[发明专利]一种兼顾经济与能效的电-热耦合多能流系统优化调度方法

摘要

本发明提出一种兼顾经济与能效的电‑热耦合多能流系统优化调度方法，属于含多种能源形式的电网运行和控制技术领域。本方法首先设定电‑热耦合多能流系统中电网与热网稳态安全运行的等式和不等式约束条件；分别建立电‑热耦合多能流系统优化调度的经济性目标函数和能效目标函数；分别求得以经济性为目标的调度方案，和以能效为目标的调度方案；将两种方案分别代入相应的目标函数进行交互计算，利用计算结果建立兼顾经济与能效的电‑热耦合多能流系统优化调度模型；对模型求解，最终获得电‑热耦合多能流系统的优化调度方案。本发明考虑电‑热系统的紧密耦合与相互影响，实现了兼顾经济与能效的电‑热耦合多能流系统的优化调度。

主权项

1.一种兼顾经济与能效的电‑热耦合多能流系统优化调度方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)设定电‑热耦合多能流系统中电网与热网稳态安全运行的等式约束条件；具体包括：1‑1)电‑热耦合多能流系统中的电网潮流方程约束；表达式如下：其中，Pⁱ为电网中节点i的注入有功功率，Qⁱ为电网中节点i的注入无功功率，θ_i、θ_j分别为节点i、节点j的电压相角，U_i和U_j分别为节点i和节点j的电压幅值，G_ij为电网节点导纳矩阵Y第i行、第j列元素的实部，B_ij为电网节点导纳矩阵Y第i行、第j列元素的虚部；1‑2)电‑热耦合多能流系统中热网的管道压力损失约束；表达式如下：ΔH_l＝S_lm_l|m_l|   (2)其中，ΔH_l为热网中第l条管道的压力损失，S_l为第l条管道的阻力特性系数，10Pa/(kg/s)²≤S_l≤500Pa/(kg/s)²，m_l为第l条管道的流量；1‑3)电‑热耦合多能流系统中热网的循环泵水力特性约束；表达式如下：H_P＝H₀‑S_pm²   (3)其中，H_P为循环泵扬程，H₀为循环泵静扬程，S_p为循环泵阻力系数，m为流过循环泵的流量；1‑4)电‑热耦合多能流系统中热网管道热量损失约束；表达式如下：其中，T_e,l为热网中第l条管道的末端温度，T_h,l为第l条管道的首端温度，T_a,l为第l条管道所在的环境温度，L_l为第l条管道的长度，C_p为水的比热容，λ为管道单位长度的传热系数；1‑5)电‑热耦合多能流系统的热网中多管道汇合点的温度约束；表达式如下：其中，为流出多管道汇合点的流量，为流入多管道汇合点的流量，To_ut为流出多管道汇合点的水的温度，T_in为流入多管道汇合点的水的温度，Q_J是多管道汇合点的热功率；1‑6)通过电‑热联供机组耦合的电‑热耦合多能流系统中电网与热网之间的耦合约束；表达式：其中，p为电‑热联供机组的有功功率，q为电‑热联供机组的热功率，P^k为电‑热联供机组运行可行域近似多边形的第k个顶点的横坐标，Q^k为电‑热联供机组运行可行域近似多边形的第k个顶点的纵坐标，α^k为组合系数，0≤α^k≤1，NK为电‑热联供机组的运行可行域近似多边形的顶点个数；1‑7)通过循环泵耦合的电‑热耦合多能流系统中电网与热网之间的耦合约束；表达式：其中，P_P为循环泵消耗的有功功率，g为重力加速度，η_P为循环泵效率，m_P为流过循环泵的流量，H_P为循环泵的扬程；1‑8)通过热泵耦合的电‑热耦合多能流系统中电网与热网之间的耦合约束；表达式如下：P_hp＝C_hpQ_hp   (8)其中，Q_hp为电‑热耦合多能流系统中热泵发出的热功率，P_hp为热泵消耗的电功率，C_hp为热泵的产热效率；2)设定电‑热耦合多能流系统中电网与热网稳态安全运行的不等式约束条件，具体包括：2‑1)节点电压幅值约束；电‑热耦合多能流系统的电网中第i个节点的电压幅值U_i在设定的电网安全运行电压的下、上限值U_i、之间运行，U_i为第i个节点额定电压的0.95倍，为第i个节点额定电压的1.05倍：表达式如下：2‑2)线路传输容量约束；电‑热耦合多能流系统的电网中第l条线路的传输容量小于或等于设定的电网安全运行传输容量的最大值表达式如下：2‑3)电‑热耦合多能流系统的电网中电‑热联供机组或有功功率的爬坡约束；表达式如下：其中，和分别为第b台电‑热联供机组有功功率的向上爬坡速率和向下爬坡速率，Δt为相邻两个调度时段的时间间隔，p_b,t和p_b,t‑1分别为第b台电‑热联供机组在第t个调度时段的有功功率和第t‑1个调度时段的有功功率；2‑4)电‑热耦合多能流系统的电网中非燃气机组有功功率的爬坡约束；表达式如下：其中，和分别为第x台火电机组有功功率的向上爬坡速率和向下爬坡速率，p_x,t和p_x,t‑1分别为第x台火电机组在第t个调度时段的有功功率和第t‑1个调度时段的有功功率；2‑5)电‑热联供机组安全运行约束；电‑热耦合多能流系统的电网中第b台电‑热联供机组的有功功率p_b在设定的电网安全运行第b台电‑热联供机组有功功率的上、下限值p_b之间；表达式如下：2‑6)火电机组安全运行约束；电‑热耦合多能流系统的电网中第x台火电机组的有功功率p_x在设定的电网安全运行第x台火电机组有功功率的上、下限值p_x之间；表达式如下：2‑7)热网管道流量约束；电‑热耦合多能流系统的热网中第l条管道的流量m_l小于或等于热网安全运行流量的上限值表达式如下：2‑8)换热站回水温度约束；电‑热耦合多能流系统的热网中换热站回水温度T在设定的热网安全运行回水温度的上、下限值T之间；表达式如下：3)以成本最低为目标，建立电‑热耦合多能流系统优化调度的经济性目标函数；表达式如下：其中，p_b为电‑热耦合多能流系统中第b台电‑热联供机组的有功功率，q_b为电‑热耦合多能流系统中第b台电‑热联供机组的热功率，N为电‑热耦合多能流系统中电‑热联供机组的总台数，F(p_b,q_b)为电‑热耦合多能流系统中第b台电‑热联供机组的运行成本，p_x为电‑热耦合多能流系统中第x台火电机组的有功功率，N_TU为电‑热耦合多能流系统中火电机组的总台数，F_TU(p_x)为电‑热耦合多能流系统中第x台火电机组的运行成本；为多能流系统总运行成本；4)以能效最高为目标，建立电‑热耦合多能流系统优化调度的能效目标函数，表达式如下：其中，P_L(t)、C_L(t)、Q_L(t)分别为t时刻多能流系统的电、冷、热负荷功率；下标re、coal、gass分别表示能量来源为可再生能源、煤炭、天然气；ξ为能源不可再生系数，对于可再生能源该值为0，不可再生能源为1；ν(t)为t时刻外购电中不同一次能源来源的渗透率；ef为相应机组发电效率；P_buy(t)为t时刻多能流系统购入电网电能功率；P_re(t)为t时刻多能流系统不经电网所接入的可再生能源功率,单位为kW；F(t)为所消耗相应燃料的低位热值，为多能流系统能效；5)采用内点法，以式(17)的经济性目标函数作为目标函数，以式(1)至式(16)作为约束条件，求解得到电‑热耦合多能流系统中每台电‑热联供机组的有功功率和热功率，得到以经济性为目标的电‑热耦合多能流系统调度方案；采用内点法，以式(18)的能效目标函数作为目标函数，以式(1)至式(16)作为约束条件，求解得到电‑热耦合多能流系统中每台电‑热联供机组的有功功率和热功率，得到以能效为目标的电‑热耦合多能流系统调度方案；6)将步骤5)得到的以经济性为目标的电‑热耦合多能流系统调度方案代入式(18)的能效目标函数中，结果记为将步骤5)得到的以能效为目标的电‑热耦合多能流系统调度方案代入式(17)的经济性目标函数中，结果记为7)建立兼顾经济与能效的电‑热耦合多能流系统优化调度目标函数；表达式如下：8)以式(19)作为目标函数，以式(1)至式(16)作为约束条件，建立兼顾经济与能效的电‑热耦合多能流系统优化调度模型；采用内点法，对该模型求解，得到电‑热耦合多能流系统中每台电‑热联供机组的有功功率和热功率，作为电‑热耦合多能流系统的优化调度方案。