團(tuán)隊(duì)介紹

福建省“數(shù)字能源”專業(yè)學(xué)位研究生導(dǎo)師團(tuán)隊(duì)于2019年10月由福建省教育廳批準(zhǔn)成立。團(tuán)隊(duì)秉承“區(qū)域協(xié)同創(chuàng)新、技術(shù)服務(wù)社會(huì)”的宗旨，堅(jiān)持產(chǎn)學(xué)研合作，助推科研成果落地。團(tuán)隊(duì)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(tái)、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(tái)，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(tuán)隊(duì)現(xiàn)有專任教師8名，企業(yè)導(dǎo)師9名，其中高級(jí)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(píng)福建省優(yōu)秀碩士學(xué)位論文、5人獲評(píng)福州大學(xué)優(yōu)秀碩士學(xué)位論文。團(tuán)隊(duì)近年來承擔(dān)科研項(xiàng)目30余項(xiàng)，其中國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃子課題1項(xiàng)、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目6項(xiàng)、省級(jí)自然科學(xué)基金類項(xiàng)目11項(xiàng)、市廳級(jí)項(xiàng)目5項(xiàng)、校企合作科研項(xiàng)目多項(xiàng)，研制的電能質(zhì)量監(jiān)測儀達(dá)到A級(jí)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(bǔ)和能源利用效率高的優(yōu)勢，已經(jīng)被全球70余個(gè)國家研究與應(yīng)用。而IES的規(guī)劃方案對(duì)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行效益產(chǎn)生重大影響。

當(dāng)能源設(shè)備安裝容量過小時(shí)，不僅無法滿足用戶的負(fù)荷需求，還會(huì)導(dǎo)致園區(qū)無法發(fā)揮多能互補(bǔ)、節(jié)能減排的優(yōu)勢；當(dāng)能源設(shè)備安裝容量過大時(shí)，則會(huì)導(dǎo)致園區(qū)的投資成本過高，設(shè)備運(yùn)行效率低下的同時(shí)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(jī)性、間歇性和波動(dòng)性，負(fù)荷的不確定性給IES的規(guī)劃帶來巨大挑戰(zhàn)。在規(guī)劃時(shí)，若不考慮風(fēng)光出力和負(fù)荷的不確定性，會(huì)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(jì)運(yùn)行等一系列問題；而無法合理考慮不確定性因素，同樣會(huì)導(dǎo)致設(shè)備配置不夠合理，影響園區(qū)的高效運(yùn)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(dòng)區(qū)間，在缺乏統(tǒng)計(jì)信息時(shí)具有良好的工程應(yīng)用價(jià)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(huì)導(dǎo)致規(guī)劃結(jié)果受不確定性因素影響大的同時(shí)配置方案的合理性降低。

針對(duì)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(gè)子問題，分別最小化年總綜合成本的中心值及計(jì)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(shí)用價(jià)值。

論文方法及創(chuàng)新點(diǎn)

確定性優(yōu)化模型的上層以年綜合成本最小為目標(biāo)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(yùn)行成本最小為目標(biāo)函數(shù)，決策變量為園區(qū)中的設(shè)備各時(shí)刻功率值，園區(qū)運(yùn)行成本包含設(shè)備維護(hù)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(yùn)行約束、能源交互功率約束等。其中風(fēng)電、光伏、負(fù)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(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)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(gè)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(jì)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?；诜律鋬?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(chǔ)能配置容量的變化量，通過對(duì)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(biāo)函數(shù)有利于降低預(yù)測誤差對(duì)優(yōu)化配置方案的影響；在不確定性優(yōu)化模型中，以運(yùn)行成本最大化模型預(yù)測源荷功率誤差，以運(yùn)行成本最小化模型調(diào)整儲(chǔ)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(yùn)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(jì)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.