不确定性条件下的分布式供能系统优化配置研究

【摘要】：分布式供能系统是一种靠近用户设置的,发电并结合冷热联供的综合能量供应系统。它具有经济性好、环保性好、整体能量利用率高等一系列的优点,得到越来越多的研究与应用。在分布式供能系统整个运行周期中,存在着许多的不确定性因素,缺乏对这些因素的考虑,可能使系统的设计不合理,导致分布式供能系统的优势得不到充分发挥、整个系统的经济变差。针对上述问题,本文研究确定了分布式供能系统的关键影响因素,构建了基于多种不确定性优化方法的分布式供能系统优化配置模型,开展了不确定性条件下的分布式供能系统优化配置研究。本文主要工作如下:(1)发展了高效求解的分布式供能系统确定性优化配置模型。模型考虑了可选设备容量离散性、设备变工况性能变化等因素,并具有计算时间短、程序简洁等优点。通过将数据存储在外部数据库中,实现了数据与程序的分离,提高了模型的通用性与独立性。本部分工作为开展不确定性条件下的分布式供能系统优化配置研究奠定了基础。(2)进行了分布式供能系统的敏感性分析。研究了电价、设备运行效率、设备初始投资费用、天然气价和负荷需求的变化对系统配置的影响。研究表明,在这些因素当中,电价、天然气价和负荷需求影响最大。这些因素被确定为本文后续不确定性优化研究的关键影响因素。(3)构建了基于决策理论的不确定性分布式供能系统优化配置模型。考虑负荷需求、能源价格和可再生能源强度的不确定性,使用乐观法、悲观法、乐观系数法、最小最大后悔值法与等可能值法五种决策方法对可选方案进行选择。研究表明,乐观法选择的方案中设备的安装容量较小,悲观法选择的方案中设备的安装容量较大;等可能值法与最小最大后悔值法得到的方案在不同运行条件下运行时可实现较好的经济性。决策理论有助于决策者选择出体现其风险态度的最优系统方案。(4)构建了基于两阶段鲁棒优化方法的不确定性分布式供能系统优化配置模型。考虑负荷需求、能源价格和可再生能源强度的不确定性,采用盒式、椭圆和凸包不确定集合描述参数的不确定性。结果表明,能源价格、负荷需求的不确定性对系统配置形式影响较大,主要影响燃气锅炉、吸收式制冷机和蓄能装置的安装容量;为了提高解的准确性与降低解的保守性,选择合适的不确定集合十分重要。两阶段鲁棒优化得到的方案虽较为保守,但在不确定性条件下具有可靠性,在确定性条件下具有良好的经济性。(5)构建了基于区间优化方法的不确定性分布式供能系统优化配置模型。考虑负荷需求、能源价格和可再生能源强度的不确定性,采用区间数的可能度与序关系,将不确定型优化问题转化为确定型优化问题进而计算求解。研究表明,能源价格和负荷需求的不确定性对系统配置形式与经济性有显著影响,主要影响燃气锅炉、蓄能装置的安装容量以及太阳能发电装置的选用;可能度与目标函数权衡系数可以调节目标函数值预期平均性能、优化结果的鲁棒性和可靠性。另外,区间优化得到的区间解可体现目标函数的取值区间及目标函数对不确定性的敏感程度。本文发展的不确定性条件下的优化配置方法和模型可有效应对系统中的多种不确定性,降低分布式供能系统的实施风险。