PDF《计及综合需求侧响应的能量枢纽优化配置》

电力自动化设备Electric Power Automation Equipment Vol.

37 No.6 Jun.

2017 第37 卷第

6 期2017 年6月0引言 环境污染和能源危机促进了对电、天然气、热等 多种能源协同规划运行的研究[1鄄3] . 能量枢纽是一种 用于描述多能源系统中能源供应、负荷需求、网络交 换以及耦合关系的输入-输出双端口模型,采用耦合 矩阵可表述多种能源间的转化、分配和存储等耦合 关系,在多能源系统规划和运行分析中有着广泛应 用[4鄄5] . 通过对能量枢纽优化配置,可提升其整体运 行优化行为进而取得最大化的经济效益. 目前,关于能量枢纽的优化配置问题已有一些 研究报道[6鄄10] . 文献[6]对热电联产(CHP)机组、燃气 锅炉、吸收式制冷机及储能设备的容量进行了协同 规划,对实际系统的分析结果表明,所提方法相较 于各能源系统单独规划,能够更有效地降低成本. 文献[7]基于生命周期分析法,对基于太阳能的冷热电 联产系统中的燃气内燃机容量和系统运行策略进行 了优化. 文献[8]提出了包括蓄能设备的分布式联 供系统的优化模型,确定单台设备容量和设备台数. 文献[9]以最小化年费用和最大化炯 用 效率(exergy efficiency)为优化目标,采用遗传算法优化冷热电联 供系统中各设备的容量. 文献[10]建立了双层优化 规划与设计模型,外层模型确定能量枢纽中能源转 换设备及储能单元的投建与否和安装容量,内层模 型则优化典型日的运行工况. 上述文献均未考虑需求侧管理或需求侧响应 (DR)的影响. 据统计,居民负荷具有巨大的可控潜 力,潜在可控居民负荷约占居民总负荷的 60%[11] . 利用DR 可以实现负荷的转移和削减,平抑负荷曲线 轮廓,进而改善电力系统运行的安全性和经济性. 随 着需求侧管理的逐步推广实施,可以预见其在多能源 系统中也会逐步得到应用,因此在能量枢纽的优化 配置中也就需要考虑 DR. 在分布式电源和微电网 的优化配置和运行方面,已有考虑需求侧管理的研 究报道. 例如,文献[12]综合考虑了可控性负荷和分 布式电源出力的不确定性,建立了分布式电源双层优 化规划模型;

文献[13]指出利用家用电器的可时移 特性能够降低海岛微电网的储能成本;

文献[14]构 建了能源互联微电网系统供需双侧多能协同优化模 型,借助 DR 利用峰谷价差减少系统运行成本. 这些 文献仅考虑了可时移的电负荷,而在能量枢纽中,负 荷侧包括冷热电等多种能源形式,因此有必要将传 统电力 DR 拓展到综合需求侧响应(IDR)[15] . IDR 包 括多类型负荷需求的转移以及负荷需求间的替代[16] , 能够充分挖掘需求侧调节负荷的潜力,提高能量枢纽 中设备的利用率,减少用能成本. 因此,在能量枢纽 优化配置时考虑 IDR 是一个值得研究的重要问题, 而目前尚未有这方面的系统研究报道. 在上述背景下,本文首先概述了能量枢纽中各类 设备的模型,分析了用户电负荷和冷热负荷特性并 分别建模,进而以年运行费用最小化为优化目标,构 建了考虑 IDR 的能量枢纽优化配置模型,并通过线 性化处理将该优化模型转换为 0-1 混合整数线性规 划问题,在MATLAB 环境下的 YALMIP[17] 平台上采 用CPLEX 求解器求解. 最后,以某居民小区为例,对 本文提出的计及 IDR 的能量枢纽优化配置模型进行 了验证. 收稿日期:2017 -03 -07;