[發明專利]計及可平移負荷的冷熱電聯供系統容量優化配置方法

有效

• 申請號: 201811207957.8
• 申請日: 2018-10-17
• 公開（公告）號: CN109242350B
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 楊麗君;王心蕊;吳文華;梁旭日;王晨;趙優;范錦諭
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G06Q50/06;H02J3/00;H02J3/46;F25B15/00;F28D20/00
• 代理公司: 北京挺立專利事務所(普通合伙) 11265
• 代理人: 劉陽

1.計及可平移負荷的冷熱電聯供系統容量優化配置方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1，構建包括發電系統、蓄能系統和余熱回收供冷/熱系統的冷熱電聯供系統；其中，所述冷熱電聯供系統運行在并網模式下，并通過聯絡線與大電網相連進行能量交換；確定冷熱電聯供系統供給側的供給模式，所述步驟1中的蓄能系統為抽水蓄能裝置；所述步驟1中的發電系統包括內燃發電機組、光伏發電裝置、風機發電裝置；所述步驟1中的余熱回收供冷/熱系統包括電鍋爐、電制冷機、余熱回收裝置、吸收式制冷機；

其中：內燃發電機組在第t時段提供電能為：

E_MT,i,t＝F_MT,i,t×η_MT

式中：E_MT,i,t為第i臺內燃發電機在t時段所提供的電能；F_MT,i,t為第i臺內燃發電機組消耗的天然氣量；η_MT為內燃發電機組的發電效率；

內燃發電機組在第t時段的熱回收量為：

Q_r,i,t＝F_MT,i,t(1-η_MT)η_r

式中：Q_r,i,t為第i臺燃氣輪機在t時刻的余熱回收量；η_r為熱回收效率；

風力發電機組模型

式中：P_wt,j,t為第j臺風力發電機在t時刻的電功率；為第j臺風力發電機的額定電功率；v_j,t為第j臺風力發電機在t時段的實際風速；分別為第j臺風力發電機在切入風速、切出風速和額定風速；

光伏電池模型

為方便計算，本模型只考慮光照強度和溫度兩個因素：

式中：P_PV為t時刻工作點的輸出功率；G_C為工作點的輻照度；N_pv為光伏電池塊數；A_m為光伏電池的單元面積；

蓄水池水量變化關系如下所示：

W(t+1)＝W(t)+(Q_P(t)-Q_T(t))Δt

式中：W(t)為t時段末的剩余水量；Q_P(t)為抽水流速；Q_T(t)為發電放水流速；Δt為時間間隔，取為1h；η_WP為管道效率；η_P為水泵效率；P_T(t)為發電機組功率；P_P(t)為水泵功率；ρ為海水密度，取值為1000kg/m³；g為重力加速度；h為水頭高度；K_P和K_T分別為抽水工況和發電工況下的流速功率比；

余熱回收裝置模型：

式中：Q_Hrs,t為熱回收裝置在t時段提供的熱功率；η_Hrs,t為熱回收系統在t時段的熱回收效率；

電鍋爐模型：

Q_EB,t＝P_EB,tη_ah

式中：P_EB,t和Q_EB,t分別為時段t內電鍋爐用電和制熱功率；η_ah為電鍋爐電熱轉換效率；

步驟2，在冷熱電聯供系統中，確定需求側可平移負荷平移前后整個調度周期內負荷總量不變的可平移負荷模型：

所述可平移負荷模型的表達式為

式中：S_loud,t為t時段平移后的負荷值；S_floud,t為t時段負荷預測值；分別為t時段移入和移出的負荷量，T為調度周期；K_total為可平移負荷的種類；x_k,m,t為第k類可平移負荷從m時段移到t時段的數值；S_1,k為第k類平移負荷在第1個工作時段的負荷值；L為可平移負荷最大持續時間；S_(l+1),k為k類平移負荷在第l+1時段的負荷值；

其中，可平移負荷模型的約束條件為

式中：x_k,t為原先在t時段第k類負荷中可平移的負荷數量；d_k為第k類負荷的平移時間裕度；

步驟3，在可平移負荷模型中，確定基于發電系統中可再生能源滲透率的可平移電負荷目標函數，確定需求側基于冷熱電聯供系統可利用熱能的可平移熱負荷目標函數：

所述可平移熱負荷目標函數更接近于平移后的電負荷與CCHP系統額定熱電比的乘積曲線，其目標函數為：

式中：分別為t時段平移后和平移前的熱負荷量；分別為t時刻移入和移出的熱負荷量；為目標熱負荷量；F_HE為額定熱電比；

步驟4，在冷熱電聯供系統中，確定供給側基于運行成本的經濟目標函數，確定供給側基于發電系統的發電污染的環境目標函數；

步驟5，利用步驟4中的經濟目標函數、環境目標函數，對步驟3中的可平移電負荷目標函數、可平移熱負荷目標函數進行優化；確定出步驟1中的冷熱電聯供系統容量配置；

所述步驟5中綜合目標函數表示為：

minF＝(f₁,-f₂)

其中，經濟目標為CCHP系統年綜合成本最小，建立了由年投資成本C_initial、年替換成本C_replace、年運行維護成本C_OM、可控負荷年調度成本C_demand、冷熱電聯供系統與大電網交互費用C_charge、購買能源成本C_f和售電收益C_int組成的綜合成本f₁為最低的目標函數，即

f₁＝min(C_initial+C_OM+C_demand+C_charge+C_f-C_int)

式中：r₀為貼現率；C_i為第i個設備的投資費用；P_cap,i為第i個設備的容量，kW；K_OM為發電設備的維護費率；I_k、I_j、I_f、I_r、I_h分別為第k類可平移電負荷的單位補貼費用、第j類可平移熱負荷的單位補貼費用、天然氣單位消耗費用、t時段供電單位收益、t時段供熱單位收益；P_eloud,k(t,t')和H_loud,j(t,t')分別為從t時段平移到t'時段的可平移電負荷總量和可平移熱負荷總量；

其中環境目標為向大電網購電量對環境造成的污染越少，即CCHP系統f₂越大對環境污染越少；其目標函數為

式中：P_G2M,t為t時段冷熱電聯供系統向大電網購買電負荷量，為熱負荷轉移后t時段熱的負荷量；

所述經濟目標函數和環境目標函數的約束條件為：

(1)能量平衡約束

t時段的電量、冷量、熱量平衡約束為

P_pv,t+P_wt,t+P_charge,t＝P_eloud,t+P_EB,t+P_EC,t

Q_EB,t+(1-ω_t)Q_Hrs,t＝Q_Hload,t

Q_EC,t+Q_ab,t＝Q_Cloud,t

式中：P_EC,t和Q_EC,t分別為t時段電制冷機電功率和制冷功率；ω_t為t時段的余熱分配系數，且0≤ω_t≤1；Q_Hload,t和Q_Cloud,t分別為t時段所需的熱、冷負荷功率；Q_ab,t為吸收式制冷機功率；

(2)聯絡線功率約束

式中：和分別為冷熱電聯供系統與大電網之間允許交互功率的最小值和最大值；

(3)可控機組約束

0≤P_i≤N_i

式中：P_i為第i個機組的輸出功率；N_i為第i個機組的容量；

(4)蓄水池容量約束

W^min≤W(t)≤W^max

式中：W^min和W^max分別為蓄水池最大和最小蓄水量；

(5)水泵和發電機組工作狀態約束

U_P,t+U_T,t≤1

式中：U_P,t和U_T,t分別為水泵和發電機組的工作狀態變量，為0-1變量。