杜思陽

（國電南瑞科技股份有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引 言

智慧能源系統(tǒng)主要用來平衡供需雙方的資源，通過多種功能設(shè)備耦合，協(xié)調(diào)能源應(yīng)用，通過綜合需求響應(yīng)（Integrated Demand Response，IDR）智能調(diào)動能源。IDR即從對用戶的需求出發(fā)，將電、氣的需求納入需求響應(yīng)范圍內(nèi)，提出了電氣多能互補(bǔ)的需求響應(yīng)機(jī)制。傳統(tǒng)的能源系統(tǒng)不計(jì)及IDR，或者僅計(jì)及IDR確定性，缺少對IDR不確定性的研究[1-3]。

1 IDR響應(yīng)不缺定性分析

1.1 確定可轉(zhuǎn)移電負(fù)荷擬合區(qū)間

由于用戶之間的需要、消費(fèi)心理不一致，導(dǎo)致死區(qū)、飽和區(qū)存在一定的閾值范圍、最大電負(fù)荷轉(zhuǎn)移率存在一定的區(qū)間[4]。則設(shè)定死區(qū)閾值區(qū)間A=[A-,A+]，飽和區(qū)閾值區(qū)間為B=[B-,B+]，其中A、B為電價(jià)差，最大電負(fù)荷轉(zhuǎn)移率區(qū)間。根據(jù)電價(jià)差Δθfg不同，電負(fù)荷轉(zhuǎn)移率區(qū)間中的的表達(dá)公式如下

式中：f為波峰；p為波谷；p為波平；fg為波峰至波谷，下文不再贅述。根據(jù)電價(jià)差Δθfg電負(fù)荷轉(zhuǎn)移率區(qū)間φfg中的計(jì)算原理，計(jì)算，可得實(shí)施電價(jià)差前后t時(shí)段的預(yù)測負(fù)荷P和to擬合負(fù)荷區(qū)間的關(guān)系，計(jì)算公式為

式中：Tg、Tp、Tf為g、p、f時(shí)段；為擬合負(fù)荷區(qū)間為各時(shí)段之間轉(zhuǎn)移率區(qū)間；為實(shí)施電價(jià)差前f時(shí)段、p時(shí)段平均電負(fù)荷。

1.2 確定可替代負(fù)荷擬合區(qū)間

可替代負(fù)荷響應(yīng)不確定性計(jì)算與可轉(zhuǎn)移負(fù)荷響應(yīng)不確定性計(jì)算原理相似，利用死區(qū)閾值和飽和區(qū)閾值進(jìn)行計(jì)算，設(shè)定電氣替代死區(qū)閾值區(qū)間Adp、飽和區(qū)閾值區(qū)間為Bdp，最大負(fù)荷替代率區(qū)間φdp,max，則根據(jù)電氣差Δθdp的取值，負(fù)荷替代率區(qū)間中φ+、φ-表達(dá)式為

激勵手段可激勵用戶在用電波峰時(shí)段以氣帶電，對可替代負(fù)荷響應(yīng)產(chǎn)生影響，則設(shè)定激勵性負(fù)荷增量區(qū)間為，x為能源類型，電以d、氣以q表示。電負(fù)荷區(qū)間數(shù)表達(dá)式為

根據(jù)電能與天然氣的等熱值轉(zhuǎn)化系數(shù)γ，氣負(fù)荷區(qū)間表達(dá)式為

式中：Pd,t0、為電氣替代前后t時(shí)段電負(fù)荷量；為電氣替代前后t時(shí)段氣負(fù)荷量。

1.3 確定智慧系統(tǒng)收益函數(shù)

收益的計(jì)算公式為

式中：x為能源類型，即電d、氣q；為t時(shí)段x類能源的銷售價(jià)格、銷售量。

2 仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

2.1 模型建立及求解

利用CPLEX求解器，通過輸入各類負(fù)荷數(shù)據(jù)、機(jī)組參數(shù)和能源價(jià)格數(shù)據(jù)，結(jié)合可替代負(fù)荷擬合區(qū)間、可轉(zhuǎn)移負(fù)荷擬合區(qū)間，與智慧能源系統(tǒng)優(yōu)化函數(shù)構(gòu)建基于IDR不確定性的智慧系統(tǒng)優(yōu)化EILP模型[8]，以智慧系統(tǒng)優(yōu)化函數(shù)為目標(biāo)函數(shù)，以IDR響應(yīng)不確定性作為優(yōu)化變量，計(jì)算目標(biāo)函數(shù)最優(yōu)值區(qū)間及優(yōu)化變量最優(yōu)值區(qū)間。并與不考慮IDE系統(tǒng)和僅考慮IDR確定性系統(tǒng)進(jìn)行對比，通過對比電功率調(diào)度結(jié)果、智慧能源系統(tǒng)總收益，驗(yàn)證本文提出的基于IDR不確定性智慧系統(tǒng)優(yōu)化模型的可行性。

2.2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

本次仿真實(shí)驗(yàn)選取某園區(qū)的智慧能源系統(tǒng)數(shù)據(jù)，其各設(shè)備參數(shù)如表1所示。

表1 設(shè)備參數(shù)

經(jīng)計(jì)算，不計(jì)及IDR、計(jì)及IDR確定性、計(jì)及IDR不確定性系統(tǒng)電功率負(fù)荷對比情況如圖1所示，氣負(fù)荷對比情況如圖2所示。

圖1 電功率負(fù)荷對比

圖2 氣功率負(fù)荷對比

由圖1、圖2可知，當(dāng)計(jì)及IDR響應(yīng)不確定性，對智慧能源系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)后，將實(shí)現(xiàn)消減波峰電負(fù)荷，提高波谷電負(fù)荷，從而降低系統(tǒng)運(yùn)行成本，且上下限的均值優(yōu)于、不計(jì)及IDR和僅計(jì)及IDR響應(yīng)確定性的數(shù)值，則說明本智慧能源系統(tǒng)優(yōu)化方法具有可行性。

通過計(jì)算可得可轉(zhuǎn)移電負(fù)荷與可替代負(fù)荷拐點(diǎn)區(qū)間如表2所示。

表2 負(fù)荷響應(yīng)參數(shù)

結(jié)合用電時(shí)段與不同時(shí)段電價(jià)對系統(tǒng)的收益進(jìn)行計(jì)算，用電時(shí)段如表3所示，不同時(shí)段電價(jià)表如表4所示。

表3 用電時(shí)段及電價(jià)

表4 不同時(shí)段電價(jià)表

通過計(jì)算，系統(tǒng)收益如表5所示。

表5 系統(tǒng)收益對比

由表5可知，本文提出的基于計(jì)及IDR響應(yīng)不確定性設(shè)計(jì)的智慧能源系統(tǒng)對比計(jì)及IDR和僅計(jì)及IDR響應(yīng)確定性的能源系統(tǒng)，收益較高，本文提出的智慧能源系統(tǒng)設(shè)計(jì)可行。

3 結(jié) 論

本文從IDR響應(yīng)不確定性中的可轉(zhuǎn)移電負(fù)荷響應(yīng)不確定性、可替代負(fù)荷響應(yīng)不確定性出發(fā)，對其擬合區(qū)間進(jìn)行計(jì)算，并結(jié)合智慧系統(tǒng)收益函數(shù)，建立兩者的EILP模型，經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在計(jì)及IDR響應(yīng)不確定性后設(shè)計(jì)的智慧能源系統(tǒng)可以提高能源系統(tǒng)對負(fù)荷的協(xié)調(diào)、平衡能力，并且可提高系統(tǒng)的總收益。