[发明专利]一种气电综合能源配网系统的协调运行方法

摘要

本发明涉及一种气电综合能源配网系统的协调运行方法，同时考虑配电网中的交流潮流和配气网中的气体水利计算；将系统中的冷热电三联供系统（CCHP）作为配气网和配电网的耦合元件，对CCHP系统的非线性多能耦合外特性进行数学建模；通过对系统中CCHP系统的运行进行协调优化，将配电网的分布式新能源的功率波动转移到配气网和冷/热供应系统中，从而抑制配电网联络线交换功率的波动；对于上述模型对应的混合整数非线性规划问题，本专利提出一种两阶段优化算法进行求解。仿真算例证明在保证综合能源系统新能源利用率的前提下，该方法在不同季节场景下均能有效抑制联络线上的功率波动。

主权项

一种气电综合能源配网系统的协调运行方法，其特征在于，步骤1：对CCHP系统的多能耦合外特性进行数学建模，建立CCHP系统电输出功率、天然气消耗流量、制冷功率以及供热功率之间的数学映射关系，基于以下定义：模型一，微型燃气轮机建模：微型燃气轮机的耗气流量与其电输出功率直接相关，用函数来表示；同时微型燃气轮机发电产生烟气的流速ERi,t和温度ETi,t也和其电输出功率有关，用函数和来描述；参考微型燃气轮机的技术参数，采用二次函数拟合fgas，拟合优度达到0.9998；拟合结果为：模型二，吸收式制冷机建模：吸收式制冷机的制冷功率与微型燃气轮机排出烟气的流速和温度有关；采用函数来描述制冷功率和ERi,t、ETi,t之间的关系；因此微型燃气轮机的输出功率和制冷机的制冷功率之间的关系如式(1)所示；由于ERi,t、ETi,t均与近似线性相关，而可近似等于一个关于ERi,t的一次函数乘上一个关于ETi,t的二次函数，因此采用三次函数拟合fcold；拟合结果为：模型三，余热回收锅炉建模：燃气轮机排出的烟气中残留的能量与其流量和温度有关，采用函数来描述；而烟气的流量和温度又和燃气轮机的输出功率有关；因此和之间的关系如(2)所示；余热回收锅炉将烟气中的能量重新利用，因此余热回收锅炉的产热功率也与相关，如(3)所示；其中ηre为余热回收锅炉的热回收效率；采用二次函数拟合余热回收锅炉产热功率和燃气轮机发电功率之间的关系；拟合结果为：模型四，电制冷解和辅助锅炉建模：当由吸收式制冷机和余热回收锅炉的制冷和供热功率不足时，CCHP系统将会使用电制冷机和辅助锅炉来保证冷量和热量的供需平衡；因此CCHP系统总制冷功率和供热功率如(4)和(5)所示；其中，为电制冷机的制冷功率，为辅助锅炉的净产热功率；为离心式制冷机的功率消耗，为辅助锅炉的耗气流量；COP为制冷机能效比；模型五，储水箱建模：储水箱储存未被及时使用的冷水和热水，从而进一步保证了制冷/供热系统的实时供需平衡，提高了CCHP系统的能源利用效率；在CCP模式下采用式(7)描述水箱内的能量平衡，CHP模式下则采用式(8)；式(9)用于保证在一天结束时水箱中储存的能量等于起始值；ESi,start＝ESi,end                        (9)其中，ESi,t为储水罐中储存的冷/热水的能量；为用户该时刻使用的冷/热量；利用温差方程来确定冷热需求量，如(10)所示；其中Ttin和Ttout分别为室内和室外温度；ε为温度惯性系数；A为导热系数；基于以上建模，得到了CCHP系统的电输出功率耗气流量之间的关系，为步骤2中综合能源系统中气网和电网的耦合提供依据；步骤2：建立气电综合能源系统协调优化运行模型，考虑配电网中的交流潮流模型以及配气网中的气体水利计算，在满足系统电/气/冷/热负荷的前提下，通过优化CCHP系统的运行，抑制由分布式新能源造成的联络线功率波动，该气电综合能源系统协调优化运行模型基于目标函数：其中，为输电网和配电网联络变压器下网的有功功率；为输入到配气网的天然气总量；和分别为失电负荷量和失气负荷量；为联络线功率的波动量；ρele,t和ρgas,t分别为电价和天然气价格；ρres为主网辅助调节功率波动的费用,其取值与主网的结构以及综合能源系统中分布式新能源接入的渗透率相关；ρelecut和ρgascut为失电负荷和失气负荷的经济代价；步骤3：针对协调运行优化模型所对应的混合整数非线性规划问题，利用两阶段优化算法对问题进行求解；包括：步骤3.1、松弛CCHP系统中微型燃气轮机的出力下限约束，求解得到其理想工作点；步骤3.2、进一步判断燃气轮机启停状态，并二次求解非线性规划问题。