[發(fā)明專利]一種區(qū)域綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化控制方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910061601.6
• 申請(qǐng)日: 2019-01-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109784569A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-05-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王永利;王玉東;李芳;李瑞文;李佳璞;張圓圓;曾鳴;張福偉;郭紅珍;韓金山
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華北電力大學(xué)
• 主分類號(hào): G06Q10/04
• 分類號(hào): G06Q10/04;G06Q50/06;H02J3/00
• 代理公司: 北京科億知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

1.一種區(qū)域綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化控制方法，其特征在于：包括如下步驟：

S1、構(gòu)建區(qū)域綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化控制目標(biāo)函數(shù)

以實(shí)現(xiàn)區(qū)域綜合能源系統(tǒng)總運(yùn)行費(fèi)用最低、可靠性和系統(tǒng)減排率最高的目的，將目標(biāo)函數(shù)分為運(yùn)行成本模型、環(huán)境成本模型和系統(tǒng)可靠性模型三個(gè)模塊；

S11、構(gòu)建基于運(yùn)行成本模型的目標(biāo)函數(shù)

區(qū)域綜合能源系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的目標(biāo)是使能源成本最小化；經(jīng)濟(jì)運(yùn)行成本主要由天然氣、電能和熱能的交易成本組成；除此之外，還包括系統(tǒng)本身的運(yùn)行成本；確定基于運(yùn)行成本模型的目標(biāo)函數(shù)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——運(yùn)營(yíng)成本(元)；C_op-E——電能供應(yīng)模塊的運(yùn)行成本(元)；

C_i——分布式發(fā)電的運(yùn)營(yíng)成本(元/kW)；P_i——分布式發(fā)電的輸出功率(kW)；γ_ele-dr——需求響應(yīng)電價(jià)(元/kWh)；γ_ele——固定電價(jià)(元/kWh)；P_{EB_grid}(t)——系統(tǒng)和電網(wǎng)之間的交換功率(kW)；C_bat,dep——單位時(shí)間儲(chǔ)能的充/放電折舊費(fèi)用(元/kWh)；C_op-H——熱能供應(yīng)模塊的運(yùn)營(yíng)成本(元)；C_{HB_grid}——系統(tǒng)和熱力公司的熱量交換成本(元)；P_{h_st}(t)——儲(chǔ)熱系統(tǒng)的功率(kW)；a_{h_st}——蓄熱系統(tǒng)的電力成本(元/kWh)；C_op-NG——天然氣供電模塊的運(yùn)營(yíng)成本(元)；——熱能供應(yīng)模塊的運(yùn)營(yíng)成本(元)；C_{HB_grid}——需求響應(yīng)天然氣價(jià)格(元/m³)；——固定天然氣價(jià)格(元/m³)；LHV_NG——天然氣的低熱值(kWh/m³)；P_{NG_st}(t)——天然氣存儲(chǔ)系統(tǒng)的功率(kW)；a_{h_st}——天然氣存儲(chǔ)系統(tǒng)的功率成本(元/kW)；M,N——需求響應(yīng)系數(shù)，M,N＝1表示系統(tǒng)參與需求響應(yīng)；M,N＝0表示系統(tǒng)不參與需求響應(yīng)；

S12、構(gòu)建基于環(huán)境成本模型的目標(biāo)函數(shù)

以天然氣為燃料的CCHP系統(tǒng)和燃?xì)忮仩t是區(qū)域綜合能源系統(tǒng)的重要?jiǎng)恿凸釂卧彩菂^(qū)域綜合能源系統(tǒng)污染物排放的重要來(lái)源；區(qū)域綜合能源系統(tǒng)運(yùn)行的環(huán)境成本主要包括以下兩個(gè)方面：能源生產(chǎn)污染物造成的環(huán)境損失和由此造成的非環(huán)境損失；相關(guān)部門收取的排污費(fèi)；環(huán)境成本最小化模型如下所示：

式中C_E——環(huán)境成本(元)；P_k(t)——t時(shí)刻的發(fā)射源k的功率(kW)；——來(lái)自排放源k的污染物j的排放系數(shù)(元/kg)；Q_j——污染物排放水平(kg)；ζ_EC-p——污染物排放懲罰費(fèi)用(元)；

S13、構(gòu)建基于系統(tǒng)可靠性模型的目標(biāo)函數(shù)

區(qū)域綜合能源系統(tǒng)缺電率是電力系統(tǒng)常用的一個(gè)供電可靠性指標(biāo)；根據(jù)區(qū)域綜合能源系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的相關(guān)性，構(gòu)建了區(qū)域綜合能源系統(tǒng)供給可靠性指標(biāo)：能源供給損失率(Loss of Energy Supply Probability，LESP)，LESP表示某一時(shí)期系統(tǒng)能源供給缺口與總能量需求的比值；

式中LESP(t)——環(huán)境成本(元)；P_k(t)——t時(shí)刻系統(tǒng)內(nèi)能量缺額與t時(shí)刻總能量需求之比(％)；E_demand,t——t時(shí)刻系統(tǒng)內(nèi)能量需求總量(kW)；E_supply,t——t時(shí)刻系統(tǒng)內(nèi)能量需求供給(kW)；

S2、對(duì)區(qū)域綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化控制約束條件進(jìn)行分析

S21、能量平衡約束分析

區(qū)域綜合能源系統(tǒng)能量平衡的主要對(duì)象是電、熱、冷、天然氣；電功率平衡是指系統(tǒng)內(nèi)外的電力供應(yīng)必須滿足系統(tǒng)內(nèi)的電力負(fù)荷需求，熱平衡主要指系統(tǒng)本身產(chǎn)生的熱量可以滿足自身的需要，如果不能滿足，系統(tǒng)需要從熱力公司購(gòu)買一定量的熱量，冷功率平衡主要指系統(tǒng)對(duì)冷的需求不能超過(guò)CCHP等系統(tǒng)產(chǎn)生的冷氣量；

區(qū)域綜合能源系統(tǒng)內(nèi)的能量平衡約束如下

(1)電負(fù)荷平衡約束

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)——電網(wǎng)與綜合能源系統(tǒng)之間的電量交換功率(kW)；P_WT(t)——風(fēng)力發(fā)電輸出功率(kW)；P_pv(t)——分布式光伏發(fā)電輸出功率(kW)；P_CCHP(t)——CCHP電輸出功率(kW)；P_dis(t)——電池的放電功率(kW)；P_load(t)——系統(tǒng)內(nèi)的總負(fù)荷(kW)；P_pv(t)——分布式光伏發(fā)電輸出功率(kW)；P_EV(t)——電動(dòng)汽車負(fù)荷；

(2)熱負(fù)荷平衡約束

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)——供熱公司和綜合能源系統(tǒng)之間的熱交換功率(kW)；H_HP(t)——熱泵輸出功率(kW)；H_AC(t)——空調(diào)輸出功率(kW)；H_CCHP(t)——CCHP熱輸出功率(kW)；H_{h_re}(t)——蓄熱系統(tǒng)釋放熱量的功率(kW)；H_load(t)——系統(tǒng)內(nèi)的熱負(fù)荷(kW)；H_{h_st}(t)——蓄熱系統(tǒng)儲(chǔ)存熱量的功率(kW)；

(3)冷負(fù)荷平衡約束

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)——熱泵輸出冷負(fù)荷的功率(kW)；L_AC(t)——空調(diào)輸出冷負(fù)荷的功率(kW)；L_{h_re}(t)——蓄冷系統(tǒng)釋放冷負(fù)荷的功率(kW)；L_load(t)——系統(tǒng)內(nèi)的冷負(fù)荷(kW)；L_{h_st}(t)——蓄冷系統(tǒng)儲(chǔ)存冷負(fù)荷的功率(kW)；

(4)天然氣負(fù)荷平衡約束

式中P_{ng_grid}(t)——天然氣網(wǎng)向系統(tǒng)供應(yīng)天然氣的功率(kW)；P_{ng_st}(t)——系統(tǒng)中儲(chǔ)氣系統(tǒng)釋放的功率(kW)；——燃?xì)獍l(fā)電的發(fā)電效率(％)；P_{ng_life}(t)——區(qū)域綜合能源系統(tǒng)中的居民用氣負(fù)荷(kW)；

S22、能量平衡約束分析

在區(qū)域綜合能源系統(tǒng)中，考慮到系統(tǒng)和外部的交互關(guān)系以及系統(tǒng)與能源網(wǎng)的安全，系統(tǒng)與外部網(wǎng)絡(luò)之間的能量交換功率必須保持在一定范圍內(nèi)：

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)——電網(wǎng)與綜合能源系統(tǒng)之間的最小電量交換功率(kW)；P_{e_max}(t)——電網(wǎng)與綜合能源系統(tǒng)之間的最大電量交換功率(kW)；P_{g_max}(t)——天然氣網(wǎng)向系統(tǒng)供應(yīng)天然氣的最大功率(kW)；P_{g_min}(t)——天然氣網(wǎng)向系統(tǒng)供應(yīng)天然氣的最小功率(kW)；

S23、系統(tǒng)運(yùn)行約束

綜合能源系統(tǒng)包含很多硬件設(shè)備，這些設(shè)備必須在運(yùn)行過(guò)程中滿足自己的運(yùn)行約束條件；機(jī)組實(shí)時(shí)出力應(yīng)在上、下限之間，同時(shí)機(jī)組功率的變化率受到爬坡率的限制；

(1)能源供應(yīng)設(shè)備的運(yùn)行約束

P_{Δese_min}(t)θ(t)≤ΔP_ese(t)≤P_{Δese_max}(t)θ(t) (13)

式中P_{ese_min}(t)——設(shè)備的最小輸出功率(kW)；P_{ese_max}(t)——設(shè)備的最大輸出功率(kW)；θ(t)——設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)；ΔP_ese(t)——t時(shí)間內(nèi)功率的變化量(kW)；P_{Δese_min}(t)——設(shè)備爬坡能力的下限(kW)；P_{Δese_max}(t)——設(shè)備爬坡能力的上限(kW)；

(2)能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)運(yùn)行約束

1)電能儲(chǔ)能

SOC_min≤SOC(t)≤SOC_max (14)

SOC_start(t)＝SOC_end(t) (17)

式中SOC_min——電儲(chǔ)能荷電狀態(tài)的最小值；SOC_max——電儲(chǔ)能荷電狀態(tài)的最大值；——電池充電的效率；——電池放電的效率；——電池允許的最大充電電流(A)；——電池允許的最大放電電流(A)；SOC_start(t)——儲(chǔ)能系統(tǒng)調(diào)度周期開(kāi)始時(shí)間的電池剩余容量；SOC_end(t)——儲(chǔ)能系統(tǒng)調(diào)度周期結(jié)束時(shí)間的電池剩余容量；

2)熱能儲(chǔ)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}——熱儲(chǔ)能荷電狀態(tài)的最小值；H_{h_st_max}——熱儲(chǔ)能荷電狀態(tài)的最大值；——熱能儲(chǔ)存的效率；——熱能釋放的效率；H_{h_st_start}(t)——儲(chǔ)熱系統(tǒng)調(diào)度周期開(kāi)始時(shí)間的電池剩余容量；H_{h_st_end}(t)——儲(chǔ)熱系統(tǒng)調(diào)度周期結(jié)束時(shí)間的電池剩余容量。