[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

说明书

本发明公开了一种乡村生物质综合能源系统两阶段运行优化方法，包括以下步骤：构建乡村生物质综合能源系统结构，建立设备出力模型；构建两阶段优化模型；第一阶段，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，以日收益最大为目标优化综合能源系统各个设备的出力；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；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。该方法中两个阶段优化模型通过热源出口温度将设备功率与热网潮流解耦，大大降低问题求解的复杂性，提高方法的适用性。

技术领域

本发明涉及综合能源系统技术领域，具体涉及一种乡村生物质综合能源系统两阶段运行优化方法。

背景技术

随着我国能源结构变革的推进，一次能源中可再生能源占比逐步提高，预计2050年将超过60％。为进一步提高分布式可再生能源消纳和能源利用效率，各国都在努力发展综合能源系统，其主要能源是分布式燃气和风、光、地热等可再生能源。而我国由于燃气供应量不足，限制了综合能源的进一步发展。生物质能是一种能够与环境友好发展、储量巨大且还未被充分利用的能源，受到世界各国的广泛关注，近十年发展快速。为此，充分利用我国农村地区丰富的生物质能，依托生物质热电联产构建乡村综合能源供给系统，对促进美丽乡村计划的实施、提高乡村收入、促进产业调整都具有重要的意义。

近年来，针对生物质热电联产(CHP)的研究和应用已取得了部分成果，研究表明相同生产电热负荷下就地利用生物质热电联产可减少煤耗量，节约单位用能成本；计及环境成本，对林木为主的生物质热电联产和燃煤热电联产进行包括设备初始投资、运营费用、环境价值等全成本经济比较，发现生物质环境效益显著，全成本低于燃煤热电联产；生物质总CO₂排放量远远小于燃煤，而且得到CO₂排放价格越大，生物质热电联产的效益越优异，生物质热电联产环境效益显著。现有研究验证了生物质热电联产具有较好的经济性和环境效益，但针对其发电特性和建模的研究较少，而这却是综合能源系统运行与优化规划的基础。

目前，针对综合能源系统优化运行的研究已经较为深入，研究对象可分为不考虑热网网架和考虑的两类。不考虑网架调度优化通常采用能源集线器(Energy Hub)模型描述综合能源系统能量转换，此类不考虑网络损耗的研究结果存在偏差。考虑热网网架的综合能源系统的运行优化，其通常做法是首先建立热网水力模型和热力模型、热源设备输出功率与出口温度映射模型，然后采用综合能流优化方法进行设备输出功率的日前或日内优化。目前热网潮流优化模型，大多是以热源功率为控制变量，温度为状态量，属于非线性非凸的优化问题，常用方法是采用牛顿法、构造拉格朗日函数、构造障碍函数将问题转换为凸函数进行求解，存在函数构造复杂、计算量大，不利于实际应用的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种乡村生物质综合能源系统两阶段运行优化方法，本发明考虑热网损耗和生物质出力特性进行综合系统优化运行，该方法中两个阶段优化模型通过热源出口温度将设备功率与热网潮流解耦，大大降低问题求解的复杂性，提高方法的适用性。

本发明所采用的技术方案是：一种乡村生物质综合能源系统两阶段运行优化方法，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；

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。