考虑蓄电池的家庭综合需求响应区间优化方法.pdf

摘要

随着气电两用设备和蓄电池在家庭中的广泛引入，天然气和电力的耦合程度

加深，家庭综合能源系统具备更大的优化空间。但是家庭综合需求响应中可再生

能源出力、环境温度、用户需求等各种不确定性因素，给家庭综合能源系统的储

能优化配置和运行带来挑战。为了提高家庭综合能源系统运行的经济性和低碳性，

本文对家庭综合能源系统的储能容量配置、运行优化展开研究，主要研究内容如

下：

第一，提出了基于区间优化的家庭综合能源系统配置与运行框架。论述家庭

综合需求响应的概念、原理和资源，对家庭综合需求响应中能源之间的互济原理

加以分析。探究不确定性对综合需求响应的影响，并且采用区间优化方法求解不

确定性问题，构建了考虑蓄电池的家庭综合能源系统配置与运行框架。

第二，在光伏出力和用户需求不确定性的背景下，通过区间优化方法对家庭

综合能源系统的储能设备进行容量的优化配置。优化目标为年运行成本和投资成

本之和，决策变量为蓄电池的容量和气电两用设备总能耗中的耗电与耗气比例。

对家庭综合能源系统的蓄电池容量进行优化配置，得到最优蓄电池容量以及气电

两用设备总能耗中的用电比例。以本文所提供的实验参数进行仿真分析，结果表

明，在蓄电池容量为12kWh时，家庭年运行成本和投资成本之和最低，家庭用

户经济效益最高。

第三，对已经配置好蓄电池容量的家庭综合能源系统进行优化调度，控制负

荷的开关状态和使用的能源种类。使用区间优化方法应对系统中可再生能源出力、

环境温度、用户需求等不确定性变量，通过区间序关系和区间可能度将不确定性

模型转换为确定性模型。同时，考虑用户的容忍度，进一步挖掘综合需求响应的

潜力。最终，使用遗传算法来求解确定性模型。仿真结果验证了所提出的区间优

化方法能有效应对系统的不确定性，在满足用户需求的基础上，相比采用确定性

优化方法的家庭综合能源系统，节省能源费用14.7%；在采取区间优化方法的情

况下，含蓄电池的家庭综合能源系统相比无蓄电池的家庭综合能源系统可节省能

源费用9%。

关键词：家庭综合需求响应；蓄电池；区间优化；不确定性

I

Abstract

Withthewidespreadintroductionofgas-electricityequipmentandbatteriesin

households,thecouplingdegreeofnaturalgasandelectricityisdeepened,andthe

householdintegratedenergysystemhasmorespaceforoptimization.However,various

uncertainfactorssuchasrenewableenergyoutput,ambienttemperature,anduser

demandinthehouseholdintegrateddemandresponsebringchallengestotheoptimal

allocationandoperationofthehouseholdintegratedenergysystem.Inordertoimprove

theeconomyandlow-carbonoperationofthehouseholdintegratedenergysystem,this

papermainlystudiestheenergystoragecapacityallocationandoperationoptimization

ofthehouseholdintegratedenergysystem.

Firstly,theallocationandoperationframeworkofhouseholdintegratedenergy

systembasedonintervaloptimizationareproposed.Thispaperdiscusse