基于多能互补的能源梯级优化调度系统设计

董 晶

（吉林建筑科技学院 管理工程学院，吉林 长春 130000）

0 引言

能源是维持社会正常运行和发展的基本要素之一。当前，能源的种类大致被划分为3种：一次能源、二次能源和可再生能源。梯度能源调度系统主要应用于用户侧，通过合理利用、就近消纳的方式使用当地能源，以此达到提升能源利用效率和使用安全性的目标［1］。多能互补是结合多能储存提出的一种全新能源调度理念，并应用在调度系统中能够充分发挥出其优势。目前，由于传统调度系统存在的不足，各个单一子系统对应的用能区域在开展多能互补时会出现负荷波动问题，造成严重的能源浪费。针对这一问题，本文开展基于多能互补的能源梯级优化调度系统研究。

1 系统硬件设计

为了对各类能源的优化调度，在多能互补理念下，本研究采用梯级分布方式，对电、气、冷热等能源供应网络电锅炉、冷热电联产等网络及其他各单元及信息集进行调控和处理。根据上述思路构建了调度系统总体结构，如图1所示。

图1 调度系统总体结构

在调度系统总体结构基础上，本调度系统不仅需要根据其自身所处区域环境以及具备的可利用能源结构等确定实际安装场地大小，还应当根据负荷侧的不同需求，确定系统内部硬件结构中能源转换设备类型。本文将针对调度系统中的储能装置进行选型设计。

其规则是在制热成本增加时释放热能；在制热成本降低时存储热能，以此实现对热能经济调度。同时，在出现风光无法消纳问题时，通过储热装置实现对热能的转换和存储。在两种储能装置上分别安装远程监控传感器，确保在储能装置出现泄漏或其他问题时能够在第一时间发现并解决［2］。将监控传感器通过无线传输的方式与上位机以及移动终端设备进行连接，并以短信的方式报警，实现本文系统的远程协助调试。

2 系统软件设计

在完成对系统的硬件设计后，笔者采用构建能源调度转换模型的方式对能源分配进行初步处理。在此过程中，将多能互补作为理论支撑，先使用P2G技术将系统内现有的且暂时未能实现调度使用的电能转换为天然性气体；再将天然性气体注入电网传输，或将其存储到储气装置内进行终端存储。

在完成能源调度转换的研究后，需要根据系统需求侧管理要求对其进行能源的梯级分配。在此过程中，要求需求侧与管理侧签订合作协议，以改变传统的单向分配习惯，并根据市场的热负荷响应需求，进行变量的决策［3］。为了提高分配的合理性，可在分配过程中设计一个混合整数规划模型，将设定的变量作为分配过程中的硬性要求，采用求解模型的方式，得到一个约束条件与不等式条件。在此基础上，通过约束条件得到一个最优解集合，将最优解作为分配结果，实现对规划模型的硬性约束。分配过程如下计算公式所示：

公式(1）中：s表示为约束条件；t表示为分配周期；A表示为线性矩阵；x表示为整数变量；b表示为转换参数。在调度过程中，将所有变量值代入公式，代入后公式仍为等式，证明调度行为符合标准，反之不符合标准。

3 调度系统运行效果

为进一步验证该调度系统的实际应用效果，选择将该调度系统与传统基于Petri网的调度系统应用到某企业园区中，将园区各类能源的具体运行情况作为依托，对比两种调度系统的调度成本。

该园区内上级电网的最大购电量为750 kW，最大售电量为100 kW。燃气轮机每次启动或停机的成本为3.6元；热电联产设备每次启动或停机的成本为1.58元；电锅炉每次启动或停机的成本为2.56元。在进行能源调度时，在不同时段内的购电价格和售电价格分别为，谷时：0.26元每千瓦时和0.24元每千瓦时；平时：0.56元每千瓦时和0.41元每千瓦时；峰时：0.86元每千瓦时和0.69元每千瓦时。在明确不同阶段能源设备启动成本和销售价格的基础上，针对两种系统完成运行后的调度成本进行记录，并绘制成的调度成本结果记录表，如表1所示。

从表1得出的成本记录结果可以看出，应用本文调度系统后该园区的调度总成本为3 247.76元，应用基于Petri网的调度系统后该园区的调度总成本为4 441.41元，明显本文调度系统应用效果更理想。同时，本文调度系统在应用的过程中可根据需求侧不同需求，实现对能源的梯级分配。因此，在削减负荷补偿中不会产生额外的成本支出，可进一步降低园区整体调度运行成本。通过上述实验证明，本文提出的基于多能互补的能源梯级优化调度系统，在实际应用中，能够在满足不同需求侧需求响应的前提条件下，有效降低调度成本，为企业带来更大经济利益。

表1 两种调度系统调度成本记录 (单位：元）

4 结语

调度系统在实现多种能源整合和多元负荷供应的基础上，能够进一步提高能源资源的优越性和经济性。对此本文基于多能互补理念，提出了一种全新的调度系统，并将其应用于实际证明其优势。在后续的研究中，本文还将针对能源结构更加复杂的企业或地区，深入研究综合考虑电、气、热和冷负荷等多种负荷条件下的能源转换问题，从而不断提高本文调度系统的应用范围。