【精彩论文】计及弹性恢复的区域综合能源系统多目标优化调度

Original 中国电力中国电力 2023-12-18

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齐世雄，王秀丽，邵成成

西安交通大学

引文信息

齐世雄, 王秀丽, 邵成成, 等. 计及弹性恢复的区域综合能源系统多目标优化调度[J]. 中国电力, 2019, 52(6): 19-26.

QI Shixiong, WANG Xiuli, SHAO Chengcheng, et al. Multi-objective optimal dispatch of district integrated energy system considering resilience[J]. Electric Power, 2019, 52(6): 19-26.

研究背景

随着人类社会发展，能源需求和环境压力在日益增加，以能源互联网为核心的第三次工业革命正在进行。区域综合能源系统是能源互联网的重要形态，通过电-气-热等多个能源系统的耦合运行和多种能源形式的协同调度，达到互补利用、清洁高效的终端用能效果，是未来用能的发展趋势。区域多能源系统耦合运行提高了系统的灵活性，促进了分布式可再生能源的就地消纳，减少了电力系统碳排放，环境效益显著。然而，随着自然灾害日益频繁，区域综合能源系统的安全运行问题，尤其是面临极端自然灾害的恢复能力问题亟需大量研究。

图1 区域综合能源系统的系统框架示意图

论文所解决的问题及意义

现有的区域综合能源系统调度一般是以系统的运行成本最低为调度目标，即运行经济性目标，但是该目标下突发自然灾害后，区域综合能源系统无法做出快速响应，不具备抗灾恢复能力，导致整个系统内的电力用户、天然气用户和热力用户都被迫停止了供应，造成严重的电力失负荷、天然气失负荷和热力失负荷。针对区域综合能源系统优化调度的保证经济性和面对自然灾害恢复能力之间难以调和的问题，提出了一种新型的考虑抗灾恢复的区域综合能源系统优化调度模型，该模型能够协调抗灾恢复能力和运行经济性之间的矛盾，在保证一定经济性的同时，根据潜在自然灾害可能发生的概率和发生后对综合能源系统的破坏程度，提升区域综合能源系统的抗灾恢复能力。

论文重点内容

首先，建立区域综合能源系统的经济调度优化模型和储能最大化调度优化模型，目标函数分别为：

约束条件包括功率平衡约束、设备约束、外部网络约束和切负荷约束等。

为了协调提出模型中的两个目标函数，本文首先采用隶属度函数将优化目标进行模糊化处理，再通过加权满意度指标法实现由多目标到单目标的转化。

图2 优化目标对应的隶属度函数

两个隶属度函数的表达式分别为：

将两个隶属度函数加权求和，构造整体满意度的目标函数：

本式可以针对不同程度的自然灾害情况，来调节目标函数的权重系数，用以平衡经济性和恢复力的关系。

研究结论

本文基于电-气-热多能耦合的系统框架，提出了考虑弹性恢复能力的区域综合能源系统多目标优化调度模型。采用加权模糊规划的方法，平衡系统运行经济性和抗灾恢复力之间的矛盾。经过算例验证，本文提出的多目标优化调度模型具有平衡运行经济性和抗灾恢复力的有效性和可行性。针对自然灾害的强度，以及对电网和气网破环程度的预估，合理设置目标权重系数，牺牲一定的运行经济性，可以有效减少失负荷情况，增强区域综合能源系统的恢复力。

主要作者介绍

第一作者：齐世雄（1994—），男，硕士研究生，从事综合能源系统安全运行与弹性电网研究。

E-mail：qishixiong@stu.xjtu.edu.cn。

第二作者：王秀丽（1961—），女，博士，教授，从事电力系统优化规划、电力体制与电力市场研究。

E-mail：xiuliw@mail.xjtu.edu.cn。

团队介绍

王秀丽教授课题组致力于包括电力系统规划、可靠性、电力市场、新型输电方式等领域的研究。2015年来发表期刊论文100余篇，其中SCI收录40余篇，ESI收录3篇；主持国家自然科学基金面上项目2项，参与国家重点研发计划项目2项等，获得陕西省科学技术二等奖1项。

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