考虑能量梯级利用的园区综合能源系统规划与运行

作     者：吴龙杰 

作者单位：南昌大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王淳;吴素农

授予年度：2022年

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

主      题：园区综合能源系统 能量梯级利用 多阶段规划 两阶段鲁棒优化 列与约束生成法 

摘      要：作为能源互联网的重要物理载体,综合能源系统利用先进的能源管理技术对电、热、冷、气等能源的生产、传输、利用等环节进行统一管理和协调优化,是集多种能源产销于一体的统一系统。综合能源系统有望缓解当前能源利用与环境保护之间的矛盾,是能源领域重要发展的方向。园区综合能源系统直接面向消费侧终端负荷,本文对考虑能量梯级利用的园区综合能源系统规划与运行问题展开研究,具体工作包括:(1)构建了一种考虑能量梯级利用的园区综合能源系统架构。园区综合能源系统供应多种形式能源,包括电能、蒸汽热能、高温热能、中温热能和冷能。给出了能量生产与转换设备和储能设备的输入量与输出量之间的数学表达式。给出了各能源母线的功率平衡的数学表达式,能源母线包括气能母线、电能母线、蒸汽热能母线、高温热能母线、中温热能母线和冷能母线。(2)建立了一种考虑能量梯级利用和建设时序的园区综合能源系统多阶段双层规划模型。根据规划周期内园区的负荷变化情况,将园区综合能源系统的规划周期划分为多个阶段。园区综合能源系统多阶段双层规划模型包含上层园区综合能源系统容量配置模型和下层园区综合能源系统优化运行模型。为了求解双层规划模型,首先构造运行优化模型的拉格朗日函数,并根据运行优化模型的KKT条件,将其转化为容量配置模型的约束条件;通过以上变换可以将双层规划模型转为包含非线性项的单层规划模型,然后采用大M法对非线性项线性化,最后得到混合整数线性规划模型。算例验证了园区综合能源系统多阶段双层规划模型的有效性。(3)建立了一种考虑能量梯级利用的园区综合能源系统两阶段鲁棒优化调度模型。两阶段鲁棒优化调度模型考虑光伏出力与负荷功率不确定性对园区综合能源系统运行调度的影响,以日运行成本最小为目标函数。在两阶段鲁棒优化模型中,第一阶段确定各设备的运行状态;在此基础上,第二阶段针对可能出现的最恶劣的运行场景确定各设备的运行功率;然后,将第二阶段求解得到的最恶劣场景传递到第一阶段,使第一阶段针对更恶劣场景确定最优的设备运行状态,反复迭代直至收敛。利用列与约束生成法、强对偶理论求解园区综合能源系统鲁棒优化调度模型。最后通过算例验证了园区综合能源系统两阶段鲁棒优化调度模型的可行性。