團隊介紹

福建省“數(shù)字能源”專業(yè)學(xué)位研究生導(dǎo)師團隊于2019年10月由福建省教育廳批準成立。團隊秉承“區(qū)域協(xié)同創(chuàng)新、技術(shù)服務(wù)社會”的宗旨，堅持產(chǎn)學(xué)研合作，助推科研成果落地。團隊面向能源系統(tǒng)的數(shù)字化和物聯(lián)化趨勢，依托福建省電器智能化工程技術(shù)研究中心、福建省工業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)型制造公共服務(wù)平臺、福州大學(xué)數(shù)字能源研究院、福州大學(xué)電力安全與質(zhì)量保障工程技術(shù)中心等科研平臺，長期致力于新能源電網(wǎng)安全保障、能源綜合高效利用以及能源大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)理論研究和工程技術(shù)應(yīng)用。

團隊現(xiàn)有專任教師8名，企業(yè)導(dǎo)師9名，其中高級職稱12人，博士9人，已培養(yǎng)碩士研究生30余人，其中2人獲評福建省優(yōu)秀碩士學(xué)位論文、5人獲評福州大學(xué)優(yōu)秀碩士學(xué)位論文。團隊近年來承擔科研項目30余項，其中國家重點研發(fā)計劃子課題1項、國家自然科學(xué)基金項目6項、省級自然科學(xué)基金類項目11項、市廳級項目5項、校企合作科研項目多項，研制的電能質(zhì)量監(jiān)測儀達到A級表要求。

研究背景

在節(jié)能減排的新形勢下，綜合能源系統(tǒng)(Integrated Energy System, IES)因其多能互補和能源利用效率高的優(yōu)勢，已經(jīng)被全球70余個國家研究與應(yīng)用。而IES的規(guī)劃方案對系統(tǒng)的實際運行效益產(chǎn)生重大影響。

當能源設(shè)備安裝容量過小時，不僅無法滿足用戶的負荷需求，還會導(dǎo)致園區(qū)無法發(fā)揮多能互補、節(jié)能減排的優(yōu)勢；當能源設(shè)備安裝容量過大時，則會導(dǎo)致園區(qū)的投資成本過高，設(shè)備運行效率低下的同時能量損耗增加。隨著可再生能源滲透率不斷提高，IES中的不確定性因素廣泛存在。

風(fēng)電、光伏等可再生能源的隨機性、間歇性和波動性，負荷的不確定性給IES的規(guī)劃帶來巨大挑戰(zhàn)。在規(guī)劃時，若不考慮風(fēng)光出力和負荷的不確定性，會造成系統(tǒng)容量配置過于理想化，設(shè)備利用率低，綜合能源系統(tǒng)無法穩(wěn)定、安全、經(jīng)濟運行等一系列問題；而無法合理考慮不確定性因素，同樣會導(dǎo)致設(shè)備配置不夠合理，影響園區(qū)的高效運行。

論文所解決的問題及意義

現(xiàn)有的研究綜合能源系統(tǒng)不確定性問題的方法，區(qū)間優(yōu)化和魯棒優(yōu)化只需獲取不確定變量的波動區(qū)間，在缺乏統(tǒng)計信息時具有良好的工程應(yīng)用價值，被廣泛應(yīng)用于綜合能源系統(tǒng)不確定性研究中。但是以上方法無法定量考慮不確定性因素的影響，可能會導(dǎo)致規(guī)劃結(jié)果受不確定性因素影響大的同時配置方案的合理性降低。

針對上述問題，本文建立了基于仿射的優(yōu)化配置模型，將優(yōu)化配置模型拆分成兩個子問題，分別最小化年總綜合成本的中心值及計及不確定性因素影響的年總綜合成本變化量。通過在規(guī)劃過程中，定量考慮不確定性因素的影響，提升規(guī)劃結(jié)果的合理性和工程實用價值。

論文方法及創(chuàng)新點

確定性優(yōu)化模型的上層以年綜合成本最小為目標函數(shù)，決策變量為各類設(shè)備的安裝容量。確定性優(yōu)化模型的下層為優(yōu)化調(diào)度模型，以園區(qū)運行成本最小為目標函數(shù)，決策變量為園區(qū)中的設(shè)備各時刻功率值，園區(qū)運行成本包含設(shè)備維護成本、能源交互成本、燃料購買成本、碳排放成本。確定性優(yōu)化模型的約束條件，包含能源功率平衡約束、能源設(shè)備運行約束、能源交互功率約束等。其中風(fēng)電、光伏、負荷功率僅考慮預(yù)測值（仿射中心值）。

圖1 優(yōu)化配置模型流程

不確定性優(yōu)化模型根據(jù)源荷預(yù)測誤差，調(diào)整儲能設(shè)備功率、園區(qū)與上游能源網(wǎng)絡(luò)的交互功率，優(yōu)化因源荷預(yù)測誤差所導(dǎo)致的儲能容量變化量，從而最小化不確定性因素導(dǎo)致的年總綜合成本變化量。優(yōu)化模型的約束條件中含有儲能功率、園區(qū)與上游能源網(wǎng)絡(luò)交互功率的仿射形式。疊加兩個子問題的優(yōu)化結(jié)果，得到綜合能源系統(tǒng)的優(yōu)化配置方案。

結(jié)論

本文提出了一種計及源荷不確定性的綜合能源系統(tǒng)協(xié)同優(yōu)化配置方案。基于仿射優(yōu)化理論，將園區(qū)優(yōu)化配置模型拆分成確定性優(yōu)化和不確定性優(yōu)化，不確定性優(yōu)化以確定性優(yōu)化為基礎(chǔ)，交替迭代優(yōu)化源荷預(yù)測誤差導(dǎo)致的儲能配置容量的變化量，通過對比不同方案的系統(tǒng)容量配置結(jié)果，得到以下結(jié)論：

1）將園區(qū)優(yōu)化配置模型拆分成確定性優(yōu)化和不確定性優(yōu)化，以不確定性導(dǎo)致的年總綜合成本最小化為不確定性優(yōu)化的目標函數(shù)有利于降低預(yù)測誤差對優(yōu)化配置方案的影響；在不確定性優(yōu)化模型中，以運行成本最大化模型預(yù)測源荷功率誤差，以運行成本最小化模型調(diào)整儲能設(shè)備出力、園區(qū)與上游能源網(wǎng)絡(luò)的交互值，有利于規(guī)劃結(jié)果盡可能滿足各種運行情況。

2）用仿射研究綜合能源系統(tǒng)的不確定性問題有利于優(yōu)化綜合能源系統(tǒng)的優(yōu)化配置，改善優(yōu)化配置方案因源荷不確定性導(dǎo)致的系統(tǒng)容量配置過于理想化、設(shè)備利用率低等問題。

引用本文

高統(tǒng)彤, 邵振國, 陳飛雄. 計及多能流不確定性的綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化配置[J]. 電氣技術(shù), 2022, 23(3): 1-10. GAO Tongtong, SHAO Zhenguo, CHEN Feixiong. Optimal allocation of integrated energy system considering the uncertainty of multi-energy flow. Electrical Engineering, 2022, 23(3): 1-10.