[发明专利]一种考虑能量梯级利用的工厂综合能源系统经济优化调度方法

权利要求书

1.一种考虑能量梯级利用的工厂综合能源系统经济优化调度方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1：将热细分为高、中、低三种品位的热能，考虑其对口的温度利用区间及相应的利用技术，搭建考虑能量梯级利用的工厂综合能源系统供能架构，该架构具体为：

工厂通过集中式电力母线与公共电力交换电力，优先满足本地各类负荷需求，同时允许将富裕电量输送到配电系统；同时，工厂内部无燃气生产，与燃气公司之间只存在单向购买行为；工业用户可向园区内的大型热电联产CHP购买工业用汽，以满足工厂的蒸汽负荷需求；燃气轮机通过天然气燃烧释放出的高品位热进行发电，排出的高温烟气通过余热锅炉加以利用，余热锅炉被布置成两级，第一级产生中品位热蒸汽供吸收式制冷机进行制冷或制热，第二级产生低品位热供应热水；燃气锅炉通过天然气燃烧产生的高品位热蒸汽以及从园区CHP中购买的高品位蒸汽用于满足工厂内的蒸汽驱动设备需求；蒸汽驱动设备使用高品位热蒸汽后，对蒸汽进行回收利用，产生中品位热和低品位热蒸汽，同样用于吸收式制冷机制冷或制热以及供应热水；在供冷/热系统中，户用空调可提供空间冷热负荷，作为空间冷热负荷的调峰设备使用；冰蓄冷装置在制冷量满足当前所需且电价较低时储存冷水，待需要时释放冷量；

步骤2：以运行维护成本、购电成本、购热成本以及燃料成本构成的日运行费用最小为优化目标，考虑冷热电功率平衡约束、设备物理约束和储能设备约束，根据优化目标与约束条件建立考虑能量梯度利用的优化模型；其中，热功率平衡约束如下：

a)高品位热平衡约束：

b)中品位热平衡约束：

c)低品位热平衡约束：

式中：和分别为系统在时段t的高、中、低品位热功率；表示t时段购热功率；表示第i个燃气锅炉在时段t产生的高品位热功率，和表示第i个蒸汽驱动设备在时段t的蒸汽需求热功率、中品位热回收功率和低品位热回收热功率；和分别表示第i个余热锅炉在时段t的中品位热回收热功率和低品位热回收热功率；表示第i个吸收式制冷机在时段t的耗热功率；表示在时段t的热水负荷；

步骤3：对优化模型进行求解，得到工厂最优供能策略。

2.根据权利要求1所述的一种考虑能量梯级利用的工厂综合能源系统经济优化调度方法，其特征在于，所述步骤2中的优化目标为日运行费用最小：

Min C_ATC＝C_OM+C_ES+C_F+C_H

1)运行维护成本：

式中：ξ_OM.i为某种设备中第i个设备单位输出功率的运行维护费用；表示第i个设备在时段t的输出功率；T为单位时段长度；

2)购电成本：

式中：和分别为时段t的购电价格和购电功率；和分别为时段t的售电价格和售电功率；

3)燃料成本：

式中：和分别为时段t第i个燃气轮机和第i个燃气锅炉的燃气消耗速率；为t时段气价；

4)购热成本：

式中，和分别为购热价格和t时段购热功率；

约束条件：

1)电功率平衡约束

a)交流母线总负荷约束：

式中：为第i个燃气轮机在时段t的产电功率；为时段t的交流电负荷；为t时段交直流转化器的电功率；为第i个户用空调在时段t的耗电功率；为第i个冰蓄冷装置在时段t的耗电功率；

b)交直流转换器效率约束：

式中：为时段t的直流母线总负荷；η_A/D为交流到直流的转换效率；η_D/A为直流到交流的转换效率；

c)直流母线总负荷约束：

式中：为第i个光伏机组在时段t输出功率；和分别为第i个储能设备在时段t的充电功率与放电功率；为时段t的直流负荷；

d)联络线约束与购售电状态约束：

式中：和分别为系统向电网购电和售电的功率上限；和分别为时段t处于购电和售电的0-1状态变量，取1表示购电，取1表示售电；

2)冷功率平衡约束

式中：为第i个吸收式制冷机在时段t的供冷功率，为第i个户用空调在时段t的供冷功率，为第i个冰蓄冷装置在时段t的供冷功率，为系统在时段t的冷负荷；

3)设备运行约束

式中：和分别表示第i个设备在时段t的输入功率和输出功率；和分别表示第i个设备在时段t的输入功率上下限；和分别表示第i个设备在时段t的输出功率上下限；

4)储能设备约束

S_L.i＝S_T.i

式中：表示第i个储能设备在时段t的储存量；和分别表示第i个储能设备的最大和最小的储存容量；S_L.i和S_T.i分别表示第i个储能设备的始状态和终状态；和分别表示第i个储能设备的最大充电和放电功率；和分别表示第i个储能设备在时段t处于充能和放能的0-1状态变量，取1表示充能，取1表示放能，保证设备不能同时充放能。

3.根据权利要求1所述的一种考虑能量梯级利用的工厂综合能源系统经济优化调度方法，其特征在于：所述步骤3中采用混合整数线性规划法对步骤2建立的模型进行优化求解，输出优化结果为各个设备的运行状态与出力。