[发明专利]计及可平移负荷的冷热电联供系统容量优化配置方法

权利要求书

1.计及可平移负荷的冷热电联供系统容量优化配置方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，构建包括发电系统、蓄能系统和余热回收供冷/热系统的冷热电联供系统；其中，所述冷热电联供系统运行在并网模式下，并通过联络线与大电网相连进行能量交换；确定冷热电联供系统供给侧的供给模式，所述步骤1中的蓄能系统为抽水蓄能装置；所述步骤1中的发电系统包括内燃发电机组、光伏发电装置、风机发电装置；所述步骤1中的余热回收供冷/热系统包括电锅炉、电制冷机、余热回收装置、吸收式制冷机；

其中：内燃发电机组在第t时段提供电能为：

E_MT,i,t＝F_MT,i,t×η_MT

式中：E_MT,i,t为第i台内燃发电机在t时段所提供的电能；F_MT,i,t为第i台内燃发电机组消耗的天然气量；η_MT为内燃发电机组的发电效率；

内燃发电机组在第t时段的热回收量为：

Q_r,i,t＝F_MT,i,t(1-η_MT)η_r

式中：Q_r,i,t为第i台燃气轮机在t时刻的余热回收量；η_r为热回收效率；

风力发电机组模型

式中：P_wt,j,t为第j台风力发电机在t时刻的电功率；为第j台风力发电机的额定电功率；v_j,t为第j台风力发电机在t时段的实际风速；分别为第j台风力发电机在切入风速、切出风速和额定风速；

光伏电池模型

为方便计算，本模型只考虑光照强度和温度两个因素：

式中：P_PV为t时刻工作点的输出功率；G_C为工作点的辐照度；N_pv为光伏电池块数；A_m为光伏电池的单元面积；

蓄水池水量变化关系如下所示：

W(t+1)＝W(t)+(Q_P(t)-Q_T(t))Δt

式中：W(t)为t时段末的剩余水量；Q_P(t)为抽水流速；Q_T(t)为发电放水流速；Δt为时间间隔，取为1h；η_WP为管道效率；η_P为水泵效率；P_T(t)为发电机组功率；P_P(t)为水泵功率；ρ为海水密度，取值为1000kg/m³；g为重力加速度；h为水头高度；K_P和K_T分别为抽水工况和发电工况下的流速功率比；

余热回收装置模型：

式中：Q_Hrs,t为热回收装置在t时段提供的热功率；η_Hrs,t为热回收系统在t时段的热回收效率；

电锅炉模型：

Q_EB,t＝P_EB,tη_ah

式中：P_EB,t和Q_EB,t分别为时段t内电锅炉用电和制热功率；η_ah为电锅炉电热转换效率；

步骤2，在冷热电联供系统中，确定需求侧可平移负荷平移前后整个调度周期内负荷总量不变的可平移负荷模型：

所述可平移负荷模型的表达式为

式中：S_loud,t为t时段平移后的负荷值；S_floud,t为t时段负荷预测值；分别为t时段移入和移出的负荷量，T为调度周期；K_total为可平移负荷的种类；x_k,m,t为第k类可平移负荷从m时段移到t时段的数值；S_1,k为第k类平移负荷在第1个工作时段的负荷值；L为可平移负荷最大持续时间；S_(l+1),k为k类平移负荷在第l+1时段的负荷值；

其中，可平移负荷模型的约束条件为

式中：x_k,t为原先在t时段第k类负荷中可平移的负荷数量；d_k为第k类负荷的平移时间裕度；

步骤3，在可平移负荷模型中，确定基于发电系统中可再生能源渗透率的可平移电负荷目标函数，确定需求侧基于冷热电联供系统可利用热能的可平移热负荷目标函数：

所述可平移热负荷目标函数更接近于平移后的电负荷与CCHP系统额定热电比的乘积曲线，其目标函数为：

式中：分别为t时段平移后和平移前的热负荷量；分别为t时刻移入和移出的热负荷量；为目标热负荷量；F_HE为额定热电比；

步骤4，在冷热电联供系统中，确定供给侧基于运行成本的经济目标函数，确定供给侧基于发电系统的发电污染的环境目标函数；

步骤5，利用步骤4中的经济目标函数、环境目标函数，对步骤3中的可平移电负荷目标函数、可平移热负荷目标函数进行优化；确定出步骤1中的冷热电联供系统容量配置；

所述步骤5中综合目标函数表示为：

minF＝(f₁,-f₂)

其中，经济目标为CCHP系统年综合成本最小，建立了由年投资成本C_initial、年替换成本C_replace、年运行维护成本C_OM、可控负荷年调度成本C_demand、冷热电联供系统与大电网交互费用C_charge、购买能源成本C_f和售电收益C_int组成的综合成本f₁为最低的目标函数，即

f₁＝min(C_initial+C_OM+C_demand+C_charge+C_f-C_int)

式中：r₀为贴现率；C_i为第i个设备的投资费用；P_cap,i为第i个设备的容量，kW；K_OM为发电设备的维护费率；I_k、I_j、I_f、I_r、I_h分别为第k类可平移电负荷的单位补贴费用、第j类可平移热负荷的单位补贴费用、天然气单位消耗费用、t时段供电单位收益、t时段供热单位收益；P_eloud,k(t,t')和H_loud,j(t,t')分别为从t时段平移到t'时段的可平移电负荷总量和可平移热负荷总量；

其中环境目标为向大电网购电量对环境造成的污染越少，即CCHP系统f₂越大对环境污染越少；其目标函数为

式中：P_G2M,t为t时段冷热电联供系统向大电网购买电负荷量，为热负荷转移后t时段热的负荷量；

所述经济目标函数和环境目标函数的约束条件为：

(1)能量平衡约束

t时段的电量、冷量、热量平衡约束为

P_pv,t+P_wt,t+P_charge,t＝P_eloud,t+P_EB,t+P_EC,t

Q_EB,t+(1-ω_t)Q_Hrs,t＝Q_Hload,t

Q_EC,t+Q_ab,t＝Q_Cloud,t

式中：P_EC,t和Q_EC,t分别为t时段电制冷机电功率和制冷功率；ω_t为t时段的余热分配系数，且0≤ω_t≤1；Q_Hload,t和Q_Cloud,t分别为t时段所需的热、冷负荷功率；Q_ab,t为吸收式制冷机功率；

(2)联络线功率约束

式中：和分别为冷热电联供系统与大电网之间允许交互功率的最小值和最大值；

(3)可控机组约束

0≤P_i≤N_i

式中：P_i为第i个机组的输出功率；N_i为第i个机组的容量；

(4)蓄水池容量约束

W^min≤W(t)≤W^max

式中：W^min和W^max分别为蓄水池最大和最小蓄水量；

(5)水泵和发电机组工作状态约束

U_P,t+U_T,t≤1

式中：U_P,t和U_T,t分别为水泵和发电机组的工作状态变量，为0-1变量。