考虑楼宇不同供热模式的区域电-热综合能源系统分布式协调优化调度

作     者：张宇桐 

作者单位：东北电力大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈厚合

授予年度：2022年

学科分类：080702[工学-热能工程] 080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：区域电热综合能源 楼宇热惯性 供热模式 分布式优化 交替方向乘子法 

摘      要：随着工业生产和居民生活对能源需求的日益增加,如何合理利用能源、提高能源效率已成为学术界探讨的热点。多能源系统通过传统的运营方式对系统内部进行运营管理,各自为主体的运营方式一定程度上降低了能源产能效率。近年来我国人口城市化和经济全球化程度不断加深,伴随着国民经济的发展,我国楼宇集群的耗能问题格外突出,截至目前国内楼宇总能耗占比已超过全社会总能耗的30%,这与我国秉承的绿色均衡发展理念相悖。区域电-热综合能源系统(regional integrated electricity and district heating systems,RIEDHS)的协调运行可以显著提高能源的利用效率。由于RIEDHS具有多能协同互补和多主体运营的特性,系统内部各个子运营主体的运行数据均存在一定程度的隐私性,这种情况下传统的集中式优化调度方法将不再适用。针对上述问题,本文在保护RIEDHS多主体运营系统运行参数隐私的情况下,充分挖掘不同供热模式楼宇集群储能潜力,通过利用楼宇热惯性达到提高系统经济性和光伏消纳水平的目的,本文主要完成的研究内容如下:1)构建了区域电-热综合能源系统中配电网子系统、热力子系统和楼宇集群热惯性模型并对区域电-热综合能源系统中电热能源的耦合转化机理、楼宇集群供能方式进行了分析,表明区域供热系统及不同供热模式楼宇集群所具有的储热能力。针对楼宇内部制热区域供能模式的不同,将楼宇集群分为居民楼宇和商业楼宇两大类别,将不同供热模式楼宇集群作为有限容量的蓄热单元集成到区域电-热综合能源系统中进行协同优化。2)提出了考虑楼宇不同供热模式的区域电-热综合能源系统优化调度模型,针对配电网支路潮流模型非凸非线性问题采用二阶锥松弛技术将模型凸化处理;考虑到楼宇集群制热区域内部温度动态过程,采用差分化方法对楼宇热惯性模型中的微分方程进行扩展求解,以区域电-热综合能源系统运行成本最小为目标进行优化调度运行,通过算例分析验证了该模型的正确性及有效性,结果表明利用不同供热模式的楼宇热惯性可以实现系统内部多类能源的高效利用,在一定程度上能够提升系统的灵活操作能力和光伏消纳水平,从而进一步降低系统运行总成本。3)将交替方向乘子法分布式优化方法引入到区域电-热综合能源系统的优化调度运行当中,提出了解决多主体运营系统内部运行参数隐私问题的分布式优化方案。算例分析结果表明,该分布式优化方案可在保护运营系统隐私的情况下完成系统的优化调度运行,能够充分发挥区域电-热综合能源系统需求响应潜力。采用带有可变惩罚参数的交替方向乘子法进一步提升分布式优化方法的收敛性能,放宽交替方向乘子法对惩罚参数初值选择的依赖限制。