摘 要

摘　要：針對(duì)分布式能源系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益有可能因?qū)嶋H負(fù)荷的不確定性無(wú)法充分發(fā)揮的問(wèn)題，將考慮設(shè)備容量離散性的優(yōu)化配置方法與最小最大后悔值法相結(jié)合，發(fā)展了考慮負(fù)荷不確定性的

摘　要：針對(duì)分布式能源系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益有可能因?qū)嶋H負(fù)荷的不確定性無(wú)法充分發(fā)揮的問(wèn)題，將考慮設(shè)備容量離散性的優(yōu)化配置方法與最小最大后悔值法相結(jié)合，發(fā)展了考慮負(fù)荷不確定性的魯棒優(yōu)化配置方法?；诖朔椒ǎY(jié)合實(shí)例，采用由微型燃?xì)廨啓C(jī)冷熱電三聯(lián)供和地下水地源熱泵組成的分布式能源系統(tǒng)形式，研究負(fù)荷不確定性對(duì)系統(tǒng)配置和經(jīng)濟(jì)性的影響?？紤]負(fù)荷不確定性有可能改變系統(tǒng)的優(yōu)化配置容量、設(shè)備總造價(jià)及年總費(fèi)用的最大后悔值，并降低系統(tǒng)優(yōu)化配置方案在實(shí)際運(yùn)行時(shí)的經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)，使其經(jīng)濟(jì)效益更具魯棒性。該實(shí)例研究驗(yàn)證了該方法的有效性。

關(guān)鍵詞：分布式能源系統(tǒng)  負(fù)荷不確定性  魯棒優(yōu)化配置  最小最大后悔值法

Robust Optimization of Distributed Energy System Considering Load Uncertainty

Abstract：The economic benefit of distributed energy system may not be brought into full play due to its actual load uncertainty．Therefore，a robust optimal configuration method considering load uncertainty is developed by combining the optimal configuration method considering discreteness of equipment capacities with the minimax regret criterion．Based on this method，the influence of load uncertainty on the svstein configuration and economy is studied by using the distributed energy system composed of gas microturbinedriven CCHP system and groundwater heat pump．The optimal equipment capacities，the initial investment cost and the maximum regret in annual total cost may change，the economic risk of the optimal configuration scheme of the system during the actual operation can be reduced，and the robustness in the economic benefit is strengthened when the load uncertainty is considered．The validity of the proposed method is verified by the ease study．

Key words：distributed energy system；load uncertainty；robust optimal configuration；minimax regret criterion

1　概述

分布式能源系統(tǒng)(也稱分布式供能系統(tǒng)，Combined Cooling，Heating and Power System，CCHP)是一種臨近用戶設(shè)置的發(fā)電并結(jié)合冷、熱、電聯(lián)供等應(yīng)用拓展的整體能源供應(yīng)系統(tǒng)。它與電網(wǎng)等集中式能源方式的有機(jī)結(jié)合是電力工業(yè)和能源產(chǎn)業(yè)的重要發(fā)展方向^[1]，正日益引起廣泛關(guān)注^[2-6]。

分布式能源系統(tǒng)的優(yōu)化配置對(duì)于獲得好的經(jīng)濟(jì)效益至關(guān)重要，而優(yōu)化配置又強(qiáng)烈依賴于用戶的各類負(fù)荷需求。目前在優(yōu)化配置中通常采用兩種負(fù)荷，一種是夏季、冬季和過(guò)渡季等幾種典型日的負(fù)荷預(yù)測(cè)值^[7]，另一種是全年逐時(shí)(8760h)負(fù)荷預(yù)測(cè)值^[8]。但前者忽略了同一個(gè)季節(jié)內(nèi)負(fù)荷的差異；即使是基于后一種方法，現(xiàn)實(shí)中存在的氣象條件、內(nèi)擾不確定性，以及各能量預(yù)測(cè)供應(yīng)的對(duì)象、面積與實(shí)際運(yùn)行時(shí)的偏差，也可能導(dǎo)致聯(lián)供系統(tǒng)的設(shè)備投資浪費(fèi)或不足、經(jīng)濟(jì)效益無(wú)法充分發(fā)揮，極端情況下甚至?xí)霈F(xiàn)停運(yùn)的尷尬局面，上海黃浦區(qū)中心醫(yī)院就是典型的例證^[9]。因此，考慮用戶負(fù)荷需求的不確定性，以增強(qiáng)分布式能源系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益的魯棒性，是聯(lián)供系統(tǒng)優(yōu)化配置的現(xiàn)實(shí)需求。

國(guó)內(nèi)外已有學(xué)者針對(duì)分布式能源系統(tǒng)優(yōu)化配置中的負(fù)荷不確定性開展了初步研究。文獻(xiàn)[10]假定冷熱電負(fù)荷值以某種概率密度分布在具有一定不確定度的區(qū)間內(nèi)，并以年總費(fèi)用的期望值為目標(biāo)函數(shù)，研究了負(fù)荷不確定性對(duì)常規(guī)聯(lián)供系統(tǒng)配置和經(jīng)濟(jì)性的影響。文獻(xiàn)[11]在聯(lián)供系統(tǒng)優(yōu)化配置方法中引入最小最大后悔值法，從而在滿足所有可能的負(fù)荷需求下，使得聯(lián)供系統(tǒng)的年總費(fèi)用最大后悔值最小化以使其經(jīng)濟(jì)魯棒性最優(yōu)。但它們均假定設(shè)備容量為連續(xù)變量，簡(jiǎn)化了該優(yōu)化問(wèn)題的求解。

目前優(yōu)化配置方法的前沿是將設(shè)備容量作離散化處理，這可以使優(yōu)化的設(shè)備容量與市場(chǎng)上現(xiàn)有設(shè)備容量一致，避免了采用連續(xù)變量時(shí)因按照優(yōu)化容量就近選擇設(shè)備容量而出現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益偏離最優(yōu)點(diǎn)的情況。但考慮設(shè)備容量離散性的系統(tǒng)優(yōu)化配置是一種典型的混合整數(shù)非線性規(guī)劃(MINLP)問(wèn)題，整型變量數(shù)目多，求解較為困難。文獻(xiàn)[12]通過(guò)增加離散變量的內(nèi)在約束，較好地解決了這一問(wèn)題。

本文將考慮設(shè)備容量離散性的優(yōu)化配置方法與最小最大后悔值法相結(jié)合，發(fā)展了考慮負(fù)荷不確定性的魯棒優(yōu)化配置方法，然后以北京市典型醫(yī)院為例，針對(duì)由微型燃?xì)廨啓C(jī)冷熱電三聯(lián)供和地下水地源熱泵組成的分布式能源系統(tǒng)，進(jìn)行了考慮負(fù)荷不確定性的魯棒優(yōu)化配置研究，分析了負(fù)荷不確定性對(duì)系統(tǒng)配置和經(jīng)濟(jì)性的影響。

2　分布式能源系統(tǒng)的組成

圖1為本文所述分布式能源系統(tǒng)，該系統(tǒng)也稱為復(fù)合供能系統(tǒng)^[13]。它由微型燃?xì)廨啓C(jī)、煙氣型溴化鋰機(jī)組和地下水地源熱泵等設(shè)備組成。以天然氣為燃料的燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組發(fā)電用于滿足用戶側(cè)電負(fù)荷需求，電力不足部分從電網(wǎng)購(gòu)電補(bǔ)充(根據(jù)國(guó)內(nèi)實(shí)際情況，規(guī)定聯(lián)供系統(tǒng)不允許上網(wǎng)售電)，電力多余部分可用于驅(qū)動(dòng)地下水地源熱泵機(jī)組；燃?xì)廨啓C(jī)后設(shè)置煙氣型溴化鋰機(jī)組，利用燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)生的高溫?zé)煔膺M(jìn)行制冷或制熱，并聯(lián)合地下水地源熱泵機(jī)組共同滿足用戶側(cè)冷(熱)負(fù)荷需求。其中，地下水地源熱泵夏季制冷、冬季制熱，可通過(guò)四通換向閥改變冷媒的流向來(lái)實(shí)現(xiàn)，在制冷工況下，室內(nèi)熱交換器就是蒸發(fā)器，室外熱交換器就是冷凝器；在制熱工況下，室內(nèi)熱交換器就是冷凝器，室外熱交換器就是蒸發(fā)器。

 

將微型燃?xì)廨啓C(jī)冷熱電三聯(lián)供與性能系數(shù)高、部分負(fù)荷性能好的地下水地源熱泵相結(jié)合，可降低CCHP系統(tǒng)的電熱產(chǎn)出比，緩解其所發(fā)多余電力不能上網(wǎng)的約束，提高系統(tǒng)運(yùn)行靈活性；相對(duì)于單獨(dú)的地下水地源熱泵系統(tǒng)，地下抽水量少(受水資源量限制小)。

3　考慮設(shè)備容量離散性的優(yōu)化配置

3．1　能源系統(tǒng)單元部件模型

3．1．1燃?xì)廨啓C(jī)

燃?xì)廨啓C(jī)的性能受負(fù)荷和環(huán)境空氣溫度的影響較大，而且輸出電功率也有一定的范圍，建模時(shí)充分考慮了以上因素。

 

式中Pgt——燃?xì)廨啓C(jī)的輸出電功率，kW

q——燃?xì)廨啓C(jī)工作的環(huán)境空氣溫度，℃

P1、q1、P2、q2——系數(shù)，是環(huán)境空氣溫度的函數(shù)

Fgt,f——燃?xì)廨啓C(jī)消耗的燃料熱功率，kW

dgt——燃?xì)廨啓C(jī)的狀態(tài)參數(shù)，運(yùn)行時(shí)為l，停機(jī)時(shí)為0

a1、b1、c1、d1、a2、b2、c2、d2、k1、k2——無(wú)量綱系數(shù)，與燃?xì)廨啓C(jī)的型號(hào)有關(guān)

Fgt——燃?xì)廨啓C(jī)排煙中可供利用的余熱熱功率，kW

Fgt,f,max——燃?xì)廨啓C(jī)滿負(fù)荷時(shí)消耗的燃料熱功率，kW

Fgt0,f,max——設(shè)計(jì)工況環(huán)境空氣溫度下燃?xì)廨啓C(jī)滿負(fù)荷時(shí)消耗的燃料熱功率，kW

q0——燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計(jì)工況下的環(huán)境空氣溫度，℃

Fgt,f,min——燃?xì)廨啓C(jī)輸出電功率下限時(shí)消耗的燃料熱功率，kW

3．1．2煙氣型溴化鋰機(jī)組

考慮機(jī)組輸出功率的上下限，并假定機(jī)組性能系數(shù)(hCOP,ac)保持不變，采用如下模型：

 

式中Fac——煙氣型溴化鋰機(jī)組的制冷(熱)功率，kW

hCOP,ac——煙氣型溴化鋰機(jī)組的制冷(熱)性能系數(shù)

Fac,x——煙氣型溴化鋰機(jī)組從煙氣中回收的余熱熱功率，kW

Fac,min——煙氣型溴化鋰機(jī)組的最小制冷(熱)功率，kW

dac——煙氣型溴化鋰機(jī)組的狀態(tài)參數(shù)，運(yùn)行時(shí)為l，停機(jī)時(shí)為0

Fac,max——煙氣型溴化鋰機(jī)組的最大制冷(熱)功率，kW

3．1．3地下水地源熱泵機(jī)組

考慮機(jī)組輸出功率的上下限，并假定機(jī)組性能系數(shù)(hCOP,gwhp)保持不變，采用如下模型：

 

式中Fgwhp——地下水地源熱泵機(jī)組的制冷(熱)功率，kW

hCOP,gwhp——地下水地源熱泵機(jī)組的制冷(熱)性能系數(shù)

Pgwhp——地下水地源熱泵機(jī)組的耗電功率，kW

Fgwhp,min——地下水地源熱泵機(jī)組的最小制冷(熱)功率，kW

dgwhp——地下水地源熱泵機(jī)組的狀態(tài)參數(shù)，運(yùn)行時(shí)為l，停機(jī)時(shí)為0

Fgwhp,max——地下水地源熱泵機(jī)組的最大制冷(熱)功率，kW

3．2　優(yōu)化運(yùn)行的目標(biāo)函數(shù)和約束條件

3．2．1目標(biāo)函數(shù)

在滿足給定的冷熱電負(fù)荷的條件下，優(yōu)化運(yùn)行的目標(biāo)函數(shù)取某一時(shí)間段內(nèi)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行能耗費(fèi)用，即系統(tǒng)消耗天然氣的支出與從電網(wǎng)購(gòu)電的支出之和：

 

式中C——某一時(shí)間段內(nèi)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行能耗費(fèi)用，元

Cng——天然氣價(jià)格，元／m³

Dt——系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)間長(zhǎng)度，h，取lh

Q1——天然氣低熱值，MJ／m³

Ce——購(gòu)電價(jià)格，元／(kW·h)

Wep——該時(shí)間段內(nèi)系統(tǒng)購(gòu)電量，kW·h

3．2．2約束條件

優(yōu)化運(yùn)行的約束條件分為兩部分：一部分即各設(shè)備的運(yùn)行特性和負(fù)荷率約束，如式(1)～(3)所示；另一部分為聯(lián)供系統(tǒng)各能流平衡約束，如式(5)～(7)所示。

 

式中Pep——系統(tǒng)購(gòu)電功率，kW

Pe——用戶側(cè)除地下水地源熱泵機(jī)組外的用電負(fù)荷，kW

Fc(h)——用戶側(cè)冷(熱)負(fù)荷，kW

Fd——排煙中廢棄的可供利用余熱熱功率，kW

3．3　優(yōu)化配置

聯(lián)供系統(tǒng)優(yōu)化配置問(wèn)題的求解分為上下兩層：下層求解確定配置的優(yōu)化運(yùn)行問(wèn)題，得到該配置下系統(tǒng)的最低運(yùn)行能耗費(fèi)用；上層求解考慮設(shè)備容量離散性的優(yōu)化配置問(wèn)題，最終從各種組合方案中選出年總費(fèi)用最小的配置方案。

聯(lián)供系統(tǒng)的優(yōu)化配置以年總費(fèi)用為目標(biāo)函數(shù)，包括年運(yùn)行能耗費(fèi)用和初投資年等值費(fèi)用兩部分。其中，年運(yùn)行能耗費(fèi)用是指系統(tǒng)全年消耗的天然氣和從電網(wǎng)購(gòu)電產(chǎn)生的費(fèi)用；初投資年等值費(fèi)用是指各設(shè)備總投資根據(jù)使用年限折合到每年的平均投資?？捎孟率奖硎荆?span lang="EN-US">

 

式中¦c——年總費(fèi)用，元

i——系統(tǒng)選用的設(shè)備種類

I——系統(tǒng)選用的設(shè)備種類上限，本文為3

j——設(shè)備可供選擇的型號(hào)號(hào)數(shù)

Ji——第i種設(shè)備可供選擇的型號(hào)數(shù)

rij——第i種j型號(hào)設(shè)備的資本回收系數(shù)

Cij——第i種j型號(hào)設(shè)備的造價(jià)，元

nij——第i種j型號(hào)設(shè)備的被選臺(tái)數(shù)

Cen,i——第種設(shè)備所消耗能源的價(jià)格，電價(jià)，元／(kW·h)，氣價(jià)，元／m³

t——典型日的時(shí)段，本文中夏季、冬季、過(guò)渡季典型日均分為24個(gè)時(shí)段，每個(gè)時(shí)段長(zhǎng)度為1h

tsum——三種典型日的時(shí)段數(shù)之和

d——全年各種典型日的持續(xù)天數(shù)，d

xi——第i種設(shè)備每個(gè)時(shí)段消耗能源的量，電量，kW·h，天然氣量，m³

在對(duì)聯(lián)供系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化配置時(shí)，若考慮設(shè)備容量的離散性，將使整型變量數(shù)目增多，進(jìn)而增大問(wèn)題的求解難度。為解決此問(wèn)題，可以增加離散變量的內(nèi)在約束，具體如下式所示^[12]：

 

式中Nij——第i種，型號(hào)設(shè)備最多可選臺(tái)數(shù)

¡ij——第i種，型號(hào)設(shè)備是否選擇，選擇為1，不選為0

式(1)～(9)組成了此分布式能源系統(tǒng)優(yōu)化配置的混合整數(shù)非線性規(guī)劃(MINLP)模型。該模型考慮了設(shè)備的運(yùn)行特性(如部分負(fù)荷率和環(huán)境空氣溫度對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)性能的影響、設(shè)備輸出功率范圍的限制等)，在方案優(yōu)選階段即可實(shí)現(xiàn)設(shè)備容量的離散及優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)了分布式能源系統(tǒng)的全工況優(yōu)化配置。

4　基于最小最大后悔值法的魯棒優(yōu)化配置

4．1　基本概念

數(shù)學(xué)規(guī)劃的經(jīng)典范例是在輸入數(shù)據(jù)準(zhǔn)確知道并且等于某些標(biāo)稱值的假設(shè)條件下建立模型，并利用已有的數(shù)學(xué)規(guī)劃求解方法得到最優(yōu)解。這種方法沒有考慮數(shù)據(jù)不確定性的影響，故當(dāng)數(shù)據(jù)的取值不同于標(biāo)稱值時(shí)，原來(lái)得到的最優(yōu)解可能不再最優(yōu)甚至變得不可行。因此，需要找到一種優(yōu)化方法使優(yōu)化解受數(shù)據(jù)不確定性的影響最小，這種方法就是魯棒優(yōu)化方法。

為使分布式能源系統(tǒng)的優(yōu)化配置方案在實(shí)際運(yùn)行時(shí)的經(jīng)濟(jì)效益更具魯棒性，本文通過(guò)引入最小最大后悔值法來(lái)減小負(fù)荷不確定性對(duì)系統(tǒng)配置和經(jīng)濟(jì)性的影響。最小最大后悔值法是一種決策分析方法，其目的就是要選擇一種方案，使得負(fù)荷由于最小可能值、預(yù)測(cè)值和最大可能值3種自然狀態(tài)所體現(xiàn)出來(lái)的不確定性對(duì)配置方案在實(shí)際運(yùn)行時(shí)帶來(lái)的損失最小。其中，后悔值定義為非優(yōu)化配置方案與優(yōu)化配置方案的目標(biāo)函數(shù)(本文中為年總費(fèi)用)之間的差額。

決策分析方法不止一種，但如果是一次性的投資決策，而且對(duì)未來(lái)把握比較小，要求穩(wěn)妥行事的場(chǎng)合，采用最小最大后悔值法比較合適。

4．2　最小最大后悔值法的實(shí)現(xiàn)步驟

最小最大后悔值法的決策步驟通常分為四步，就本文而言，它們是：

第一步，優(yōu)化得到各種方案在不同自然狀態(tài)下的年總費(fèi)用，并確定各種自然狀態(tài)下年總費(fèi)用最小的方案；

第二步，把各種情況下的年總費(fèi)用減去相應(yīng)自然狀態(tài)下的最小年總費(fèi)用，求得后悔值；

第三步，找出各種方案在不同自然狀態(tài)下的最大后悔值；

第四步，在已確定的各最大后悔值中找出最小的最大后悔值，對(duì)應(yīng)方案即為最優(yōu)方案。

在這里，為描述不確定性負(fù)荷的3種自然狀態(tài)，引入負(fù)荷不確定度的概念，其定義為負(fù)荷的實(shí)際值偏離預(yù)測(cè)值的百分比。假定負(fù)荷的最小、最大可能值偏離預(yù)測(cè)值的比例相等，則負(fù)荷的可行域可表示為^[14]：

(1-a)gA≤g≤(1+a)gA         (10)

式中a——負(fù)荷不確定度

gA——負(fù)荷的預(yù)測(cè)值，kW

g——負(fù)荷的實(shí)際值，kW

基于考慮設(shè)備容量離散性的優(yōu)化配置方法，在引入最小最大后悔值法后，分布式能源系統(tǒng)魯棒優(yōu)化配置的具體求解流程如表l～2所示。

 

 

表1是由各種配置方案在3種不同負(fù)荷需求下優(yōu)化得到的年總費(fèi)用所構(gòu)成的矩陣。“*”表示在某種負(fù)荷需求下，該方案的年總費(fèi)用最小。

表2實(shí)現(xiàn)了4．2節(jié)所述的第二、三、四步。其中，后悔值用R表示。因此，與最小最大后悔值minn[maxk(Rn,k)]所對(duì)應(yīng)的方案即為考慮負(fù)荷不確定性后分布式能源系統(tǒng)的優(yōu)化方案。

5　算例研究

5．1　建筑負(fù)荷

以北京市某3×10⁴m²的典型醫(yī)院為例進(jìn)行分析。將全年分為夏季(100d)、冬季(125d)和過(guò)渡季(60d)3種情況，每種情況以1個(gè)典型日為代表，在優(yōu)化計(jì)算時(shí)僅考慮冷(熱)負(fù)荷和電負(fù)荷，不考慮熱水或蒸汽負(fù)荷，且系統(tǒng)中不考慮設(shè)備補(bǔ)燃方式。需要說(shuō)明的是，在除上述3種情況外的剩余天數(shù)中，能源供應(yīng)不考慮聯(lián)供方式。

假定冷、熱、電負(fù)荷的最小、最大可能值偏離預(yù)測(cè)值的比例相等，則醫(yī)院各季節(jié)典型日的逐時(shí)不確定性負(fù)荷曲線如圖2、3所示。其中，實(shí)線代表負(fù)荷的預(yù)測(cè)值，gA,c(h)表示冷(熱)負(fù)荷的預(yù)測(cè)值，gA,e表示電負(fù)荷的預(yù)測(cè)值，而由實(shí)線上下各偏移a所圍成的區(qū)域即為負(fù)荷的可行域。

 

 

該醫(yī)院的峰值負(fù)荷及全年能耗匯總見表3。

 

5．2　計(jì)算參數(shù)及工況

系統(tǒng)可供選擇的設(shè)備參數(shù)見表4。在計(jì)算中，貸款年利率取5.94％，設(shè)備的使用年限統(tǒng)一取l5a。分時(shí)電價(jià)為：10：00～15：00、18：00～21：00為峰段，電價(jià)l.0125元／(kW·h)；23：00～7：00為谷段，電價(jià)0.3535元(kW·h)；7：00—10：00、15：00～18：00、21：00～23：00為平段，電價(jià)0.6725元／(kW·h)。氣價(jià)取l.85元／m³，天然氣低熱值取35.2 MJ／m³。燃?xì)廨啓C(jī)模型中的系數(shù)取值見文獻(xiàn)

 

本文所述分布式能源系統(tǒng)包括3種主要設(shè)備，即設(shè)備種類上限I為3；發(fā)電設(shè)備選取單機(jī)容量為200kW的微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組，即型號(hào)數(shù)J1為1，依據(jù)該醫(yī)院的負(fù)荷特性，限制其可選臺(tái)數(shù)為l～6臺(tái)；根據(jù)不同臺(tái)數(shù)發(fā)電設(shè)備的排煙可利用熱量，選取5種(即型號(hào)數(shù)J2=5)不同型號(hào)的煙氣型溴化鋰機(jī)組，每種型號(hào)最多可選l臺(tái)；地下水地源熱泵機(jī)組的容量考慮極限工況，即在發(fā)電設(shè)備和煙氣型溴化鋰機(jī)組不運(yùn)行時(shí)，地下水地源熱泵機(jī)組也能滿足用戶的最大冷、熱負(fù)荷需求，其可選型號(hào)數(shù)J3為4，每種型號(hào)可選2～3臺(tái)。

為了考察負(fù)荷不確定性的影響，計(jì)算如下5個(gè)工況的優(yōu)化配置：

工況l：不考慮負(fù)荷的不確定性，即a=0％；

工況2～5：冷熱電負(fù)荷的不確定度a分別為10％、20％、30％和40％。

相應(yīng)地，為了與工況2～5相匹配，地下水地源熱泵機(jī)組的容量考慮了4種實(shí)際型號(hào)。

5．3　優(yōu)化配置結(jié)果及分析

假定在“以熱定電，并網(wǎng)不上網(wǎng)”的運(yùn)行原則下，計(jì)算得到上述5種工況下的優(yōu)化配置結(jié)果，見表5。

 

由表5可以看出，在傳統(tǒng)的不考慮負(fù)荷不確定性的優(yōu)化配置結(jié)果中，即在工況l下，發(fā)電機(jī)組臺(tái)數(shù)為5臺(tái)；而在考慮負(fù)荷具有l0％～40％不確定度時(shí)，優(yōu)化配置程序給出的發(fā)電機(jī)組臺(tái)數(shù)為4臺(tái)；煙氣型溴化鋰機(jī)組的容量與燃?xì)廨啓C(jī)排煙中的可利用余熱量有關(guān)，地下水地源熱泵機(jī)組的容量因考慮極限工況而與最大冷、熱負(fù)荷有關(guān)。

在上述5種工況的優(yōu)化配置方案中，各種設(shè)備的優(yōu)化容量與負(fù)荷不確定度的具體關(guān)系見圖4，其中，溴化鋰機(jī)組和熱泵機(jī)組僅給出了額定制冷量。由圖4可以看出，隨著負(fù)荷不確定度a的增加，地下水地源熱泵機(jī)組的額定制冷量因考慮極限工況而逐漸增大，而微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組和煙氣型溴化鋰機(jī)組的容量在考慮負(fù)荷不確定性后反而有所減小。這是因?yàn)轸敯魞?yōu)化配置避免了在負(fù)荷需求偏小時(shí)出現(xiàn)由于所有設(shè)備容量均增大而引起的年總費(fèi)用后悔值增大的情況，從而降低了系統(tǒng)的優(yōu)化配置方案在實(shí)際運(yùn)行時(shí)的經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)，使其更具經(jīng)濟(jì)魯棒性。

 

5種工況下相應(yīng)優(yōu)化配置方案的設(shè)備造價(jià)情況見圖5?？梢钥闯?，發(fā)電機(jī)組的造價(jià)在系統(tǒng)初投資中占較大比例；由于分布式能源系統(tǒng)的優(yōu)化配置在考慮負(fù)荷不確定性后，發(fā)電機(jī)組的臺(tái)數(shù)由5臺(tái)減為4臺(tái)，因此，系統(tǒng)的初投資相對(duì)于傳統(tǒng)的不考慮負(fù)荷不確定性的優(yōu)化配置方案而言有所減少；隨著負(fù)荷不確定度的增加，地下水地源熱泵機(jī)組的造價(jià)因考慮極限工況而增加，使得總的初投資逐漸增加。

 

通過(guò)對(duì)5種工況下各種方案的優(yōu)化運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行分析，得到在不同負(fù)荷不確定度下，年總費(fèi)用的最大后悔值與發(fā)電機(jī)組臺(tái)數(shù)的關(guān)系，見圖6?？梢钥闯?，在不考慮負(fù)荷不確定性的工況1下，最大后悔值最小的方案(最優(yōu)方案)所對(duì)應(yīng)的發(fā)電機(jī)組臺(tái)數(shù)為5臺(tái)；當(dāng)考慮實(shí)際運(yùn)行中存在的負(fù)荷不確定性后(工況2～5)，最優(yōu)方案的燃?xì)廨啓C(jī)臺(tái)數(shù)變?yōu)?span lang="EN-US">4臺(tái)，此時(shí)，配置5臺(tái)發(fā)電機(jī)組的方案其經(jīng)濟(jì)魯棒性反而較差。這說(shuō)明傳統(tǒng)的不考慮負(fù)荷不確定性的優(yōu)化配置方案在實(shí)際運(yùn)行時(shí)的經(jīng)濟(jì)魯棒性可能并非最佳，從而印證了在分布式能源系統(tǒng)優(yōu)化配置中考慮負(fù)荷不確定性的必要性。

 

6　結(jié)論

本文將考慮設(shè)備容量離散性的優(yōu)化配置方法與最小最大后悔值法相結(jié)合，發(fā)展了考慮負(fù)荷不確定性的魯棒優(yōu)化配置方法。其實(shí)質(zhì)就是在初投資最少與年運(yùn)行能耗費(fèi)用最小之間找到平衡點(diǎn)，使得兩者之和(即評(píng)價(jià)經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)的年總費(fèi)用指標(biāo))受負(fù)荷不確定性的影響最小化。這樣，既避免了按單一的最大或最小負(fù)荷配置系統(tǒng)時(shí)出現(xiàn)設(shè)備容量偏大或偏小的問(wèn)題，降低了負(fù)荷不確定性給系統(tǒng)的優(yōu)化配置方案在實(shí)際運(yùn)行時(shí)帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)，保證了經(jīng)濟(jì)效益能得到充分發(fā)揮，又使得優(yōu)化的設(shè)備容量與市場(chǎng)上現(xiàn)有設(shè)備的容量一致，避免了采用連續(xù)變量時(shí)因按照優(yōu)化容量就近選擇設(shè)備容量而出現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益偏離最優(yōu)點(diǎn)的情況。此方法可為分布式能源系統(tǒng)的合理配置提供參考。

 

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本文作者：林怡  張士杰  肖云漢

作者單位：北京市燃?xì)饧瘓F(tuán)研究院

  中國(guó)科學(xué)院先進(jìn)能源動(dòng)力重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(工程熱物理研究所)