- 頭條國網上海電力公司專家提出區域綜合能源系統運行優化的新方法2022-08-17 作者：楊海濤、江晶晶 等 | 來源：《電氣技術》 | 點擊率：導語國網上海市電力公司市北供電公司等單位的研究人員楊海濤、江晶晶 等，在2022年第4期《電氣技術》上撰文，以上海世博園區B片區綜合能源系統為研究對象，分析其現有運行策略在夏季和冬季典型工況下的運行效果。 首先，針對現有運行策略的不足，結合模型預測控制（MPC）滾動優化方法構建區域綜合能源系統運行優化的數學模型；其次，考慮冷、熱、電負荷及可再生能源的實時特性，在滾動優化過程中引入動態調整模型，用于對調度策略的實時調節；最后，將優化模型應用于該區域綜合能源中心，對現有機組的運行策略進行優化。通過運行優化，該園區B片區夏冬兩季累計收益分別提高了27.4%和15.6%。
研究背景
近年來，冷、熱、電三聯供（CCHP）分布式能源系統得到了各國政府的認同和應用，已成為各國節能和改善環境的重要舉措之一，CCHP分布式能源系統的節能減排主要體現在減少建筑物能耗方面。制定合理、高效的CCHP優化策略對提高清潔能源的消納水平、實現能源的梯級利用具有重大意義。
在綜合能源系統的優化調度與控制中，可再生能源出力和負荷預測的準確度對調度結果有很大影響，而預測模型的精度具有隨時間尺度減小而不斷提高的特點，但只依靠頻繁調用預測模型減小預測時間尺度將增大計算負擔，因此可以結合模型預測控制（MPC），通過預測模型、滾動優化和反饋矯正減小預測誤差與不確定性帶來的影響。
論文所解決的問題及意義
為提高CIES的關鍵設備在變工況運行時的動態響應能力，本文以上海世博園區B片區綜合能源站為研究對象，構建基于MPC的CCHP區域綜合能源站運行優化的數學模型。
其中滾動優化階段基于MPC以最大化綜合能源系統的日收益為目標，結合機組啟停懲罰成本，構建混合整數線性滾動優化模型，以此制定大時間尺度下的能源上游關鍵設備的調度計劃；基于滾動優化階段制定的調度計劃，在較小的時間尺度上根據超短期預測數據建立以最小化功率調整懲罰成本為目標函數的混合整數線性規劃滾動優化模型，動態調整能源上游關鍵設備的調度計劃，從而增強系統的動態響應能力。
圖1 上海世博園區B片區能源站系統
論文方法及創新點
對上海世博園區B片區綜合能源站的優化，主要采用MPC尋找收益最優解。目標函數為典型日收益最大化，同時根據典型日負荷曲線進行求解，獲得系統中各個機組設備的運行策略。優化流程如圖2所示。
圖2 優化流程
本文提出的基于MPC的多時間尺度滾動優化策略原理如圖3所示。在實際運行過程中，由于預測誤差和電、熱、冷負荷的動態變化，滾動優化階段制定的調度計劃與實際的負荷需求有偏差，因而需要進行小時間尺度的動態調整。
圖3 基于MPC的多時間尺度滾動優化策略
基于本文所提出的基于MPC的區域綜合能源系統運行優化方法，本文對05月12日和01月09日兩個典型日的調度計劃進行優化。冬夏兩季的優化方案與現有運行方案的對比分別如圖4～圖5所示。
圖4 夏季運行方案優化前后供冷量對比
圖5 冬季運行方案優化前后供熱量對比
結論
本文建立了以日收益最大為目標的含儲能的區域綜合能源系統優化運行策略，分別對夏季和冬季典型日進行系統運行策略優化，得到夏季和冬季典型日最優運行策略。通過與夏季和冬季典型日的原有運行策略相比較，日累計收益分別提高了27.4%和15.6%。本文所提的基于MPC的區域綜合能源系統運行優化方法能夠提高綜合能源系統的經濟性和供能可靠性，對其他類似綜合能源系統有一定的參考意義。
本文編自2022年第4期《電氣技術》，論文第一作者為楊海濤，1976年生，博士，主要從事新能源消納、綜合能源系統優化控制及電力市場營銷等方面的研究工作。本課題得到了國家電網公司總部科技項目的支持。
引用本文
楊海濤， 江晶晶， 趙敏， 趙鋒， 竇真蘭. 基于模型預測控制的區域綜合能源系統運行優化方法[J]. 電氣技術， 2022, 23(4): 7-13. YANG Haitao, JIANG Jingjing, ZHAO Min, ZHAO Feng, DOU Zhenlan. Operational optimization method of regional integrated energy system based on model predictive control. Electrical Engineering, 2022, 23(4): 7-13.
