[發(fā)明專利]一種電熱氣互聯(lián)能源系統(tǒng)靈活性調度方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910449000.2
• 申請日: 2019-05-28
• 公開（公告）號: CN110210747B
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發(fā)明（設計）人: 鐘永潔;孫永輝;胡銀龍;熊俊杰;許周;王建喜
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G06Q50/06
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

1.一種電熱氣互聯(lián)能源系統(tǒng)靈活性調度方法，其特征在于：所述方法基于經濟環(huán)保的影響因素設定目標函數(shù)，包括以下步驟：

(1)采集電熱氣互聯(lián)能源系統(tǒng)數(shù)據(jù)與信息，包括靈活性設備、子能源系統(tǒng)、互聯(lián)拓撲架構、經濟成本、污染排放、安全運行約束條件、各類型負荷信息；

(2)建立多元化靈活性設備模型，所述設備模型包括蓄熱式電鍋爐模型、燃氣太陽能熱電聯(lián)供模型、蓄熱抽汽式熱電聯(lián)供模型、蓄氣式電轉氣模型、燃氣熱電聯(lián)供模型、火電機組模型、燃氣鍋爐模型、燃氣輪機模型，

(2a)蓄熱式電鍋爐模型，其表達式如下：

式中：t、Δt分別為時刻、相鄰時刻間隔時長；η_EB、分別為電鍋爐的輸出熱功率、制熱性能系數(shù)、輸入電功率；ν_EB分別為電鍋爐的直接供應熱功率、能量分配因子；分別為蓄熱式電鍋爐所屬蓄熱裝置的蓄熱功率、放熱功率；S_EBHS、α_EBHS分別為蓄熱式電鍋爐所屬蓄熱裝置的蓄熱容量水平、熱能能量損失因子；

(2b)燃氣太陽能熱電聯(lián)供模型，其表達式如下：

式中：R分別為太陽能集熱量、函數(shù)關系、太陽能輻射強度；η_GST、分別為燃氣太陽能熱電聯(lián)供輸出熱功率、輸出電功率、綜合性能效率系數(shù)、輸入天然氣量；γ_GST為燃氣太陽能熱電聯(lián)供的熱電比；分別為燃氣太陽能熱電聯(lián)供所屬蓄熱裝置的蓄熱功率、放熱功率；為燃氣太陽能熱電聯(lián)供的直接供應熱功率；為燃氣太陽能熱電聯(lián)供綜合供應熱功率；S_GST、α_GST分別為燃氣太陽能熱電聯(lián)供所屬蓄熱裝置的蓄熱容量水平、熱能能量損失因子；

(2c)蓄熱抽汽式熱電聯(lián)供模型，其表達式如下：

式中：a_i、b_i、c_i為抽汽式熱電聯(lián)供安全運行區(qū)域的第i個線性約束系數(shù)，其中i＝1，2，3，4；分別為抽汽式熱電聯(lián)供電出力、熱出力；分別為抽汽式熱電聯(lián)供所屬蓄熱裝置的蓄熱功率、放熱功率；為抽汽式熱電聯(lián)供的直接供應熱功率；為抽汽式熱電聯(lián)供綜合供應熱功率；S_CHP、α_CHP分別為抽汽式熱電聯(lián)供所屬蓄熱裝置的蓄熱容量水平、熱能能量損失因子；CNY_CHP為抽汽式熱電聯(lián)供的運行成本；A_CHP、B_CHP、C_CHP、D_CHP、E_CHP為運行成本特征函數(shù)系數(shù)；

(2d)蓄氣式電轉氣模型，其表達式如下：

式中：η_P2G、分別為電轉氣的輸出天然氣量、綜合制氣性能效率、輸入電功率；分別為蓄氣式電轉氣所屬蓄氣裝置的蓄氣功率、放氣功率；為電轉氣的直接供應氣功率；為蓄氣式電轉氣的綜合供應氣功率；S_P2G為蓄氣式電轉氣所屬蓄氣裝置的蓄氣容量水平；

(2e)燃氣熱電聯(lián)供模型，其表達式如下：

式中：η_GCHP、分別為燃氣熱電聯(lián)供輸出的熱功率、輸出的電功率、綜合性能效率系數(shù)、輸入的天然氣量；γ_GCHP為燃氣熱電聯(lián)供的熱電比；

(2f)火電機組模型，其表達式如下：

式中：CNY_TU為火電機組的運行成本；μ_TU、λ_TU、ξ_TU為火電機組的運行成本特性曲線參數(shù)；為火電機組的電出力；

(2g)燃氣輪機模型，其表達式如下：

式中：為燃氣輪機消耗的天然氣量；μ_GT、λ_GT、ξ_GT為燃氣輪機的天然氣耗量特性曲線參數(shù)；為燃氣輪機的電出力；

(2h)燃氣鍋爐模型，其表達式如下：

式中：為燃氣鍋爐輸出的熱功率；η_GB為燃氣鍋爐的工作性能效率因子；為燃氣鍋爐輸入的天然氣量；

(3)建立多異構子能源系統(tǒng)模型，所述子能源系統(tǒng)模型包括熱力系統(tǒng)模型、電力系統(tǒng)模型、天然氣系統(tǒng)模型，

(3a)熱力系統(tǒng)模型，其表達式如下：

式中：κ、m_i、T_i^g、T_i^r分別為熱源供應熱功率、熱負荷需求熱功率、熱水比熱容、節(jié)點質量流量、供應熱水溫度、回水熱水溫度；T_i^out、T_iⁱⁿ分別為匯合節(jié)點的流出流量、流出熱水溫度、流入流量、流入熱水溫度；分別為管道末端溫度、管道首端溫度、管道所在環(huán)境溫度；δ_p、L_p、m_p分別為管道的傳熱系數(shù)、熱力管道長度、管道質量流量；

(3b)天然氣系統(tǒng)模型，其表達式如下：

式中：π_i、π_j分別為管道首端節(jié)點壓強、管道末端節(jié)點壓強；f_ij、σ_ij、υ_ij分別為管道中天然氣流量、管道特征參數(shù)、管道天然氣流量方向變量，其中，當π_i≥π_j時，υ_ij＝1；否則，υ_ij＝-1；

壓縮機數(shù)學模型表達式如下：

式中：P_com、M_com、f_com分別為壓縮機消耗的能量、壓縮機特征屬性參數(shù)、通過壓縮機的天然氣流量；分別為壓縮機出口處壓強、入口處壓強；τ_com、Z分別為壓縮機消耗的天然氣流量、壓縮機壓縮因子相關參數(shù)；ω_com、θ_com、ρ_com為壓縮機耗量特征曲線參數(shù)；

(3c)電力系統(tǒng)模型，其表達式如下：

式中：P_i為電力系統(tǒng)節(jié)點注入功率；B_ij、x_ij、P_ij分別為電力系統(tǒng)支路電納、支路電抗、支路傳輸功率，其中，B_ij＝-1/x_ij，θ_i、θ_j、Δθ_ij分別為電力系統(tǒng)支路首端節(jié)點相角、支路末端節(jié)點相角、支路首末端相角差值；

(4)構建動態(tài)環(huán)保經濟協(xié)同靈活性調度模型，所述調度模型包括動態(tài)環(huán)保調度目標、動態(tài)經濟調度目標和運行約束條件，

(4a)動態(tài)經濟調度目標，其表達式如下：

式中：CNY_obj、NT分別為經濟調度運行成本、優(yōu)化仿真調度周期；ζ_PV、ζ_WT、ψ_P2G、ι_NS、分別為棄風懲罰因子、棄光懲罰因子、電轉氣運行成本因子、氣井天然氣價格、儲氣庫天然價格；ΔST、ΔWT_i、GW_i、GS_i分別為光熱站的棄光量、風電場的棄風量、電轉氣的耗電量、氣井注入到天然氣系統(tǒng)的天然氣量、儲氣庫注入到天然氣系統(tǒng)的天然氣量；CNY_CHP,i、CNY_TU,i分別為蓄熱抽汽式熱電聯(lián)供運行成本、火電機組運行成本；gw、wt、gs、st、chp、tu、p2g分別為氣井數(shù)量、風電場數(shù)量、儲氣庫數(shù)量、光熱站數(shù)量、蓄熱抽汽式熱電聯(lián)供數(shù)量、火電機組數(shù)量、電轉氣數(shù)量；

(4b)動態(tài)環(huán)保調度目標，其表達式如下：

式中：ENV_obj為環(huán)保調度的二氧化碳排放量；β_NS為天然氣碳排放因子；a_CHP,i、b_CHP,i、c_CHP,i為蓄熱抽汽式熱電聯(lián)供的碳排放特征曲線參數(shù)；a_TU,i、b_TU,i、c_TU,i為火電機組的碳排放特征曲線參數(shù)；

(4c)約束條件

A、能源轉換設備運行約束

所述蓄熱式電鍋爐的運行約束如下式：

式中：分別為電鍋爐熱出力下限、上限；分別為電鍋爐的下爬坡率、上爬坡率；

所述燃氣太陽能熱電聯(lián)供的運行約束如下式：

式中：為太陽能集熱的最大預測出力；分別為燃氣太陽能熱電聯(lián)供電出力下限、上限；分別為燃氣太陽能熱電聯(lián)供的下爬坡率、上爬坡率；

所述蓄熱抽汽式熱電聯(lián)供的運行約束如下式：

式中：分別為蓄熱抽汽式熱電聯(lián)供電出力下限、上限；分別為蓄熱抽汽式熱電聯(lián)供的下爬坡率、上爬坡率；

所述蓄氣式電轉氣的運行約束如下式：

式中：分別為蓄氣式電轉氣的氣出力下限、上限；分別為蓄氣式電轉氣的下爬坡率、上爬坡率；

所述燃氣熱電聯(lián)供的運行約束如下式：

式中：分別為燃氣熱電聯(lián)供的電出力下限、上限；分別為燃氣熱電聯(lián)供的下爬坡率、上爬坡率；

所述火電機組的運行約束如下式：

式中：分別為火電機組的電出力下限、上限；分別為火電機組的下爬坡率、上爬坡率；

所述燃氣輪機的運行約束如下式：

式中：分別為燃氣輪機的電出力下限、上限；分別為燃氣輪機的下爬坡率、上爬坡率；

所述燃氣鍋爐的運行約束如下式：

式中：分別為燃氣鍋爐的熱出力下限、上限；分別為燃氣鍋爐的下爬坡率、上爬坡率；

蓄熱裝置、蓄氣裝置、蓄氣裝置的運行約束如下式：

式中：type＝EBHS、GSTHS、CHPHS、P2GTGS分別為蓄熱式電鍋爐所屬蓄熱裝置、燃氣熱電聯(lián)供所屬蓄熱裝置、蓄熱抽汽式熱電聯(lián)供所屬蓄熱裝置、蓄氣式電轉氣所屬蓄氣裝置；為蓄熱/氣功率上限；為放熱/氣功率下限；S_type、分別為蓄熱/氣容量水平上限、下限；

所述氣井、儲氣庫氣的運行約束如下式：

式中：GW_i、分別為氣井的天然氣出力下限、上限；GS_i、分別為儲氣庫的天然氣出力下限、上限；

B、電熱氣互聯(lián)能源系統(tǒng)運行約束

所述熱力系統(tǒng)的運行約束如下式：

式中：T_i^g、分別為節(jié)點供水熱水溫度的下限、上限；T_i^r、分別為節(jié)點回水熱水溫度的下限、上限；m_p、分別為熱力管道質量流量的下限、上限；

所述天然氣系統(tǒng)的運行約束如下式：

式中：π_i、分別為節(jié)點壓強的下限、上限；f_ij、分別為管道天然氣流量的下限、上限；R_com、分別為壓縮機的壓縮比下限、上限；

所述電力系統(tǒng)的運行約束如下式：

式中：θ_i、分別為電力系統(tǒng)節(jié)點相角的下限、上限；P_ij、分別為電力系統(tǒng)支路容量的下限、上限；

C、功率平衡約束

所述熱力系統(tǒng)的熱功率平衡約束如下式：

式中：為熱力系統(tǒng)節(jié)點-管道完全關聯(lián)矩陣；為熱力系統(tǒng)管道質量流量向量；為熱力系統(tǒng)節(jié)點凈負荷向量；

所述天然氣系統(tǒng)的氣功率平衡約束如下式：

式中：為天然氣系統(tǒng)節(jié)點-管道完全關聯(lián)矩陣；為天然氣系統(tǒng)管道流量向量；為天然氣系統(tǒng)起點關聯(lián)矩陣；為天然氣系統(tǒng)壓縮機消耗流量向量；天然氣系統(tǒng)節(jié)點凈氣負荷向量；

所述電力系統(tǒng)的電功率平衡約束如下式：

式中：為電力系統(tǒng)節(jié)點注入功率向量；B為支路電納矩陣；為電力系統(tǒng)節(jié)點電壓相角向量；

(5)多目標模糊優(yōu)化求解，并對動態(tài)環(huán)保經濟協(xié)同靈活性調度模型求解，具體如下：

隸屬度函數(shù)表達式如下式：

式中：F_n為目標函數(shù)；ω₁、ω₂為Sigmoid函數(shù)的特征參數(shù)；μ(·)為隸屬度函數(shù)；

根據(jù)最大最小滿意度方法將多目標函數(shù)結合隸屬度函數(shù)轉化成單目標函數(shù)，令滿意度為所有目標函數(shù)的隸屬度函數(shù)中的最小值，即

依據(jù)模糊理論的最大最小原理，多目標優(yōu)化問題轉化為滿足所有約束條件的滿意度最大化問題，其數(shù)學表達式如下：

式中：為滿意度；

(6)輸出電熱氣互聯(lián)能源系統(tǒng)調度結果信息，所述調度結果信息包括子能源系統(tǒng)潮流、靈活性設備運行出力、各類能源消耗、污染排放、經濟運行成本信息。