[发明专利]冷热电联供系统的三级协同整体优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及冷热电联供系统的优化设计领域，尤其涉及一种冷热电联供系统的三级协同整体优化方法。

背景技术

能源紧缺、环境污染和气候变化是制约当今世界经济和社会可持续发展的重要因素，能源和环境问题已成为国内外高度关注的重大战略问题。以燃料多元化、设备小型化、网络智能化及环境友好化为主要特征的分布式冷热电联供系统遵循“分配得当、各取所需、温度对口、梯级利用”原则，集制冷、供热及发电与一体的多联供能源系统，CCHP不仅实现能量的梯级利用进而提高一次能源利用率，而且在减少CO2和PM2.5排放等方面也表现出极大的优势。

冷热电联供系统是一个典型的多输入多输出、冷热电多级能量流和信息流、多种设备耦合的复杂能源系统。同时，冷热电联供系统的每一种关键设备都有多种品牌可供用户选择，每种品牌产品的性能参数和单位容量成本又各不相同。即使同一品牌产品其性能参数也与容量息息相关。同时，冷热电联供系统的系统设计及关键设备选型、容量配置与运行策略三方面相互影响、相互耦合、密不可分。

冷热电联供系统能否高效、经济、环保运行，取决于冷热电联供系统的系统设计与设备选型、容量配置及运行策略的整体优化。目前主要涉及到冷热电联供系统的系统设计、容量配置和运行策略的单方面优化或在相同优化目标条件下实现联合优化或逐层优化，而没有实现设备选型、容量配置及运行策略的整体优化。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种冷热电联供系统的三级协同整体优化方法，确定了设备选型、容量配置与运行参数为优化变量、建立了以年一次能源利用率PER最高、年CO₂排放量最小、年运行成本NPV最低为三级协同整体优化目标，采用离散粒子群算法和基本粒子群算法求解三级协同整体优化问题。可以解决具有多输入多输出、设备多且耦合复杂特点的冷热电联供系统的优化问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

冷热电联供系统的三级协同整体优化方法，包括以下步骤：

步骤一：确定三级协同整体优化变量，包括设备选型、设备容量及运行参数；所述设备包括：内燃发电机组、溴化锂机组、电制冷机组、燃气锅炉和余热回收设备；

步骤二：确定三级协同整体优化目标：一级优化目标为年一次能源利用率PER最高、二级优化目标为年CO₂排放量最小、三级优化目标为年运行成本NPV最低；

步骤三：确定待选设备类型数量和冷热电联供系统冷热电负荷；

步骤四：进行一级优化，根据二级优化当前最优各设备容量和三级优化当前最优运行参数，以年一次能源利用率PER最高为目标，采用离散粒子群算法求解当前最优设备选型；

步骤五：进行二级优化，根据一级优化当前最优设备选型变量和三级优化当前最优参数，以年CO2排放量最小为目标，运用粒子群算法优化各设备的最佳容量；

步骤六：进行三级优化，根据一级优化当前最优设备选型变量和二级优化当前最优各设备容量，以年运行成本NPV最低为目标，确定三级协同整体优化约束条件，运用粒子群算法优化最佳运行参数；

步骤七：检查是否满足最大迭代次数，如满足转至步骤八，否则转至步骤四；

步骤八：得到冷热电联供系统三级协同整体优化的结果。

一级优化目标年一次能源利用率PER的具体优化函数为：

式中：PER^CCHP为冷热电联供系统的年一次能源利用率；为冷热电联供系统年所消耗的一次能源输入量，单位:kWh；为冷热电联供系统年生产的总可利用电量，单位:kWh；为冷热电联供系统年生产的总可利用热量，单位:kWh；为冷热电联供系统年生产的总可利用冷量，单位:kWh。

二级优化目标年CO2排放量的具体优化函数为：

式中：CDE^CCHP为CCHP系统年CO2排放量，单位:kg；∑_tF_t^G、∑_tF_t^B分别为内燃发电机组和燃气锅炉年所消耗燃气量，单位:kWh；为冷热电联供系统向电力系统所购电量，单位:kWh；GHG_f、GHG_e分别为天然气和购电的CO₂排放量转换系数，单位:kg/kWh。

三级优化目标年运行成本NPV的具体优化函数为：