[发明专利]多源异质全可再生能源热电气储耦合系统建模与规划方法

权利要求书

1.一种多源异质全可再生能源热电气储耦合系统建模与规划方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

(1)多源异质全可再生能源热电气储耦合系统物理结构构建；

(2)多源异质全可再生能源热电气储耦合系统集成设备建模；

(3)多源异质全可再生能源热电气储耦合系统优化规划模型建立；

(4)基于实际算例对所提优化规划模型进行求解分析，得到系统集成设备最佳容量配比结果；

步骤(1)构建的多源异质全可再生能源热电气储耦合系统包括供能装置和储能装置，其中，供能装置包括发电设备、供热设备和供冷设备，储能装置包括蓄电池设备、蓄热设备、冰蓄冷设备和储氢罐；

发电设备包括生物质热电联产机组、风电机组、光伏发电以及电转气和燃料电池；供热设备包括光热设备、地源热泵机组制热设备；供冷设备包括地源热泵机组制冷设备、电制冷机、吸收式制冷机；

步骤(2)建模得到的模型包括：

生物质热电联产机组数学模型、风电机组数学模型、光伏机组数学模型、电转气数学模型和燃料电池数学模型、光热设备数学模型、地源热泵机组数学模型、电制冷机数学模型、吸收式制冷机数学模型、蓄电池设备数学模型、蓄热设备数学模型、冰蓄冷设备数学模型、储氢罐数学模型；

所述的生物质热电联产机组数学模型包括：

在任一时间段，整个生物质热电联产机组发电系统的能量输入和终端电能输出之间的关系可以从以下数学模型中获得：

其中：P_BCHP,Δt为生物质热电联产机组发电量；m_BM,Δt为生物质燃料消耗量；CV_BM为生物质燃料热值；η_BCHP为生物质气化炉系统从生物质到发电的总转化效率；Δt为生物质热电联产机组运行时间；

所述的风电机组数学模型包括：

风电机组发电功率输出与所选风机各项参数和当地风速有关，任一时刻t风电机组出力可用以下数学模型表示：

其中：P_WT(t)表示t时刻风电机组发电量；C_P为风能利用系数；ρ为空气密度；A_WT为风电机组叶片扫过面积在与风速垂直平面上的投影；υ为t时刻风速；为风电机组额定发电功率；V_c为风电机组切入风速；V_f为风电机组切出风速；V_τ为风电机组额定风速；

风电机组塔高处的实际风速可用以下数学模型表示：

其中：υ为在风电机组塔轮毂高度h处的风速；υ′为在参考高度h′处记录的测量风速；β为当地风速折算系数；

光伏机组数学模型包括光伏出力数学模型：

其中：P_PV(t)表示t时刻光伏机组发电量；N_PV为光伏板的数量；P_N每个光伏板额定功率；Ra(t)表示t时刻太阳辐射强度；R_SSR是标准太阳辐射；R_CR为特定辐射；

电转气数学模型和燃料电池数学模型包括：

电解槽制氢数学模型如下：

其中：为t时刻碱式电解槽电解产生氢气质量；P_AE,t为t时刻碱式电解槽消耗电能；η_AE为碱式电解槽制氢效率；为氢的低热值，取33.3kw·h/kg；

燃料电池电能产出与氢气消耗的数学模型如下：

其中：P_FC,t为t时刻氢燃料电池发电功率；η_FC燃料电池发电效率；为t时刻燃料电池消耗氢气质量；

光热设备数学模型包括太阳能集热器集热器的一般模型：

H_PT＝A_PTI_Raη_PT

其中：H_PT为太阳能集热器的热量收益；η_PT为太阳能集热器的效率；A_PT为太阳能集热器的安装面积；I_Ra太阳辐射强度；

地源热泵机组数学模型包括：

地源热泵机组是通过消耗电能把地热能转换为冷、热负荷的设备，它的一般数学模型可表示为：

H_GSHP＝P_GSHPCOP_HGSHP

C_GSHP＝P_GSHPCOP_CGSHP

其中：H_GSHP、C_GSHP分别为地源热泵机组输出的热功率、冷功率；P_GSHP为地源热泵输入的电功率；COP_HGSHP、COP_CGSHP分别为地源热泵的制热能效系数、制冷能效系数；

电制冷机数学模型包括：

电制冷机是将电能转化为冷负荷的设备，其数学模型可以表示如下：

C_ER,t＝P_ER,tCOP_ER

其中：C_ER,t为t时刻电制冷机输出冷量；P_ER,t为t时刻电制冷机输入电功率；COP_ER电制冷机制冷性能系数；

吸收式制冷机数学模型包括：

吸收式制冷机是利用吸收器—发生器将热能转化为冷负荷的设备，其能量转换数学模型可以表示如下：

C_AC,t＝H_AC,tCOP_AC

其中：C_AC,t为t时刻电制冷机输出冷量；H_AC,t为t时刻吸收式制冷机输入热功率；COP_AC吸收式冷机制冷性能系数；

蓄电池设备数学模型包括：

在任意时刻，蓄电池设备状态都等同于前一时刻蓄电池状态值与当前时间段中蓄电池充放电净功率值之和，蓄电设备的数学模型可表示如下：

其中：E_SBT,t+Δt、E_SBT,t分别为t+Δt、t时刻蓄电池的电能储量；λ_SBT为蓄电池的自放电效率；分别为蓄电池的充、放电效率；分别为t时刻蓄电池的充、放电功率；Δt为时间长度；

蓄热设备数学模型包括：

在任意时刻，蓄热设备状态都等同于前一时刻蓄热状态值与当前时间段中蓄热设备储放热净功率值之和。蓄热设备的数学模型可表示如下：

其中：H_HSD,t+Δt、H_HSD,t分别为t+Δt、t时刻蓄热设备的热能储量；λ_HSD为蓄热设备的自放热效率；分别为蓄热设备的储热、释热效率；分别为t时刻蓄热设备的蓄热、释热功率；Δt为时间长度；

冰蓄冷设备数学模型包括：

全量蓄冰串联运行方式的冰蓄冷空调系统的数学模型：

C_im,t＝P_im,t·COP_im

C_mi,t＝P_mi,t·COP_mi

其中：C_im,t为t时刻制冷机制冷量；P_im,t为t时刻制冷机耗电量；COP_im为制冷机制冷性能系数；C_ISD,t+Δt、C_ISD,t分别为t+Δt、t时刻蓄冰槽含冷量；λ_ISD为蓄冰槽的自放冷效率；分别为蓄冰槽的储冷、释冷效率；分别为t时刻蓄冰槽的储冷、释冷功率；Δt为时间长度；C_mi,t为t时刻融冰所得冷量；P_mi,t为t时刻融冰耗电量；COP_mi为制冷机融冰性能系数；

储氢罐数学模型包括：

利用高压将气态氢储存在球形或圆柱形氢罐中，数学模型表示为：

V_HST,min≤V_HST,t≤V_HST,max

其中：V_HST,t+Δt、V_HST,t分别为t+Δt、t时刻储氢罐所含氢气量；λ_HST为储氢罐的储能消耗率；分别为t时刻储存、释放氢气量；分别为储氢罐中氢气储存、释放效率；V_HST，min、V_HST，max分别为储氢罐储氢容量的上下限；Δt为是时间长度。