[发明专利]一种提升电网灵活性的楼宇热电联产系统运行优化方法

说明书

本发明属于需求侧响应的控制技术领域，尤其涉及一种提升电网灵活性的楼宇热电联产系统运行优化方法。本发明包括不同需求的楼宇灵活性量化和需求灵活性度量，其中，不同需求的楼宇灵活性量化包括以下步骤：外部数据的获取和设定；优化模型求解；优化模型数据结果量。本发明综合考虑了不同的运行策略、目标函数及约束条件，优化微型热电联产系统的最佳容量和运行曲线。采用基于物理先验知识公式约束的混合整数线性规划实现优化，并综合考虑物理模型中重要的技术指标。具有运行效率高、鲁棒性强的优点。可应用于不同热、电消耗模式的住宅楼宇，与热电系统单独运行相比，可同时降低总成本和温室气体排放，间接提高电网运行灵活性和清洁能源消纳能力。

技术领域

本发明属于需求侧响应的控制技术领域，尤其涉及一种提升电网灵活性的楼宇热电联产系统运行优化方法。

背景技术

二氧化碳co₂，甲烷CH₄和一氧化二氮N₂O等温室气体的浓度，自1750年以来分别增加了40％，150％和20％，这是在过去的80万年中从未有过的现象，这导致了全球变暖问题。面对全球变暖的挑战性影响，巴黎协议各方同意限制平均气温到2100年，相对于工业化前，把气温上升控制在2℃以下，但是迄今全球平均气温上升超过0.8℃意味着实现这一目标是很大的挑战。关键能源技术的竞争性替代和扩散对能源结构的演变具有重要影响，这反过来又影响到温室气体排放的减缓和气候变化的预防，分散发电是通过减少输配电损失来优化能源利用的有效途径之一。分散发电的方法之一是使用热电联产技术。这些技术将通过从燃料源，同时产生热量和电力来提高能源转换的效率，从而实现许多社会和能源政策目标，例如减少能源供应产生的温室气体排放，并可能降低消费者的能源成本。

考虑到上述好处，能源消费水平较高的楼宇是使用微型热电联产技术是潜在领域之一。例如，在英国，天然气总消耗量最高(61％)和电能(35％)，占其他地区最终消费的28.4％能源，和温室气体排放量的14.5％。尽管小规模(100kwe)和微型(15kwe)的热电联产系统已商业化，适合应用于楼宇建筑^[8]，但这些技术在这一领域的应用仍没有尽可能广泛。例如，在英国，2017年已安装的热电联产装置的总发电量中，只有0.6％的功率范围小于100千瓦，而就在今年，针对上网电价FIT而制定的微型热电联产计划的总发电量仅为总装机容量的0.009％。在扩大微型热电联产装置的使用中有一些障碍，楼宇部门技术不成熟，实施缓慢，意识不足^[8]。但是，在经济方面，来自各个测试国家的反馈表明，激励政策可能对热电联产技术的发展产生重大影响。如果投资成本仍然很高，则这些技术通常符合“FIT”的条件，可以帮助获得投资回报。然而，实现低成本是使微型热电联产市场更具吸引力的重要目标之一。

在开发微型热电联产的过程中系统，掌握微型CHP装置的最佳容量，避免低估和高估分别对系统的有效性和可行性的不利影响，和最优运行策略，用于最小化满足电力和热量需求的成本并开发合理的方案以确定系统的最佳运行策略的策略，对于利用微型CHP系统的高经济和节能潜力非常重要，并且具有成为制造商和客户都感兴趣的研究重点。此外，由于微型CHP单元可以与其他热电联产组成部件耦合以提高运行灵活性，例如储能单元。因此应谨慎选型和先进策略用于解决较高的资本成本支出和复杂性系统。因此，开发一种综合方法，以寻求微机的最佳容量大小和运行目标、约束的CHP系统，例如减少总成本和减少温室气体，包括热电联产组成部件和运行策略具有重要意义。

大多数研究变量优化方法的目的都考虑了成本最小化。一些研究采用线性规划LP方法优化。如果针对投资，运营和维护，燃料和更换成本以及可靠性进行长期规划，假定为热电联产机组定义了尺寸，并以离散形式执行尺寸调整，以找到这些机组的最佳数量，系统的年成本和能源消耗可以大大降低。但是，其他一些研究也考虑了减少温室气体的目标。除成本和温室气体减排目标外，还应考虑节水的目标函数，并结果在目标之间提供了折衷的解决方案。