[發(fā)明專利]一種計(jì)及電熱氣網(wǎng)絡(luò)的綜合能源系統(tǒng)多目標(biāo)運(yùn)行優(yōu)化方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910240933.0
• 申請(qǐng)日: 2019-03-28
• 公開（公告）號(hào): CN109978625B
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鐘永潔;孫永輝;許周;王建喜;翟蘇巍;熊俊杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)
• 主分類號(hào): G06Q30/02
• 分類號(hào): G06Q30/02;G06Q50/06
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

1.一種計(jì)及電熱氣網(wǎng)絡(luò)的綜合能源系統(tǒng)多目標(biāo)運(yùn)行優(yōu)化方法，其特征在于：包括以下步驟：

(1)輸入綜合能源系統(tǒng)信息，包括拓?fù)浼軜?gòu)信息、子網(wǎng)絡(luò)信息、耦合設(shè)備信息、經(jīng)濟(jì)效益信息、環(huán)境效益信息、運(yùn)行約束信息、各類型負(fù)荷信息；

(2)建立綜合能源系統(tǒng)子網(wǎng)絡(luò)模型，包括天然氣網(wǎng)絡(luò)模型、電力網(wǎng)絡(luò)模型、熱力網(wǎng)絡(luò)模型，

(21)天然氣網(wǎng)絡(luò)模型

天然氣管道模型為：

式中：m_ij為天然氣管道內(nèi)的天然氣流量；κ_ij為天然氣管道的特征參數(shù)；s_ij為管道內(nèi)天然氣流量方向特征參數(shù)；i、j為天然氣網(wǎng)絡(luò)的不同節(jié)點(diǎn)編號(hào)；π_i、π_j分別為天然氣網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)i、j的節(jié)點(diǎn)壓強(qiáng)；

燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)的燃?xì)鈮嚎s機(jī)模型為：

式中：q_jk為燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)消耗的天然氣流量；k_com為燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)物理特征參數(shù)；m_jk為流入燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)的天然氣流量；r_jk為燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)的壓縮比；z為燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)的壓縮因子；

(22)電力網(wǎng)絡(luò)模型

式中：P_m、Q_m分別為電力網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)m的注入有功、無功功率；m、n為電力網(wǎng)絡(luò)不同節(jié)點(diǎn)編號(hào)；U_m、U_n分別為m、n節(jié)點(diǎn)的電壓幅值；G_mn、B_mn分別為支路mn的電導(dǎo)、電納；θ_mn為節(jié)點(diǎn)m、n電壓的相角差；n∈m表示所有與電力網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)m相連的支路，且支路端點(diǎn)分別為節(jié)點(diǎn)m、n；

(23)熱力網(wǎng)絡(luò)模型

熱力網(wǎng)絡(luò)的水力模型為：

式中：A_h為節(jié)點(diǎn)-支路關(guān)聯(lián)矩陣；m為熱力管道流量向量；m₀為熱力網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)凈熱負(fù)荷流量；B_h為熱力網(wǎng)絡(luò)回路矩陣；ΔH_b為熱力管道的壓降向量；H_p熱力管道循環(huán)泵向量；

熱力網(wǎng)絡(luò)的熱力模型為：

式中：Φ_l、Φ_s分別為熱負(fù)荷需求的熱功率、熱源供應(yīng)的熱功率；分別為流過熱負(fù)荷、熱源的熱水流量；分別為流進(jìn)熱負(fù)荷的供水溫度、流出熱負(fù)荷的回水溫度；分別為熱源的供水溫度、回水溫度；C_p熱力網(wǎng)絡(luò)的熱水比熱容參數(shù)；m_out、T_out分別為流出節(jié)點(diǎn)的熱水流量、熱水溫度；m_in、T_in分別為流入節(jié)點(diǎn)的熱水流量、熱水溫度；分別為熱力管道的首端、終端熱水溫度；為熱力管道所處的環(huán)境溫度；λ_p為熱力管道的傳熱系數(shù)；L_p為熱力管道的長(zhǎng)度；m_p為熱力管道內(nèi)的熱水流量；

(3)建立綜合能源系統(tǒng)耦合設(shè)備模型，包括電鍋爐模型、熱電聯(lián)供系統(tǒng)模型、補(bǔ)燃型生物質(zhì)鍋爐模型、太陽能集熱器模型，

(31)電鍋爐模型

式中：η_eh為電鍋爐的熱效率；為電鍋爐消耗的電能；為電鍋爐輸出的熱能；

(32)熱電聯(lián)供系統(tǒng)模型

式中：η_CHP為熱電聯(lián)供系統(tǒng)的發(fā)電效率；F_CHP為熱電聯(lián)供系統(tǒng)消耗的天然氣量；P_CHP為熱電聯(lián)供系統(tǒng)的發(fā)電功率；Q_CHP為熱電聯(lián)供系統(tǒng)的制熱功率；η_loss為熱電聯(lián)供系統(tǒng)熱能損失系數(shù)；熱電聯(lián)供系統(tǒng)的負(fù)載率；a_CHP、b_CHP、c_CHP、d_CHP均為熱電聯(lián)供系統(tǒng)變工況特征系數(shù)；

(33)補(bǔ)燃型生物質(zhì)鍋爐模型

式中：為補(bǔ)燃型生物質(zhì)鍋爐燃燒生物質(zhì)時(shí)的制熱效率；為補(bǔ)燃型生物質(zhì)鍋爐消耗的生物質(zhì)量；為補(bǔ)燃型生物質(zhì)鍋爐消耗生物質(zhì)時(shí)所產(chǎn)生的熱功率；為補(bǔ)燃型生物質(zhì)鍋爐燃燒天然氣時(shí)的制熱效率；為補(bǔ)燃型生物質(zhì)鍋爐消耗的天然氣量；為補(bǔ)燃型生物質(zhì)鍋爐消耗天然氣時(shí)所產(chǎn)生的熱功率；

(34)太陽能集熱器模型

η_collA_collG_T＝H_solar

式中：η_coll為太陽能集熱器的工作效率；A_coll為太陽能集熱器的工作有效面積；G_T為太陽輻射強(qiáng)度；H_solar為太陽能集熱器產(chǎn)生的熱功率；

(4)建立綜合能源系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化模型，包括經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)化模型、環(huán)境效益優(yōu)化模型、多目標(biāo)優(yōu)化方法，

(41)經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)化模型

式中：Cost為綜合能源系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化周期內(nèi)的經(jīng)濟(jì)成本；cyc為綜合能源系統(tǒng)的優(yōu)化仿真周期；Δt為優(yōu)化仿真步長(zhǎng)；λ_grid(t)為綜合能源系統(tǒng)在時(shí)刻t從大電網(wǎng)購(gòu)電的分時(shí)電價(jià)；為綜合能源系統(tǒng)在時(shí)刻t從大電網(wǎng)購(gòu)電總量；λ_gas(t)為綜合能源系統(tǒng)在時(shí)刻t從氣源購(gòu)買天然氣的氣價(jià)；為綜合能源系統(tǒng)在時(shí)刻t從氣源購(gòu)買天然氣總量；λ_bio(t)為綜合能源系統(tǒng)在時(shí)刻t購(gòu)買生物質(zhì)燃料的價(jià)格；為綜合能源系統(tǒng)在時(shí)刻t購(gòu)買生物質(zhì)燃料總量；

(42)環(huán)境效益優(yōu)化模型

式中：Env為綜合能源系統(tǒng)在運(yùn)行優(yōu)化周期內(nèi)總的二氧化碳排放量；β_grid為大電網(wǎng)的二氧化碳排放強(qiáng)度因子；β_gas為天然氣的二氧化碳排放強(qiáng)度因子；β_bio為生物質(zhì)燃料的二氧化碳排放強(qiáng)度因子；

(43)多目標(biāo)優(yōu)化方法

min F_obj＝εωCost+(1-ω)Env

式中：F_obj為單目標(biāo)函數(shù)；ε為數(shù)量級(jí)常數(shù)；ω為權(quán)重系數(shù)，其取值在0與1之間，當(dāng)ω＝0時(shí)，取得單目標(biāo)環(huán)境效益最優(yōu)值；當(dāng)ω＝1時(shí)，取得單目標(biāo)經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)值；

(5)設(shè)置綜合能源系統(tǒng)運(yùn)行約束條件，包括耦合設(shè)備運(yùn)行約束、聯(lián)絡(luò)線功率交換約束、子網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行約束，

(51)耦合設(shè)備運(yùn)行約束

A、耦合設(shè)備容量約束

式中：cd＝CHP、eh、boil分別表示熱電聯(lián)供系統(tǒng)、電鍋爐、補(bǔ)燃型生物質(zhì)鍋爐耦合設(shè)備；R_cd(t)為耦合設(shè)備cd在時(shí)刻t的出力；X_cd(t)為耦合設(shè)備cd在時(shí)刻t的啟停狀態(tài)，啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)取值為1，停機(jī)時(shí)取值為0；分別為耦合設(shè)備cd的最小運(yùn)行出力、最大運(yùn)行出力；

B、耦合設(shè)備爬坡約束

-DR_ed≤R_ed(t)-R_ed(t-Δt)≤UR_ed

式中：DR_ed、UR_ed分別為能量組件單元ed的下爬坡率、上爬坡率；

(52)聯(lián)絡(luò)線功率交換約束

式中：為任意時(shí)刻實(shí)際輸入到綜合能源系統(tǒng)光伏發(fā)電功率；為任意時(shí)刻預(yù)測(cè)最大輸入到綜合能源系統(tǒng)光伏發(fā)電功率；為任意時(shí)刻實(shí)際輸入到綜合能源系統(tǒng)風(fēng)機(jī)發(fā)電功率；為任意時(shí)刻預(yù)測(cè)最大輸入到綜合能源系統(tǒng)風(fēng)機(jī)發(fā)電功率；為任意時(shí)刻實(shí)際輸入到綜合能源系統(tǒng)太陽能集熱器制熱功率；為任意時(shí)刻預(yù)測(cè)最大輸入到綜合能源系統(tǒng)太陽能集熱器制熱功率；分別為綜合能源系統(tǒng)任意時(shí)刻從大電網(wǎng)購(gòu)電總量、下限、上限；為綜合能源系統(tǒng)任意時(shí)刻從氣源購(gòu)買天然氣總量、下限、上限；為綜合能源系統(tǒng)任意時(shí)刻購(gòu)買生物質(zhì)燃料總量、下限、上限；

(53)子網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行約束

A、天然氣網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行約束

式中：r_b、分別為燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)的壓縮比、壓縮比下限、壓縮比上限；π_i、分別為天然氣網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)壓強(qiáng)、節(jié)點(diǎn)壓強(qiáng)下限、節(jié)點(diǎn)壓強(qiáng)上限；m_b、分別為天然氣網(wǎng)絡(luò)的管道流量、管道流量下限、管道流量上限；

B、熱力網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行約束

式中：h_i、分別為熱力網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)壓強(qiáng)、節(jié)點(diǎn)壓強(qiáng)下限、節(jié)點(diǎn)壓強(qiáng)上限；h_p、分別為熱力網(wǎng)絡(luò)中的循環(huán)泵抬升壓頭、抬升壓頭下限、抬升壓頭上限；分別為熱力網(wǎng)絡(luò)中熱力管道流量下限、上限；分別為熱力網(wǎng)絡(luò)的熱負(fù)荷回水溫度下限、上限；分別為熱力網(wǎng)絡(luò)的熱源供水溫度下限、上限；

C、電力網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行約束

式中：S_b、分別為電力網(wǎng)絡(luò)的支路容量、支路容下限、支路容量上限；分別為電力網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)m注入有功功率下限、上限；分別為電力網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)m注入無功功率下限、上限；分別為電力網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)m電壓下限、上限；

(6)輸出綜合能源系統(tǒng)信息，包括子網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵狀態(tài)量信息、耦合設(shè)備出力信息、能源消耗信息、二氧化碳排放信息、聯(lián)絡(luò)線功率交換信息。