【摘 要】
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能源系统正面临着诸多挑战,能源互联网的重要物理载体——综合能源系统的概念应运而生。以电、热为主要能量形式的综合能源系统也称为电热综合能源系统(Integrated electricity-heat systems,IEHS),多能存储在其中发挥融合能源子系统(电力系统和热力系统)的作用,因此开展多能存储的配置和运行研究对提高能源利用效率、促进新能源发展和确保社会用能安全等方面具有理论意义和工程价值
【基金项目】
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国家重点研发计划“多能源互补发电及重要负荷独立供电技术(2017YFB0903403)”; 国家自然科学基金面上项目“含储能元件的广义综合负荷建模及其参数灵敏度分析研究(51677059)”; 国家重点研发计划“梯次利用动力电池应用场景分析及再利用寿命和经济评估技术研究(2018YFB0905304)”; 国网冀北电力有限公司张家口供电公司项目“地区电网的光伏/负荷/储能/储热互补协调优化”
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能源系统正面临着诸多挑战,能源互联网的重要物理载体——综合能源系统的概念应运而生。以电、热为主要能量形式的综合能源系统也称为电热综合能源系统(Integrated electricity-heat systems,IEHS),多能存储在其中发挥融合能源子系统(电力系统和热力系统)的作用,因此开展多能存储的配置和运行研究对提高能源利用效率、促进新能源发展和确保社会用能安全等方面具有理论意义和工程价值。基于上述背景,本文开展了区域电热综合能源系统中储能协同配置及含储能的电热综合能源系统优化运行研究,研究工作的主要内容如下:1)在多能存储协同配置方面,提出了考虑电/热/冷多元储能差异化建模的区域IEHS储能协同配置方法。首先,在耦合能流上建立基于电/热网络建模的IEHS模型;然后,在储能特性描述上基于储能共性建立电储能有功-无功模型和热/冷储能精细化模型,并定义多元储能综合效率用于控制不同类型储能效率对能源综合利用效率的影响。随后建立多元储能协同配置模型,采用遗传算法和Gurobi求解器相结合的混合策略求解。算例对多元储能协同配置与单独配置进行对比,并分析了多元储能差异性和综合效率对储能配置的影响。2)在含储能的IEHS优化调度方面,本文从电/热储能互补协调的角度提出IEHS优化调度方法。首先,考虑热网储热特性及供能网络电压、温度等节点状态约束,建立IEHS模型;然后,分析新能源所接的电储能、热电联产所接的热储能、电制热设备所接的热储能三类储能在消纳新能源弃电和电负荷削峰场景下的互补协调关系;之后,建立IEHS优化调度模型,并利用GAMS软件进行建模求解;最后,结果表明电储能和热储能协调运行有效消纳新能源弃电和削减电负荷高峰。3)为了应对IEHS与多能微网间交互功率日前计划与日内实际的不确定性偏差带来的经济和安全问题,本文提出了IEHS/微网协调鲁棒优化运行策略。首先,基于主从博弈理论建立确定性的协调运行双层规划模型,并运用KKT条件和二进制展开法等线性化技术将其转换为带均衡约束的数学规划问题。之后,建立两阶段鲁棒优化模型,第一阶段为期望场景下的日前协调运行,第二阶段为最恶劣场景下的日内运行鲁棒性检验。此外,第二阶段决策中包含电池储能充放电状态变量,提升了储能应对不确定因素的灵活性。最后,嵌套列与约束生成算法被用于求解该带有混合整数追索权的两阶段鲁棒优化问题。算例分析了电池储能运行模式和交互功率不确定性对IEHS/微网协调运行的影响。
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