[發明專利]一種電熱氣互聯能源系統靈活性調度方法

有效

• 申請號: 201910449000.2
• 申請日: 2019-05-28
• 公開（公告）號: CN110210747B
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（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

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

(1)采集電熱氣互聯能源系統數據與信息，包括靈活性設備、子能源系統、互聯拓撲架構、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、燃氣太陽能熱電聯供模型、蓄熱抽汽式熱電聯供模型、蓄氣式電轉氣模型、燃氣熱電聯供模型、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、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)燃氣太陽能熱電聯供模型，其表達式如下：

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

(2c)蓄熱抽汽式熱電聯供模型，其表達式如下：

式中：a_i、b_i、c_i為抽汽式熱電聯供安全運行區域的第i個線性約束系數，其中i＝1，2，3，4；分別為抽汽式熱電聯供電出力、熱出力；分別為抽汽式熱電聯供所屬蓄熱裝置的蓄熱功率、放熱功率；為抽汽式熱電聯供的直接供應熱功率；為抽汽式熱電聯供綜合供應熱功率；S_CHP、α_CHP分別為抽汽式熱電聯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系數；

(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)燃氣熱電聯供模型，其表達式如下：

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

(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；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；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模型，所述子能源系統模型包括熱力系統模型、電力系統模型、天然氣系統模型，

(3a)熱力系統模型，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、管道所在環境溫度；δ_p、L_p、m_p分別為管道的傳熱系數、熱力管道長度、管道質量流量；

(3b)天然氣系統模型，其表達式如下：

式中：π_i、π_j分別為管道首端節點壓強、管道末端節點壓強；f_ij、σ_ij、υ_ij分別為管道中天然氣流量、管道特征參數、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、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；ω_com、θ_com、ρ_com為壓縮機耗量特征曲線參數；

(3c)電力系統模型，其表達式如下：

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

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

(4a)動態經濟調度目標，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的天然氣量、儲氣庫注入到天然氣系統的天然氣量；CNY_CHP,i、CNY_TU,i分別為蓄熱抽汽式熱電聯供運行成本、火電機組運行成本；gw、wt、gs、st、chp、tu、p2g分別為氣井數量、風電場數量、儲氣庫數量、光熱站數量、蓄熱抽汽式熱電聯供數量、火電機組數量、電轉氣數量；

(4b)動態環保調度目標，其表達式如下：

式中：ENV_obj為環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供的碳排放特征曲線參數；a_TU,i、b_TU,i、c_TU,i為火電機組的碳排放特征曲線參數；

(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供電出力下限、上限；分別為燃氣太陽能熱電聯供的下爬坡率、上爬坡率；

所述蓄熱抽汽式熱電聯供的運行約束如下式：

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

所述燃氣熱電聯供的運行約束如下式：

式中：分別為燃氣熱電聯供的電出力下限、上限；分別為燃氣熱電聯供的下爬坡率、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、燃氣熱電聯供所屬蓄熱裝置、蓄熱抽汽式熱電聯供所屬蓄熱裝置、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、電熱氣互聯能源系統運行約束

所述熱力系統的運行約束如下式：

式中：T_i^g、分別為節點供水熱水溫度的下限、上限；T_i^r、分別為節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；

所述天然氣系統的運行約束如下式：

式中：π_i、分別為節點壓強的下限、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；

所述電力系統的運行約束如下式：

式中：θ_i、分別為電力系統節點相角的下限、上限；P_ij、分別為電力系統支路容量的下限、上限；

C、功率平衡約束

所述熱力系統的熱功率平衡約束如下式：

式中：為熱力系統節點-管道完全關聯矩陣；為熱力系統管道質量流量向量；為熱力系統節點凈負荷向量；

所述天然氣系統的氣功率平衡約束如下式：

式中：為天然氣系統節點-管道完全關聯矩陣；為天然氣系統管道流量向量；為天然氣系統起點關聯矩陣；為天然氣系統壓縮機消耗流量向量；天然氣系統節點凈氣負荷向量；

所述電力系統的電功率平衡約束如下式：

式中：為電力系統節點注入功率向量；B為支路電納矩陣；為電力系統節點電壓相角向量；

(5)多目標模糊優化求解，并對動態環保經濟協同靈活性調度模型求解，具體如下：

隸屬度函數表達式如下式：

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

根據最大最小滿意度方法將多目標函數結合隸屬度函數轉化成單目標函數，令滿意度為所有目標函數的隸屬度函數中的最小值，即

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

式中：為滿意度；

(6)輸出電熱氣互聯能源系統調度結果信息，所述調度結果信息包括子能源系統潮流、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。