基于分布式滚动优化的区域综合能源系统经济调度研究

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随着社会经济水平和人们生活质量的不断提升,能源安全问题和环境污染问题也日益突出。如何在满足人们对电、气和热等能源质量需求的同时,有效地提高多类型能源的综合利用效率和环境效益,已经成为了当前各国关注的热点问题。因此,通过区域综合能源系统(Integrated Community Energy System,ICES)将电/气/热三种能源进行有机融合,成为了实现传统能源供应模式变革的一条重要解决途径,对能源领域持续健康的发展具有重要的现实意义。目前,多类型能源间的协调优化问题是ICES的研究热点之一,国内外学者也对此进行了一定的研究,并取得了一定的研究成果。本文在现有研究成果的基础上,对ICES中多类型能源的协调优化问题展开了进一步的研究,改进了传统的能源集线器(Energy Hub,EH)模型,并基于此模型研究了单个EH内部的经济调度问题和多个EH间协调优化问题,提出了基于分布式滚动优化的区域综合能源系统经济调度模型,具体展开了以下研究工作:首先,本文介绍了EH的概念和功能,提出了计及可再生能源装置和电、热储能装置的改进型EH模型。研究了基于改进模型下考虑储能成本的日前经济调度问题,通过对比三种仿真场景下的结果,验证了本文所提的改进型模型的优越性,并分析了电、热储能的运行效果。其次,基于改进型的EH模型构建了含多个EH的ICES,以单个EH作为子区域,分析了多个子区域间的独立性及子区域与整个ICES的层次关系,将ICES划分为协调控制层和子区域层,并提出了一种双层分布式协调优化调度模型。其中,协调控制层以最小化区域传输能量损耗为优化目标,以区域能源功率平衡以及能量传输限制作为约束;子区域层以用能经济性最优和储能系统损耗最小为目标,以单个EH内部能量平衡以及EH中各类设备运行限制作为约束。然后,引入交替方向乘子法(Alternating Direction Method of Multipliers,ADMM)以及动态滚动优化策略,对含多个EH的ICES双层分布式协调经济调度问题进行了滚动分布式优化建模,并制定了相应的求解流程。最后,本文采用某地区的实际数据进行算例分析,从供能设备出力情况、储能设备充放能情况、传输系统损耗情况、EH模型优势对比、调度模型经济性、滚动优化窗口对动态优化调度的影响以及分布式算法的有效性等多个方面对所提模型和所用算法进行了验证,证明了模型和算法的创新性和实用性。
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