基于多能互補的能源梯級優化調度系統設計

董 晶

（吉林建筑科技學院 管理工程學院，吉林 長春 130000）

0 引言

能源是維持社會正常運行和發展的基本要素之一。當前，能源的種類大致被劃分為3種：一次能源、二次能源和可再生能源。梯度能源調度系統主要應用于用戶側，通過合理利用、就近消納的方式使用當地能源，以此達到提升能源利用效率和使用安全性的目標［1］。多能互補是結合多能儲存提出的一種全新能源調度理念，并應用在調度系統中能夠充分發揮出其優勢。目前，由于傳統調度系統存在的不足，各個單一子系統對應的用能區域在開展多能互補時會出現負荷波動問題，造成嚴重的能源浪費。針對這一問題，本文開展基于多能互補的能源梯級優化調度系統研究。

1 系統硬件設計

為了對各類能源的優化調度，在多能互補理念下，本研究采用梯級分布方式，對電、氣、冷熱等能源供應網絡電鍋爐、冷熱電聯產等網絡及其他各單元及信息集進行調控和處理。根據上述思路構建了調度系統總體結構，如圖1所示。

圖1 調度系統總體結構

在調度系統總體結構基礎上，本調度系統不僅需要根據其自身所處區域環境以及具備的可利用能源結構等確定實際安裝場地大小，還應當根據負荷側的不同需求，確定系統內部硬件結構中能源轉換設備類型。本文將針對調度系統中的儲能裝置進行選型設計。

其規則是在制熱成本增加時釋放熱能；在制熱成本降低時存儲熱能，以此實現對熱能經濟調度。同時，在出現風光無法消納問題時，通過儲熱裝置實現對熱能的轉換和存儲。在兩種儲能裝置上分別安裝遠程監控傳感器，確保在儲能裝置出現泄漏或其他問題時能夠在第一時間發現并解決［2］。將監控傳感器通過無線傳輸的方式與上位機以及移動終端設備進行連接，并以短信的方式報警，實現本文系統的遠程協助調試。

2 系統軟件設計

在完成對系統的硬件設計后，筆者采用構建能源調度轉換模型的方式對能源分配進行初步處理。在此過程中，將多能互補作為理論支撐，先使用P2G技術將系統內現有的且暫時未能實現調度使用的電能轉換為天然性氣體；再將天然性氣體注入電網傳輸，或將其存儲到儲氣裝置內進行終端存儲。

在完成能源調度轉換的研究后，需要根據系統需求側管理要求對其進行能源的梯級分配。在此過程中，要求需求側與管理側簽訂合作協議，以改變傳統的單向分配習慣，并根據市場的熱負荷響應需求，進行變量的決策［3］。為了提高分配的合理性，可在分配過程中設計一個混合整數規劃模型，將設定的變量作為分配過程中的硬性要求，采用求解模型的方式，得到一個約束條件與不等式條件。在此基礎上，通過約束條件得到一個最優解集合，將最優解作為分配結果，實現對規劃模型的硬性約束。分配過程如下計算公式所示：

公式(1）中：s表示為約束條件；t表示為分配周期；A表示為線性矩陣；x表示為整數變量；b表示為轉換參數。在調度過程中，將所有變量值代入公式，代入后公式仍為等式，證明調度行為符合標準，反之不符合標準。

3 調度系統運行效果

為進一步驗證該調度系統的實際應用效果，選擇將該調度系統與傳統基于Petri網的調度系統應用到某企業園區中，將園區各類能源的具體運行情況作為依托，對比兩種調度系統的調度成本。

該園區內上級電網的最大購電量為750 kW，最大售電量為100 kW。燃氣輪機每次啟動或停機的成本為3.6元；熱電聯產設備每次啟動或停機的成本為1.58元；電鍋爐每次啟動或停機的成本為2.56元。在進行能源調度時，在不同時段內的購電價格和售電價格分別為，谷時：0.26元每千瓦時和0.24元每千瓦時；平時：0.56元每千瓦時和0.41元每千瓦時；峰時：0.86元每千瓦時和0.69元每千瓦時。在明確不同階段能源設備啟動成本和銷售價格的基礎上，針對兩種系統完成運行后的調度成本進行記錄，并繪制成的調度成本結果記錄表，如表1所示。

從表1得出的成本記錄結果可以看出，應用本文調度系統后該園區的調度總成本為3 247.76元，應用基于Petri網的調度系統后該園區的調度總成本為4 441.41元，明顯本文調度系統應用效果更理想。同時，本文調度系統在應用的過程中可根據需求側不同需求，實現對能源的梯級分配。因此，在削減負荷補償中不會產生額外的成本支出，可進一步降低園區整體調度運行成本。通過上述實驗證明，本文提出的基于多能互補的能源梯級優化調度系統，在實際應用中，能夠在滿足不同需求側需求響應的前提條件下，有效降低調度成本，為企業帶來更大經濟利益。

表1 兩種調度系統調度成本記錄 (單位：元）

4 結語

調度系統在實現多種能源整合和多元負荷供應的基礎上，能夠進一步提高能源資源的優越性和經濟性。對此本文基于多能互補理念，提出了一種全新的調度系統，并將其應用于實際證明其優勢。在后續的研究中，本文還將針對能源結構更加復雜的企業或地區，深入研究綜合考慮電、氣、熱和冷負荷等多種負荷條件下的能源轉換問題，從而不斷提高本文調度系統的應用范圍。