[发明专利]一种区域综合能源系统优化控制方法

摘要

本发明公开了一种区域综合能源系统优化控制方法，包括如下步骤：S1、区域综合能源系统优化控制目标函数；实现区域综合能源系统总运行费用最低、可靠性和系统减排率最高的目的，将目标函数分为运行成本模型、环境成本模型和系统可靠性模型三个模块；其中包括S11、构建基于运行成本模型的目标函数；S12、构建基于环境成本模型的目标函数；S13、构建基于系统可靠性模型的目标函数；S2、对区域综合能源系统优化控制约束条件进行分析；其中包括S21、能量平衡约束分析；S22、能量平衡约束分析；S23、系统运行约束。本控制方法旨在实现系统总运行费用最低、可靠性和系统减排率最高。

主权项

1.一种区域综合能源系统优化控制方法，其特征在于：包括如下步骤：S1、构建区域综合能源系统优化控制目标函数以实现区域综合能源系统总运行费用最低、可靠性和系统减排率最高的目的，将目标函数分为运行成本模型、环境成本模型和系统可靠性模型三个模块；S11、构建基于运行成本模型的目标函数区域综合能源系统经济调度的目标是使能源成本最小化；经济运行成本主要由天然气、电能和热能的交易成本组成；除此之外，还包括系统本身的运行成本；确定基于运行成本模型的目标函数如下F₁＝minC_op＝C_op‑E+C_op‑H+C_op‑NG   (1)C_op‑H＝C_{HB_grid}+a_{h_st}P_{h_st}(t)   (3)式中C_op——运营成本(元)；C_op‑E——电能供应模块的运行成本(元)；C_i——分布式发电的运营成本(元/kW)；P_i——分布式发电的输出功率(kW)；γ_ele‑dr——需求响应电价(元/kWh)；γ_ele——固定电价(元/kWh)；P_{EB_grid}(t)——系统和电网之间的交换功率(kW)；C_bat,dep——单位时间储能的充/放电折旧费用(元/kWh)；C_op‑H——热能供应模块的运营成本(元)；C_{HB_grid}——系统和热力公司的热量交换成本(元)；P_{h_st}(t)——储热系统的功率(kW)；a_{h_st}——蓄热系统的电力成本(元/kWh)；C_op‑NG——天然气供电模块的运营成本(元)；——热能供应模块的运营成本(元)；C_{HB_grid}——需求响应天然气价格(元/m³)；——固定天然气价格(元/m³)；LHV_NG——天然气的低热值(kWh/m³)；P_{NG_st}(t)——天然气存储系统的功率(kW)；a_{h_st}——天然气存储系统的功率成本(元/kW)；M,N——需求响应系数，M,N＝1表示系统参与需求响应；M,N＝0表示系统不参与需求响应；S12、构建基于环境成本模型的目标函数以天然气为燃料的CCHP系统和燃气锅炉是区域综合能源系统的重要动力和供热单元，也是区域综合能源系统污染物排放的重要来源；区域综合能源系统运行的环境成本主要包括以下两个方面：能源生产污染物造成的环境损失和由此造成的非环境损失；相关部门收取的排污费；环境成本最小化模型如下所示：式中C_E——环境成本(元)；P_k(t)——t时刻的发射源k的功率(kW)；——来自排放源k的污染物j的排放系数(元/kg)；Q_j——污染物排放水平(kg)；ζ_EC‑p——污染物排放惩罚费用(元)；S13、构建基于系统可靠性模型的目标函数区域综合能源系统缺电率是电力系统常用的一个供电可靠性指标；根据区域综合能源系统与电力系统的相关性，构建了区域综合能源系统供给可靠性指标：能源供给损失率(Loss of Energy Supply Probability，LESP)，LESP表示某一时期系统能源供给缺口与总能量需求的比值；式中LESP(t)——环境成本(元)；P_k(t)——t时刻系统内能量缺额与t时刻总能量需求之比(％)；E_demand,t——t时刻系统内能量需求总量(kW)；E_supply,t——t时刻系统内能量需求供给(kW)；S2、对区域综合能源系统优化控制约束条件进行分析S21、能量平衡约束分析区域综合能源系统能量平衡的主要对象是电、热、冷、天然气；电功率平衡是指系统内外的电力供应必须满足系统内的电力负荷需求，热平衡主要指系统本身产生的热量可以满足自身的需要，如果不能满足，系统需要从热力公司购买一定量的热量，冷功率平衡主要指系统对冷的需求不能超过CCHP等系统产生的冷气量；区域综合能源系统内的能量平衡约束如下(1)电负荷平衡约束P_{e_grid}(t)+P_WT(t)+P_PV(t)+P_CCHP(t)+P_dis(t)＝P_load(t)+P_char(t)+P_EV(t)  (6)式中P_{e_grid}(t)——电网与综合能源系统之间的电量交换功率(kW)；P_WT(t)——风力发电输出功率(kW)；P_pv(t)——分布式光伏发电输出功率(kW)；P_CCHP(t)——CCHP电输出功率(kW)；P_dis(t)——电池的放电功率(kW)；P_load(t)——系统内的总负荷(kW)；P_pv(t)——分布式光伏发电输出功率(kW)；P_EV(t)——电动汽车负荷；(2)热负荷平衡约束H_{h_grid}(t)+H_HP(t)+H_AC(t)+H_CCHP(t)+H_{h_re}(t)＝H_load(t)+H_{h_st}(t)  (7)式中H_{h_grid}(t)——供热公司和综合能源系统之间的热交换功率(kW)；H_HP(t)——热泵输出功率(kW)；H_AC(t)——空调输出功率(kW)；H_CCHP(t)——CCHP热输出功率(kW)；H_{h_re}(t)——蓄热系统释放热量的功率(kW)；H_load(t)——系统内的热负荷(kW)；H_{h_st}(t)——蓄热系统储存热量的功率(kW)；(3)冷负荷平衡约束L_HP(t)+L_AC(t)+L_CCHP(t)+L_{l_re}(t)＝L_load(t)+L_{l_st}(t)  (8)式中L_CCHP(t)——热泵输出冷负荷的功率(kW)；L_AC(t)——空调输出冷负荷的功率(kW)；L_{h_re}(t)——蓄冷系统释放冷负荷的功率(kW)；L_load(t)——系统内的冷负荷(kW)；L_{h_st}(t)——蓄冷系统储存冷负荷的功率(kW)；(4)天然气负荷平衡约束式中P_{ng_grid}(t)——天然气网向系统供应天然气的功率(kW)；P_{ng_st}(t)——系统中储气系统释放的功率(kW)；——燃气发电的发电效率(％)；P_{ng_life}(t)——区域综合能源系统中的居民用气负荷(kW)；S22、能量平衡约束分析在区域综合能源系统中，考虑到系统和外部的交互关系以及系统与能源网的安全，系统与外部网络之间的能量交换功率必须保持在一定范围内：P_{e_min}≤|P_{e_grid}|≤P_{e_max}  (10)P_{g_min}≤|P_{g_network}|≤P_{g_max}  (11)式中P_{e_min}(t)——电网与综合能源系统之间的最小电量交换功率(kW)；P_{e_max}(t)——电网与综合能源系统之间的最大电量交换功率(kW)；P_{g_max}(t)——天然气网向系统供应天然气的最大功率(kW)；P_{g_min}(t)——天然气网向系统供应天然气的最小功率(kW)；S23、系统运行约束综合能源系统包含很多硬件设备，这些设备必须在运行过程中满足自己的运行约束条件；机组实时出力应在上、下限之间，同时机组功率的变化率受到爬坡率的限制；(1)能源供应设备的运行约束P_{Δese_min}(t)θ(t)≤ΔP_ese(t)≤P_{Δese_max}(t)θ(t)  (13)式中P_{ese_min}(t)——设备的最小输出功率(kW)；P_{ese_max}(t)——设备的最大输出功率(kW)；θ(t)——设备的运行状态；ΔP_ese(t)——t时间内功率的变化量(kW)；P_{Δese_min}(t)——设备爬坡能力的下限(kW)；P_{Δese_max}(t)——设备爬坡能力的上限(kW)；(2)能量储存系统运行约束1)电能储能SOC_min≤SOC(t)≤SOC_max  (14)SOC_start(t)＝SOC_end(t)  (17)式中SOC_min——电储能荷电状态的最小值；SOC_max——电储能荷电状态的最大值；——电池充电的效率；——电池放电的效率；——电池允许的最大充电电流(A)；——电池允许的最大放电电流(A)；SOC_start(t)——储能系统调度周期开始时间的电池剩余容量；SOC_end(t)——储能系统调度周期结束时间的电池剩余容量；2)热能储能H_{h_st_min}≤H_hst(t)≤H_{h_st_max}  (18)H_{h_st_start}(t)＝H_{h_st_end}(t)  (20)式中H_{h_st_min}——热储能荷电状态的最小值；H_{h_st_max}——热储能荷电状态的最大值；——热能储存的效率；——热能释放的效率；H_{h_st_start}(t)——储热系统调度周期开始时间的电池剩余容量；H_{h_st_end}(t)——储热系统调度周期结束时间的电池剩余容量。