一种综合能源系统中柔性资源的灵活调节能力评估方法与流程

本发明涉及综合能源系统领域，尤其是涉及一种综合能源系统中柔性资源的灵活调节能力评估方法。

背景技术：

1、现有的综合能源系统建设方案提出了高比例新能源接入的新型电力系统和多能耦合的综合能源系统。在源侧，海量分布式新能源出力的不确定性和波动性将影响系统运行的可靠性，现有技术不能较好地解决该问题；在荷侧，随着终端电气化设备的广泛应用，用户侧负荷需求呈多样化发展，多元负荷的接入给综合能源系统可靠运行也增加了新的负担；由于用户侧需求响应资源具有一定的灵活调节能力，若采取合理的改善措施，充分挖掘柔性资源的可调能力，可以极大的提升综合能源系统的可靠性和经济性，同时，提高新能源消纳能力，降低碳排放量。

2、因此，随着光伏、风电等可再生能源接入电网，以及电、气、热等多能源耦合，源、荷功率的不确定性及不可控性也会对综合能源系统的稳定运行造成恶劣影响。综合能源系统需要充分挖掘柔性资源的灵活调节能力以响应运行过程中的不确定性。现有技术中，公开号为cn 115907432 a的中国专利公开了一种区域综合能源系统多能源站源、荷、储协同规划方法，该方法主要为了解决源、荷不确定性对于区域综合能源系统源、荷、储规划方案的影响，降低系统建设成本。并未涉及在能量梯级利用运行模式的综合能源系统中，挖掘柔性资源的灵活调节能力的这一问题。为了解决这一问题，需要一种提出柔性资源状态评估方法，以量化系统柔性资源的灵活调节能力，为后续进行运行控制以及规划配置提供依据。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种综合能源系统中柔性资源的灵活调节能力评估方法。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、本发明公开了一种综合能源系统中柔性资源的灵活调节能力评估方法，包括以下步骤：

4、步骤s1、根据低碳园区多种能源的运行状态，建立综合能源系统能量梯级利用模型；所述综合能源系统能量梯级利用模型包括以下各类型能源设备数学模型，根据所述各类型能源设备数学模型的能量耦合关系，得到所述综合能源系统能量梯级利用模型的能量供需方程；

5、步骤s2、计算所述各类型能源设备数学模型的灵活调节能力与灵活调节需求；综合所述各类型能源设备数学模型的灵活调节能力与灵活调节需求，得到能量梯级利用模式下的综合能源系统柔性资源调节能力计算方程；

6、步骤s3、根据综合能源系统柔性资源调节能力计算方程，以及低碳园区综合能源系统柔性资源评价指标，对所述综合能源系统中柔性资源调节能力进行评估。

7、进一步地，所述综合能源系统能量梯级利用模型的能量供需方程包括：

8、

9、

10、其中，ptsupply_e为总供电量，为t时刻综合能源系统向电网的购电功率，是燃气轮机发电功率，是风电输出功率，是光伏输出功率，为电池储能放电功率，是总供热量，上标s\h\m\l\c分别表示蒸汽\高\中\低\冷热能，是蒸汽热功率，为燃气锅炉输出热能，为尖峰加热器制热功率，为电热泵设备制热功率，为储热水箱输出功率，是低温热功率，为电制冷设备制冷功率，为储冷水箱输出功率，为总供气量，为t时刻综合能源系统向气网的购气功率；为p2g设备输出功率，为储气罐输出功率；

11、ptdemand_e为总电能负荷，pload,t为电能负载，为电热泵设备耗电功率，为电制冷设备耗电功率，为p2g设备耗电功率，是总热能负荷，上标s\h\m\l\c分别表示蒸汽\高\中\低\冷热能，hload_s,t为蒸汽负荷；hload_h,t为高温水热负荷，hload_m,t为中温水热负荷，hload_l,t为低温热水负荷，hload_c,t为冷能负荷，为加热器吸收蒸汽热功率，为储热水箱输入功率，为储冷水箱输入功率，是总气能负荷，是储气罐输入功率，gload,t为天然气负荷，kgas为天然气低位燃烧热值，为t时刻燃气轮机的进气量，为燃气锅炉的进气量，与是尖峰加热器与电热泵在被加热侧和驱动侧之间的热能输入比，是系统固定运行参数。

12、进一步地，计算所述各类型能源设备数学模型的灵活调节能力与灵活调节需求包括：计算购买电能、气能产生的灵活调节能力；计算储能产生的灵活调节能力；计算能量转化设备产生的灵活调节能力，其中，所述能量转化设备包括燃气轮机，燃气锅炉，电制气设备，电热泵、电制冷以及尖峰加热器；计算电能、热能、气能负荷的灵活调节需求；计算新能源产生的灵活调节需求；计算能量转化设备的灵活调节需求；

13、所述综合能源系统柔性资源调节能力计算方程，如下公式所示：

14、

15、

16、式中，为t时刻的系统上调/下调调节能力，su为上调，sd为下调；下标e\s\h\m\l\c\g表示电能\蒸汽\高\中\低\冷\燃气能；为t时刻的系统上调/下调调节需求，du为上调，dd为下调；表示t时刻的购电上调、下调灵活调节能力；表示t时刻的购气上调、下调灵活调节能力；分别表示电储能的上调、下调灵活调节能力；分别表示储热水箱的上调、下调灵活调节能力；分别表示储冷水箱的上调、下调灵活调节能力；分别表示储气罐的上调、下调灵活调节能力；分别表示燃气轮机的电能、蒸汽、低温热水上/下调灵活调节能力；分别表示燃气锅炉、尖峰加热器、点热泵、电制冷，电制气设备的上/下调灵活调节能力；分别表示电能\蒸汽\高\中\低\冷\燃气能上/下调灵活调节需求；分别表示风电、光伏、电制热、电制冷、电制气、尖峰加热器、燃气轮机、燃气锅炉的上/下调灵活调节需求。

17、进一步地，所述计算购买电能、气能提供的灵活调节能力具体为：综合能源系统通过向主网增加或减少电能、气能购买量以提供上/下电能、气能调节能力，采用如下公式表示：

18、

19、其中，分别为最大/最小购电量；分别为最大/最小购气量；分别为购电向上，向下调节速率，分别为购气向上，向下调节速率，τ是调度时间尺度。

20、进一步地，所述计算储能产生的灵活调节能力采用如下公式表示：

21、

22、其中，socess,t表示t时刻储能设备的储能状态；capess为储能容量上限；为储能设备充/放能功率；分别为充/放能效率；分别为最大/最小储能状态；其中，下角标ess表示电池储能，下角标hss表示储热水箱，下角标css表示储冷水箱，下角标gss表示储气罐。

23、进一步地，计算能量转化设备中任意一种设备x产生的灵活调节能力和灵活调节需求均采用如下公式表示：

24、

25、其中，是设备x的上调灵活调节能力；是设备x的下调灵活调节能力；是设备x的上调灵活调节需求，为设备x的下调灵活调节需求；是设备x的输入功率，是设备x的输出功率；分别为设备x最大/最小运行功率；分别为设备x向上/向下爬坡率。

26、进一步地，所述计算新能源产生的灵活调节需求包括：风力发电输出波动产生的灵活调节需求和光伏发电输出波动产生的灵活调节需求。

27、进一步地，所述风力、光伏发电输出波动产生的灵活调节需求采用如下公式表示：

28、

29、其中，分别表示风电上/下调灵活调节需求；ewt为风电预测误差，是t时刻风电输出，是t+1时刻风电输出；分别表示光伏上/下调灵活调节需求；epv为光伏预测误差，是t时刻光伏输出，是t+1时刻光伏输出。

30、进一步地，所述电能负荷的灵活调节需求采用如下公式表示：

31、

32、其中，分别表示电能上/下调灵活调节需求；eload_e是负荷平均相对预测误差，pload,t是t时刻的电能负荷；气能、热能灵活性需求的计算方法与电能相同。

33、进一步地，所述低碳园区综合能源系统柔性资源评价指标包括：柔性资源供需平衡指标、柔性资源缺额度、柔性资源充裕度、柔性资源缺额量和柔性资源充裕量。

34、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

35、(1)本发明通过得到综合能源系统柔性资源调节能力计算方程，能够准确计算出柔性资源的灵活调节潜力，以响应综合能源系统运行过程中的不确定性。

36、(2)本发明基于综合能源系统能量梯级利用模型的能量供需方程，能够充分了解低碳园区综合能源系统的各个设备的能量需求与供给，为对综合能源系统柔性资源调节提供依据。

37、(3)基于本发明提出综合能源系统柔性资源评价指标，能够更好对低碳园区综合能源系统中的柔性资源进行调度，掌握柔性资源的状况。