[发明专利]计及生产工艺系统约束的海上微能系统优化调度方法

说明书

本发明公开了计及生产工艺系统约束的海上微能系统优化调度方法。针对含有电‑气混合储能的海上微能系统，建立该系统的单向无环能量物质流模型，通过确定各个单元的能量转换效率、物质转换系数与增量，建立整个系统的能量物质耦合矩阵，基于EH模型、能量物质耦合矩阵得到系统的能量物质平衡方程；最后在计及生产工艺系统约束条件情况下，建立供能系统与生产工艺系统的联合优化调度模型。本发明充分考虑了生产工艺中的能量物质平衡关系和供能系统与生产工艺系统的相关性，以运行成本和二氧化碳排放量惩罚成本为优化目标，制定优化调度策略对全系统能流进行统筹优化引导，以有效实现能源互补、提高效率、降低成本的目标。

技术领域

本发明涉及考虑电-气混合储能的海上微能系统，特别涉及计及生产工艺系统约束的优化调度方法，属于能源技术经济领域。

背景技术

我国正在构建综合能源系统推动能源战略转型，应对能源发展的一系列挑战。海上微型综合能源系统(Offshore micro integrated energy system，OMIES)是由海上油气平台、大型舰船、远洋海岛等形成的远离海岸的完整独立的综合能源系统，集成了电、热、气等多种能量物质。这类系统容量一般在几兆瓦至几十兆瓦之间，因此称之为微型综合能源系统。电-气混合储能的OMIES是针对海上油气开采加工平台建立的微型综合能源系统，由供能系统和生产工艺系统两大部分构成，其生产工艺系统完成油气开采加工过程，由多个物质能量转换单元组成，供能系统涉及电、气、热等多种能源，且储能系统是由伴生气储库和储电设备构成的电-气混合储能系统。这类多时间多空间尺度的复杂系统中，不同能源网络遵循不同的物理规律，有不同的数学模型但又互相耦合。

在OMIES这类复杂系统中，由于其多能耦合的特性无法用仿真平台直接模拟，EH(Energyhub)是多能源系统建模与分析的重要方法，而采用EH建模需要对各个转换单元进行详尽分析，推导多个耦合矩阵，子系统之间的能量分配系数通常还将引出非线性优化问题。目前，采用以矩阵为基础的标准化多能源元件、能量枢纽、网络模型及以矩阵运算为基础的综合能源系统分析方法成为综合能源系统面临的重要技术问题之一。

发明内容

考虑电-气混合储能的OMIES包含供能系统(Energy Supply System，ES)和生产工艺系统(ProductionProcess System，PS)两大部分。其供能系统主要由伴生气储库(Associated gas storage model，AGS)、余热梯级利用单元(Waste heatcascadeutilizationunit，WSCU)、电储能设备(Electricity storage，ES)、CO2捕捉存储装置(Carbon Capture and Storage，CCS)四个部分组成，生产工艺系统由钻井和采矿系统(Drilling andmining system，DMS)、原油处理系统(Crude oil process system，COPS)、天然气处理系统(Natural gas process system，NGPS)、注水系统(Waterinjectionsystem，WIS)和生活平台(Living-quarters system，LQS)五大子系统组成。系统结构图如图1。

供能系统与生产工艺系统之间通过电能、热能、以及伴生气相互耦合，两部分通过电能、热能和伴生气联系在一起。供能系统产生的电与热供给生产加工单元使用，生产工艺系统生产的伴生气作为供能系统的燃料，生产工艺系统对供能系统来说既是源也是负荷。对于这类结构复杂的多能源系统，采用传统方法建模难度较大，加之系统中含有伴生气储库这类特殊的储能元件，在储存和释放伴生气的过程中都要消耗电能，和生产工艺中大部分子系统类似，属多输入单输出的能量物质转换单元，使得系统的分析建模过程更加复杂。

针对以上问题，本发明提出对考虑电-气混合储能的海上微能系统进行标准化建模与计及生产工艺系统进行优化调度的方法，基于EH建立系统的标准化矩阵模型描述其中的复杂耦合关系，并在此基础上建立生产工艺系统与供能系统的联合优化调度模型。

本发明采用的技术方案如下：