[发明专利]一种乡村生物质综合能源系统两阶段运行优化方法

权利要求书

1.一种乡村生物质综合能源系统两阶段运行优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：构建乡村生物质综合能源系统结构，建立设备出力模型；建立所述设备出力模型包括建立生物质出力模型；

S2：构建两阶段优化模型；第一阶段，以用户热负荷、外界温度、网络结构为输入，计及热网网络损耗，以日总热量供给最低为目标进行热源出口温度的优化控制；第二阶段，基于获取的控制温度和电、热需求，以日收益最大为目标优化综合能源系统各个设备的出力；

S3：针对两阶段优化模型求解；第一阶段采用自适应交叉概率的改进差分算法求解；第二阶段采用Gurobi求解器直接求解；

S4：根据求解结果输出各设备出力值，基于所输出的各设备出力值控制各个设备的出力；

其中，所述生物质出力模型由下式表示：

式中，P_b(t)为t时段生物质电功率；α_e为生物质系统电转换效率；m_b(t)为t时段所燃烧的生物质量；η_b为生物质的燃烧转化效率；NCV_b为所使用的生物质的净热值；Δt为调度时间h；

生物质热值分为总热值GCV和净热值NCV，净热值与总热值满足下列公式：

其中，w为燃料的含水量；h为燃料不含水分状态下，燃料中氢的比重；GCV为总热值；

步骤S2中建立第一阶段优化模型具体为：

(1)目标函数

在已知用户热负荷、外界温度、网络结构条件下，考虑热网网络 损耗以日总热量供给最低为目标，建立热源出口温度优化控制模型，其目标函数表示为：

式中，F为总热量供给；N_T为调度时段总数；N为用户数；Φ_L(i,t)为第i 个用户，第t时段的热负荷；Φ_loss(t)为第t时段热网的损耗；

(2)约束条件

1)热源供给与返回温度约束

式中，T_{s_source}和T_{r_source}分别为热源出口的供给温度和返回温度；和分别为供给温度的上下限；和分别为返回温度的上下限；

2)负荷节点供给与返回温度约束

式中，T_sj和T_rj分别为负荷节点j的供给温度和返回温度；和分别为供给温度的上、下限；和分别为返回温度的上、下限；

3)热负荷平衡约束

式中，Φ_source为热源供给的热功率；N为用户数；Φ_L(i)为第i个用户的热负荷；Φ_loss为热网的损耗；

步骤S2中建立第二阶段优化模型具体为：

I目标函数

获取控制温度和电、热需求，在满足约束条件的前提下，以日经营利润最大为目标优化各个设备的出力；目标函数表示为：

式中，F为日经营利润；R_CHP(t)、R_PV(t)、R_HP(t)和R_EB(t)分别为生物质热电联产、光伏发电、热泵和电锅炉在t时段的收益；C_CHP(t)、C_OM(t)和C_GRID(t)分别为t时段生物质热电联产、运行维护和从电网购电成本；N_T为总调度时段数；其中，t时段生物质热电联产成本C_CHP(t)主要包括原料成本、处理成本、储存成本和运输成本；

II约束条件

i生物质相关约束

①可燃烧量约束

0≤m_b(t)≤S_b(t) (31)

式中，m_b(t)为t时段所燃烧的生物质量；S_b(t)为t时段能源中心的生物质总量；

②能源中心储存量约束

式中，为能源中心储存的最大生物质量；S_b(end)为一天最后时刻的存储量；为第二天初始时刻存储中心的生物质量，以保证正常运行；

③电量约束

式中，为t时段自用电功率；为t时段上网电功率；P_b(t)为t时段生物质电功率；

ii光伏出力约束

0≤P′_PV(t)≤P_PV(t) (35)

式中，P′_PV(t)为t时段系统消纳的光伏功率；P_PV(t)为t时段的预测功率；

iii功率平衡约束

P_b(t)+P′_PV(t)+P_gird(t)＝P_L(t)+P_EB(t)+P_HP(t) (36)

Φ_b(t)+Φ_EB(t)+Φ_HP(t)＝Φ_L(t)+Φ_loss(t) (37)

式中，P_b(t)为t时段生物质电功率；P′_PV(t)为t时段系统消纳的光伏电功率；P_gird(t)为t时段从电网购电功率；P_L(t)为t时段系统的用电负荷；P_EB(t)为t时段电锅炉的输入电功率；P_HP(t)为t时段地源热泵的输入电功率；Φ_b(t)为t时段生物质热电联产系统的热出力；Φ_EB(t)为t时段电锅炉的输出热功率；Φ_HP(t)为t时段地源热泵的输出热功率；Φ_L(t)为t时段的热负荷；Φ_loss(t)为第t时段热网的损耗；

iv爬坡率约束

|P_b(t)-P_b(t-1)|≤ΔP_b (38)

|Φ_EB(t)-Φ_EB(t-1)|≤ΔΦ_EB (39)

|Φ_HP(t)-Φ_HP(t-1)|≤ΔΦ_HP (40)

式中，ΔP_b、ΔΦ_EB和ΔΦ_HP分别为生物质热电联产、电锅炉和热泵的最大爬坡率；

v机组出力上下限约束

式中，分别为电锅炉输出热功率的上、下限；分别为地源热泵输出热功率的上、下限。