伏与混合储能配合的园区综合能源系统规划[J]. 电力系统及其自动化学报, 2019, 31(10):88-95.
	ZHAO Dawei, ZHANG Wentao, LIU Xuna, et al. Planning for park-level integrated energy system based on cooperation between PV and hybrid energy storage[J]. Proceedings of the CSU-EPSA, 2019, 31(10):88-95.
[14]	金泰, 李娜, 秦建华, 等. 基于混合整数非线性规划的综合能源系统优化配置研究[J]. 热力发电, 2021, 50(8):131-140.
	JIN Tai, LI Na, QIN Jianhua, et al. Optimization allocation of integrated energy system based on mixed integer nonlinear programming[J]. Thermal Power Generation, 2021, 50(8):131-140.
[15]	潘华, 梁作放, 肖雨涵, 等. 多场景下区域综合能源系统的优化运行[J]. 太阳能学报, 2021, 42(1):484-492.
	PAN Hua, LIANG Zuofang, XIAO Yuhan, et al. Optimal operation of regional integrated energy system under multiple scenes[J]. Acta Energiae Solaris Sinica, 2021, 42(1):484-492.
[16]	NIU H, YU F, LI B, et al. Research on operation optimization of integrated energy system[C]// IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. IOP Publishing, 2019, 267(3): 032094.
[17]	雷霞, 唐文左, 李逐云, 等. 考虑区域综合能源系统优化运行的配电网扩展规划[J]. 电网技术, 2018, 42(11):3459-3470.
	LEI Xia, TANG Wenzuo, LI Zhuyun, et al. Distribution network expansion planning considering optimal operation of regional integrated energy system[J]. Power System Technology, 2018, 42(11):3459-3470.
[18]	任娜, 王雅倩, 徐宗磊, 等. 多能流分布式综合能源系统容量匹配优化与调度研究[J]. 电网技术, 2018, 42(11):3504-3512.
	REN Na, WANG Yaqian, XU Zonglei, et al. Component sizing and optimal scheduling for distributed multi-energy system[J]. Power System Technology, 2018, 42(11):3504-3512.
[19]	张明, 路晓敏, 周航, 等. 考虑机会约束的多站融合储能配置与优化运行策略[J]. 广东电力, 2022, 35(2):66-73.
	ZHANG Ming, LU Xiaomin, ZHOU Hang, et al. Multi-station integrated energy storage configuration and optimal operation strategy based on chance constraint[J]. Guangdong Electric Power, 2022, 35(2):66-73.
[20]	李宇星, 鲁宇, 李昊, 等. 基于最小运行成本的储能参与电网辅助调峰容量配置及优化运行方法[J]. 电器与能效管理技术, 2021(11):22-29.
	LI Yuxing, LU Yu, LI Hao, et al. Capacity configuration and optimal operation method of energy storage participating in grid auxiliary peak shaving based on minimum operating cost[J]. Low Voltage Apparatus, 2021(11):22-29.
[21]	江磊, 专祥涛. 分时电价下直流微网优化运行和容量配置研究[J]. 电力科学与技术学报, 2019, 34(1):80-87.
	JIANG Lei, ZHUAN Xiangtao. Study on optimal operation and capacity configuration of DC microgrid under time-of-use electricity price[J]. Journal of Electric Power Science and Technology, 2019, 34(1):80-87.
[22]	MALHEIRO A, CASTRO P M, LIMA R M, et al. Integrated sizing and scheduling of wind/PV/diesel/battery isolated systems[J]. Renewable Energy, 2015, 83:646-657. doi: 10.1016/j.renene.2015.04.066
[23]	方绍凤, 周任军, 许福鹿, 等. 考虑电热多种负荷综合需求响应的园区微网综合能源系统优化运行[J]. 电力系统及其自动化学报, 2020, 32(1):50-57.
	FANG Shaofeng, ZHOU Renjun, XU Fulu, et al. Optimal operation of integrated energy system for park micro-grid considering comprehensive demand response of power and thermal loads[J]. Proceedings of the CSU-EPSA, 2020, 32(1):50-57.
[24]	MALHEIRO A, CASTRO P M, LIMA R M, et al. Integrated sizing and scheduling of wind/PV/diesel/battery isolated systems[J]. Renewable Energy, 2015, 83: 646-657. doi: 10.1016/j.renene.2015.04.066
[25]	任宝军, 高志勇. 一种基于边缘计算的分散式站所终端方案的设计与实现[J]. 综合智慧能源, 2022, 44(6):59-69. doi: 10.3969/j.issn.2097-0706.2022.06.007
	REN Baojun, GAO Zhiyong. Design and implementation of a terminal configuration scheme in a decentralizde distribution station base on edge computing[J]. Intergrated Intelligent Energy, 2022, 44(6):59-69.
[26]	张凯杰, 丁国锋, 闻铭, 等. 虚拟电厂的优化调度技术与市场机制设计综述[J]. 综合智慧能源, 2022, 44(6):60-72.
	ZHANG Kaijie, DING Guofeng, WEN Ming. Review of optimal dispatching technology and market mechanism design for virtual power plant[J]. Intergrated Intelligent Energy, 2022, 44(6):60-72.
[27]	杨晓已, 陶新磊, 韩立. 虚拟电厂技术现状及展望[J]. 华电技术, 2020, 42(5):73-78.
	YANG Xiaosi, TAO Xinlei, HAN Li. Status prospect of virtual power plant technology[J]. Huadian Technology, 2020, 42(5):73-78.

项目	本系统	无储能	无HST	无STB
年成本/元	25 295 914	27 216 902	25 648 554	26 935 565
PV数量/个	6 076	6 076	6 076	6 076
电池容量/（kW·h）	1 820.48	—	1 825.85	—
GB额定功率/kW	1 880.97	2 595.20	2 658.67	2 595.18
GT额定功率/kW	514.34	633.92	514.92	633.96
HRB额定功率/kW	274.31	338.09	274.62	338.11
AC额定功率/kW	430.19	430.19	430.19	430.19
HST容量/(kW·h)	1 692.47	—	—	1 382.24

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[1]	邓振宇, 汪茹康, 徐钢, 云昆, 王颖. 综合能源系统中热电联产机组故障预警现状[J]. 综合智慧能源, 2024, 46(8): 67-76.
[2]	王俊, 田浩, 赵二岗, 舒展, 万子镜. 计及电动汽车共享储能特性的园区柔性资源低碳运行控制方法[J]. 综合智慧能源, 2024, 46(6): 16-26.
[3]	龚钢军, 王路遥, 常卓越, 柳旭, 邢汇笛. 基于能源枢纽的综合能源信息物理系统安全防护架构研究[J]. 综合智慧能源, 2024, 46(5): 65-72.
[4]	李云, 周世杰, 胡哲千, 梁均原, 肖雷鸣. 基于NSGA-Ⅱ-WPA的综合能源系统多目标优化调度[J]. 综合智慧能源, 2024, 46(4): 1-9.
[5]	史明明, 朱睿, 刘瑞煌. 交直流电力系统与供热系统联合经济调度[J]. 综合智慧能源, 2024, 46(4): 10-16.
[6]	董强, 徐君, 方东平, 方丽娟, 陈妍琼. 基于光伏出力特性的分布式光储系统优化调度策略[J]. 综合智慧能源, 2024, 46(4): 17-23.
[7]	陈勇, 肖雷鸣, 王井南, 吴健. 基于场景扩充的低碳综合能源系统高可靠性容量规划方法[J]. 综合智慧能源, 2024, 46(4): 24-33.
[8]	王京龙, 王晖, 杨野, 郑颖颖. 考虑多重不确定性的电-热-气综合能源系统协同优化方法[J]. 综合智慧能源, 2024, 46(4): 42-51.
[9]	钟永洁, 王紫东, 左建勋, 王常青, 李靖霞, 纪陵. 计及多时段尺度与地域分层的多能互补系统经济调度[J]. 综合智慧能源, 2024, 46(4): 52-59.
[10]	徐聪, 胡永锋, 张爱平, 由长福. 基于特征筛选的综合能源系统多元负荷日前-日内预测[J]. 综合智慧能源, 2024, 46(3): 45-53.
[11]	张力, 金立, 任炬光, 刘小兵. 计及气象因素与分时电价影响的综合能源系统负荷调控策略研究[J]. 综合智慧能源, 2024, 46(1): 18-27.
[12]	崔金栋, 汪羽晴. 云储能模式下用户侧储能协调优化调度机制研究[J]. 综合智慧能源, 2023, 45(9): 18-25.
[13]	乔力晖, 李明澈, 张睿, 方宗杰. 直流微网蓄电池-SMES混合储能系统容量配置方法[J]. 综合智慧能源, 2023, 45(9): 59-64.
[14]	李铂航, 李宏仲, 张民元. 计及负荷特性的综合能源系统低碳经济调度[J]. 综合智慧能源, 2023, 45(8): 72-79.
[15]	王永真, 韩艺博, 韩恺, 韩俊涛, 宋阔, 张兰兰. 基于知识图谱的数据中心综合能源系统研究综述[J]. 综合智慧能源, 2023, 45(7): 1-10.