【摘 要】
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为了达到建立“清洁低碳、安全高效”的能源体系的长期目标,需要大力提高非化石能源消费占比以及进一步提高能源利用率。而包含了可再生能源发电和能够提供多种形式能源的综合能源系统成为解决这些问题的重要手段。此外,与传统电力系统相比,综合能源系统具有设备种类和运行工况多样、能源之间存在耦合关系且动态特性差异较大、可再生能源发电和负荷需求随机性高等特点,使得其调度问题尤为复杂。基于上述背景,本文根据综合能源系
【基金项目】
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国家自然科学基金重点项目“高比例可再生综合能源系统冷热电协同控制基础研究”(项目号:51936003); 国家重点研发项目“特色小镇全可再生能源多能互补热电气储耦合供能系统关键技术及示范”(项目号:2018YFB1502900)
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为了达到建立“清洁低碳、安全高效”的能源体系的长期目标,需要大力提高非化石能源消费占比以及进一步提高能源利用率。而包含了可再生能源发电和能够提供多种形式能源的综合能源系统成为解决这些问题的重要手段。此外,与传统电力系统相比,综合能源系统具有设备种类和运行工况多样、能源之间存在耦合关系且动态特性差异较大、可再生能源发电和负荷需求随机性高等特点,使得其调度问题尤为复杂。基于上述背景,本文根据综合能源系统的结构特性和能源优化管理需求,研究其基于混合逻辑模型的动态调度策略以及基于场景法的随机调度策略,主要研究内容包括:(1)为获得后续动态调度以及随机调度所需的基础调度模型,建立了典型综合能源系统主要设备的状态空间模型。其中,在微型燃气轮机的供热部分加入惯性环节来表达其动态特性。此外,采用0-1变量表达各种设备开停机或工作状态的逻辑关系。最后,针对综合能源系统中出现的随机变量,建立其预测误差的概率分布模型,并用统计学指标证明其准确性。(2)针对调度会引入离散的整数优化变量,使得无法直接用常规模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)进行求解的问题,研究了建立混合逻辑动态模型的方法,给出一系列逻辑关系转化为混合整数不等式的推导,并对目标函数中由于全工况模型而带来的非线性进行分段线性化处理。然后将动态调度问题转化为基于MPC框架的混合整数线性优化问题。最后,通过算例对所提动态调度策略与常规静态调度进行对比分析。(3)采用基于场景法的双层随机优化来处理可再生能源出力及负荷需求的随机性。在场景生成中采用基于逆抽样的方法,利用考虑变量相关性的多元标准正态分布来对服从任意给定概率分布的随机变量进行抽样并产生大量的场景。然后用同步回代削减法对生成的初始场景集进行合理的删减,以保留最具有代表性的场景用于随机调度。此外,为了权衡运算量与准确度,给出了确定最佳生成场景数目和削减场景数目的方法。最后,通过算例验证了所提随机调度策略的必要性。
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