[发明专利]一种含电转气设备的微型能源网日前优化调度方法

权利要求书

1.一种含电转气设备的微型能源网日前优化调度方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1以能源集线器的方式建立电、气、热、冷联供的微型能源网模型；

步骤2建立微型能源网能量输入矩阵、能量转化矩阵、能量输出矩阵及储能矩阵；

步骤3建立微型能源网日前优化经济调度模型，包括目标函数、元件模型及约束；

所述的目标函数，目标为微型能源网日前运行成本最低以及P2G收益最大，具体如下：

①能源购买成本

式中：T表示一天被平均划分的时间段，t表示时刻，λ_e(t)和λ_g(t)分别为微能网向外部网络购电和气的实时价格，和分别为微能网在t时刻从外部网络购入的电能和气能；

②设备运行维护成本

式中：λ_om,i为第i台设备单位运行成本，N表示该微能网的设备数量，P_i(t)表示第i台设备在时间t时的功率；

③P2G的总运行成本

式中：C_buy和C_sell分别为P2G设备运行成本和收益，为购入的CO₂的实时价格，和分别为售出的H₂和O₂的实时价格；和分别为P2G消耗的CO₂和H₂，表示P2G生产的O₂；

所述的元件模型具体如下：

①P2G模型

通过对次日电价及氢价及天然气价格的预测，制定P2G的运行计划，以达到最大收益，P2G的数学模型为：

式中：为合成的甲烷，为由电解水生成但没有参加甲烷合成的氢气，为P2G消耗的H₂，η_P2H为电解水制氢气的效率，为P2G设备的转化效率；

②微燃机模型

微燃机发电功率、制热功率与其燃料消耗功率有如下关系：

为微燃机发电功率，为微燃机制热功率，为燃料消耗功率，a₁、b₁、c₁为式(9)中的系数，a₂、b₂、c₂为式(10)中的系数；

③储能电池模型

储能电池荷电水平与运行状态有如下关系：

Soc(t+1)＝Soc(t)+(1-μ_sta)(μ_chη_ch+μ_dis/η_dis)P_e^bat(t)Δt/Q_bat (11)

式中：Soc(t+1)、Soc(t)分别为储能电池在t+1时刻和t时刻的荷电水平；Q_bat为储能电池容量；μ_ch、μ_dis、μ_sta都为变量，取值范围在0-1之间，分别代表充电标识、放电标识、静置标识，且μ_dis+μ_ch+μ_sta＝1；η_ch、η_dis为充电效率及放电效率，Δt表示时间微分；

④气储能设备模型

运行中的储气设备储存气能有如下关系：

W₁＝W₀+∫Q_ch(t)-Q_dis(t)dt (12)

式中：W₀、W₁分别为储气设备在运行t时间前后的储能水平；Q_ch(t)、Q_dis(t)分别为储气设备输出、输入函数；

⑤电锅炉、气锅炉、电制冷机、吸收式制冷机模型

这四种能量转化设备模型可统一表达为：

P^out＝ηPⁱⁿ (13)

式中：pⁱⁿ、p^out为设备输入、输出功率；η为对应的能量转化效率；

所述的约束具体如下：

①微能网内部功率平衡约束

微能网包含电、气、热、冷四种能量系统：

式中：分别为P2G设备、电锅炉、电制冷机消耗的电能；表示储能电池功率；表示P2G设备产生的天然气；分别表示微燃机余热、燃气锅炉、电锅炉的产热功率；分别为吸收制冷机和电制冷机的制冷功率，P_wind、P_pv分别为风机和光伏输入电能，L_e、L_g、L_h、L_c分别表示电、气、热、冷四种负荷功率；

②功率交换点传输容量约束

微能网与外部网络只做电能、气能功率交换：

式中：分别表示电能交换功率的最小值和最大值；分别表示气能交换功率的最小值和最大值；

③元件约束

1)P2G约束

假设P2G设备的生产不受储存容量及市场需求约束，则其功率主要受设备容量限制

表示P2G设备功率最大值；

2)微燃机约束

式中：为微燃机的额定发电功率，为微燃机爬坡率，为微燃机单位时间发电功率；

3)储能电池约束

Soc_min≤Soc(t)≤Soc_max (21)

式中：分别表示储能电池功率的最小值和最大值；Soc_min、Soc_max分别表示储能电池放电深度的最小值和最大值；

储能电池的荷电水平要满足运行周期始末相同

Soc(T)＝Soc(0) (22)

式中：Soc(T)、Soc(0)分别表示储能电池在运行周期始末的荷电水平；

4)气储能设备约束

气储能设备受容量及输入、输出功率限制

W_min≤W≤W_max (23)

式中：W_max、W_min分别为设备储气上、下限，储气设备输入下限和上限；分别为储气设备输出下限和上限；

为保证储气设备的调节能力，在调度周期始末，储气水平相同

W(T)＝W(0) (26)

式中：W(T)、W(0)分别表示储气设备在运行周期始末的荷电水平；

5)电锅炉、气锅炉、电制冷机、吸收式制冷机约束

这四种设备主要运行受额定功率及爬坡率约束：

式中：分别表示设备运行功率最小值和最大值；ΔP^out表示设备单位时间输出功率，表示设备额定爬坡率；

步骤4对步骤3中的日前优化经济调度模型求解。