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申请/专利权人：天津大学

摘要：本发明涉及一种区域电‑热综合能源系统太阳能消纳设备两阶段鲁棒规划方法，首先，明确区域电‑热综合能源系统组成部分及组成结构；其次，输入系统参数并设置算法初值；随后，求解区域电‑热综合能源系统太阳能消纳设备两阶段鲁棒规划方法的主问题；接着，求解区域电‑热综合能源系统太阳能消纳设备两阶段鲁棒规划方法的主问题；最后，判断上、下界之差是否小于允许误差，以得到最终的太阳能消纳设备规划方案。本发明通过建立不确定集并调整不确定因素的不确定度，寻找在恶劣太阳能光照强度不确定条件下仍满足系统安全运行约束的保守经济最优解，为投资者提供了太阳能消纳设备投资项目的经济性优化底线。

主权项：1.一种区域电-热综合能源系统太阳能消纳设备两阶段鲁棒规划方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：确定区域电-热综合能源系统组成部分及组成结构，并据此确定区域电-热综合能源系统模型；步骤2：输入系统参数并设置算法初值，其中系统参数包括配电网系统参数、区域热网参数、区域电-热综合能源系统设备参数、典型日负荷参数、环境参数，算法初值包括鲁棒模型目标函数上下界、当前迭代次数、可行割集合、允许误差、不确定参数初值；步骤3：求解区域电-热综合能源系统太阳能消纳设备两阶段鲁棒规划方法的主问题，求得最优解并更新下界；步骤4：求解区域电-热综合能源系统太阳能消纳设备两阶段鲁棒规划方法的子问题，求得最优解及子问题目标函数值并更新上界；步骤5：判断上、下界之差是否小于允许误差，若是则求解完成并退出迭代，同时返回鲁棒最优解，否则继续求解主子问题，以得到最终的太阳能消纳设备规划方案；所述的步骤3中的求解区域电-热综合能源系统太阳能消纳设备两阶段鲁棒规划方法主问题包括以下步骤：步骤3-1：建立主问题的两阶段鲁棒规划模型，具体包括以下步骤：步骤3-1-1：采用盒式不确定集描述太阳能光照强度时间维度的不确定性： 其中，Ωt为全年所有典型日调度时间间隔集；Nt为全年所有典型日调度时间间隔总数，其值为Nday×NΔt；w表示太阳能光照强度不确定元素向量；wt,d为d典型日t时刻的太阳能光照强度；为d典型日t时刻太阳能光照强度的预测值；ΔIt,d为d典型日t时刻太阳能光照强度的最大波动值；Γ为不确定预算，用于调整模型不确定度；步骤3-1-2：基于项目经济效益，建立主问题目标函数；为计算安装太阳能消纳设备的经济性，需要考虑太阳能消纳设备的投资费用、作为太阳能消纳设备备用的储能设备的投资费用，以及整个系统投资项目年限内的运维费用、燃料费用、购电费用、惩罚费用；同时考虑太阳能不确定性对目标的劣化，主问题目标函数如下： 其中，为太阳能消纳设备及储能设备的年化投资费用元；为系统年运维费用元；分别为系统的年燃料费用元、年购电费用元；为系统的年惩罚费用元；χ为引入的辅助变量；五项费用计算如下：1年化投资费用系统年化投资费用包括太阳能消纳设备光伏、太阳能集热器的年化投资费用元，及电、热储能设备的年化投资费用元： 其中，cins,PV、cins,SC、cins,EES、cins,TES分别为光伏、太阳能集热器投资成本元m2及储电设备、储热设备投资成本元kWh；APV,i、ASC,i分别为节点i处光伏、太阳能集热器安装面积m2；CapEES,i、CapTES,i分别为节点i处电、热储能设备安装容量kWh；Nbus、Nnode分别为配电网母线数量及区域热网节点数量；rCR为设备资金收回系数，计算如下： 其中，r为系统贴现率；Li为设备i的运行寿命期望值年；2年运维费用系统运行过程中，各个设备均会产生运维费用： 其中，分别为光伏、太阳能集热器、CHP机组、电热锅炉、储电设备、储热设备的年运维费用元；cOM,PV、cOM,SC、cOM,CHP、cOM,EB、cOM,EES、cOM,TES分别为光伏、太阳能集热器、CHP机组、电热锅炉、储电设备、储热设备的运维成本元kW；Nday为一年中的天数；NΔt为一天内调度时间间隔数量；3年燃料费用年燃料费用指CHP的年耗气费用： 其中，cgas为天然气价格元m3；4年购电费用年购电费用指系统从上级电网购电的总费用： 其中，为t时刻上次电网购电价格元kWh；5年惩罚费用年惩罚费用包括配电网网损、区域热网热损及弃光惩罚费用： 其中，分别为配电网网损、区域热网热损及弃光的惩罚系数元kWh；ASEC为系统的年度太阳能弃光量kWh，计算详见公式3-4；此外，为了测算优化后的区域电-热综合能源系统太阳能消纳设备规划方案在经济上是否可行，需要计算规划方案的动态回收期是否在投资项目年限内；动态回收期TP年计算如下： 其中，CIl、COl分别为第l年的现金流入量及流出量元；i0为基准收益率；若系统每年净收益相等，则TP可由下式计算得出： 其中，为每年的净收益元；Cins为总投资费用元；步骤3-1-3：确定主问题优化变量；优化变量被分为两类，不确定参量确定前的变量x，即第一阶段问题的变量，和不确定量确定后的变量y，即第二阶段问题的变量：1规划优化变量包括：·各能源站内的光伏安装面积APV、太阳能集热器安装面积ASC；·储电设备安装容量CapEES、储热设备安装容量CapTES；·能源存储设备运行状态2运行优化变量包括：·各典型日各个时刻上级电网出力热源出力·各典型日各个时刻配电网母线电压ut,d，支路电流it,d，支路功率Pt,d、Qt,d，母线注入功率·各典型日各个时刻区域热网节点供、回水温度Ts,t,d、Tr,t,d；·各典型日各个时刻各类能源转换、能源存储设备的出力，包括步骤3-1-4：确定主问题约束条件： 其中，对于约束，Fx≥f包含35；Ax+Ly≥a包含9-10、27-28、31、33、37、39-40、45，以及42-43、47-48的左半约束；Jxx+Ry≥0包含42-43、47-48的右半约束；Ey＝Hxd包含30、32；包含6；其余约束均可用Bx+Ky＝b表示；步骤3-2：求解主问题，求得最优解并更新下界其中，χ为辅助变量；具体包括以下步骤：主问题中，目标函数为线性，约束Jxx+Ry≥0为双线性，为二阶锥形式，其余约束均为线性；为方便模型求解，使用大M法对42-43、47-48的右半约束进行以下处理；以42-43右半约束为例，令则原约束可转化为： 其中，M为一足够大正实数；同理，令47-48的右半约束可转化为： 至此，42-43、47-48的右半约束被转化为线性约束61-62，主问题被转化为0-1混合整数二阶锥优化问题，可使用CPLEX、GUROBI现有优化软件进行求解。

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