[發(fā)明專利]基于用能效率最優(yōu)的園區(qū)綜合能源協(xié)同優(yōu)化方法及設(shè)備

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011293147.6
• 申請日: 2020-11-18
• 公開（公告）號: CN112600253B
• 公開（公告）日: 2022-12-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 謝寶江;劉強(qiáng);秦建;陳宏遠(yuǎn);鄭俊杰;婁偉明;鄔玲彬;鄒彤;陳鑫;張衛(wèi);羅揚(yáng)帆;應(yīng)國德;朱逸芝;丁宇海;梅丘梅;王澤榮;胡泊;孫蔚挺;溫建陽;高強(qiáng);馮龍;劉瑞;李鵬鵬;陳李豐;周靈江;林衛(wèi)敏;謝鐘霆;朱超;汪毅隆;曾衛(wèi)東;葛偉;朱軼倫;楊克明;朱科霖;花卉;孔維怡
• 申請（專利權(quán)）人: 國網(wǎng)浙江省電力有限公司臺州供電公司
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04
• 代理公司: 杭州華鼎知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 33217
• 代理人: 秦曉剛

1.一種基于用能效率最優(yōu)的園區(qū)綜合能源協(xié)同優(yōu)化方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟S1：構(gòu)建園區(qū)微電網(wǎng)設(shè)備單元模型：包括分布式光伏發(fā)電模型、分布式風(fēng)力發(fā)電模型、熱電聯(lián)產(chǎn)模型、燃?xì)忮仩t模型、電制冷模型、吸收式制冷模型、蓄電池模型、蓄熱系統(tǒng)模型；

步驟S2：構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)：

式中，E_out,i和E_in,i分別為系統(tǒng)能源形式i輸出和輸入功率；λ_i為能源形式i的能質(zhì)系數(shù)；L_e(t)、L_h(t)和L_c(t)分別為t時刻輸出的電負(fù)荷、熱負(fù)荷和冷負(fù)荷；P_e(t)和P_g(t)分別為t時刻輸入的電功率和天然氣功率；λ_e、λ_g、λ_h和λ_c分別為電能、氣能、熱能和冷能的能質(zhì)系數(shù)；

該目標(biāo)函數(shù)的約束條件包括供電平衡約束、供熱平衡約束、供冷平衡約束、能量轉(zhuǎn)換設(shè)備約束、蓄電池約束、儲熱罐約束、水蓄冷約束、與電網(wǎng)交互功率約束；

步驟S3：求解目標(biāo)函數(shù)；

步驟S4：根據(jù)目標(biāo)函數(shù)求解結(jié)果對園區(qū)綜合能源進(jìn)行協(xié)同優(yōu)化；

所述園區(qū)微電網(wǎng)設(shè)備單元模型中：

(1)分布式光伏發(fā)電數(shù)學(xué)模型如下：

式中，P_PV為光伏輸出功率(kW)；G為光照強(qiáng)度(kW/m²)；T_s為光伏電池表面溫度(℃)；P_stc、G_stc、T_stc分別為標(biāo)準(zhǔn)測試條件下的最大輸出功率(kW)、光照強(qiáng)度(kW/m²)、光伏電池表面溫度(℃)；ε為光伏電池溫度系數(shù)；

T_s＝T_a+0.0138·(1+0.031T_a)·(1-0.042u)·G (1.2)

式中，T_a為環(huán)境溫度(℃)，u為風(fēng)速(m/s)；

(2)分布式風(fēng)力發(fā)電數(shù)學(xué)模型如下：

式中，u_ci、u_co、u_r分別為切入風(fēng)速、切出風(fēng)速、額定風(fēng)速(m/s)；P_wt為風(fēng)機(jī)輸出功率(kW)；P_r為風(fēng)機(jī)額定輸出功率(kW)；f(u)為降額輸出功率曲線，通過三階多項式擬合，

(3)熱電聯(lián)產(chǎn)模型中熱電關(guān)系數(shù)學(xué)模型為：

式中，分別為t時段微燃機(jī)的排期余熱量、電功率、發(fā)電效率；η_L為散熱損失率；為時段t溴冷機(jī)制熱量；C_oph、η_h分別為溴冷機(jī)的制熱系數(shù)和煙氣回收率；

(4)燃?xì)忮仩t數(shù)學(xué)模型

Q_GB＝η_GBF_GB (1.7)

式中，Q_GB為燃?xì)忮仩t產(chǎn)熱量(kW)，η_GB為燃?xì)忮仩t的產(chǎn)熱效率，F(xiàn)_GB為燃?xì)忮仩t耗氣量(m³)；

(5)電制冷數(shù)學(xué)模型

電制冷機(jī)輸入電量與輸出冷量的比值稱為制冷系數(shù)，用COP_EC表示，受其負(fù)載率的影響較小，工作特性表示為：

式中，和分別為時段t電制冷機(jī)輸出的冷量和消耗的電量；

(6)吸收式制冷數(shù)學(xué)模型

定義熱力系數(shù)COP_AR為吸收式制冷機(jī)輸入熱量與輸出冷量的比值，得到其工作特性為：

式中，和分別為t時段吸收式制冷機(jī)輸出的冷量和消耗的熱量；

(7)蓄電池數(shù)學(xué)模型

用蓄電池進(jìn)行建模，假設(shè)在Δt時間段內(nèi)，蓄電池以一固定的功率進(jìn)行充放電，則蓄電池的能量變化過程可用下式表示：

式中，P_ES,C和P_ES,D分別為蓄電池的充電功率和放電功率(kW)，表示充放電前蓄電池的初始能量；表示充放電后蓄電池中所存儲的能量(kW﹒h)，σ_ES為蓄電池的自放電系數(shù)，η_ES,C、η_ES,D分別表示蓄電池的充放電效率；Δt為時間間隔；相應(yīng)的，蓄電池的荷電狀態(tài)SOC值可用如下表達(dá)式進(jìn)行計算：

式中，S_ES表示蓄電池SOC值，W_ES,R表示蓄電池的額定容量(kW﹒h)；表示為充放電后蓄電池中所存儲的能量(kW﹒h)；

對于SOC值初始值的選擇可分為兩種形式，一是初始值取SOC最小值，二是使其與運(yùn)行周期結(jié)束時SOC相等，表示如下：

式中，為SOC值初始值，為SOC最小值，為運(yùn)行周期結(jié)束時SOC值；

蓄電池的充放電功率也受到相關(guān)因素限制，該條件可用如下不等式方程組描述：

式中，分別表示電池允許的儲能最小值與電池允許的儲存的能量最大值(kW﹒h)，分別表示蓄電池充電和放電功率的最大值(kW)，表示初始時刻的放電功率；

(8)蓄熱系統(tǒng)

蓄熱系統(tǒng)在Δt時間段內(nèi)能量充放功率恒定，能量變化可用下式表示：

式中，分別為蓄熱系統(tǒng)中能量存儲與能量釋放前后的儲能量(kW﹒h)，Q_TS.C、Q_TS.D分別表示熱能系統(tǒng)的沖熱和放熱功率(kW)，σ_TS表示熱能存儲系統(tǒng)自放熱系數(shù)，η_TS.C、η_TS.D分別表示系統(tǒng)進(jìn)行能量存儲與釋放時的效率；

蓄熱系統(tǒng)放熱后系統(tǒng)的儲能水平為；

式中，S_TS為熱能存儲系統(tǒng)的SOC值，表示熱能存儲系統(tǒng)存儲容量的額定值(kW·h)；

所述目標(biāo)函數(shù)的約束條件中：

(1)供電平衡約束

式中，為光伏和風(fēng)電在第t時刻經(jīng)變壓器的出力值；為第t時刻從電網(wǎng)經(jīng)變壓器輸入至ICES的電功率；P_CHP(t)為CHP第t時刻所產(chǎn)生的電功率；P_s(t)為第t時刻電儲能裝置的出力值；P_L(t)為第t時刻需求側(cè)負(fù)荷總功率；P_EC(t)為t時刻輸入到電制冷的電功率；

(2)供熱平衡約束

H_GB(t)+H_CHP(t)+H_s(t)＝H_L(t)+H_AR(t) (1.25)

式中，H_GB(t)、H_CHP(t)分別為GB、CHP在第t時刻產(chǎn)生的熱功率；H_s(t)為第t時刻熱儲能裝置出力大小；H_L(t)為第t時刻需求側(cè)熱負(fù)荷量；H_AR(t)為第t時刻分配到AR中的熱功率；

(3)供冷平衡約束

C_EC(t)+C_AR(t)+C_s(t)＝C_L(t) (1.26)

式中，C_EC(t)和C_AR(t)分別表示為第t時刻EC和AR設(shè)備的供冷功率；C_s(t)為第t時刻水蓄冷的出力值；C_L(t)表示為第t時刻冷負(fù)荷需求量；

(4)能量轉(zhuǎn)換設(shè)備約束

能量轉(zhuǎn)換設(shè)備包括熱電聯(lián)產(chǎn)CHP、燃?xì)忮仩tGB、電制冷EC、吸收式制冷AR，其運(yùn)行需滿足如下公式：

Q_GB＝η_GBF_GB

所有設(shè)備均需要工作在允許的范圍內(nèi)，其出力不可超過其最大功率，分別表示為熱電聯(lián)產(chǎn)產(chǎn)電、產(chǎn)熱、燃?xì)忮仩t產(chǎn)熱、電制冷產(chǎn)冷和吸收式制冷產(chǎn)冷的最大功率，則t時刻各設(shè)備出力需滿足如下約束：

(5)蓄電池約束

式中，表示蓄電池的充放電功率上下限約束，SOC^min、SOC^max為蓄電池最大最小容量，同時蓄電池的運(yùn)行還應(yīng)滿足同一時段只能處于充放電一種狀態(tài)，經(jīng)過一個調(diào)度周期后其蓄電量回到初始狀態(tài)；P_bat,ch(t)和P_bat,dis(t)分別表示t時刻蓄電池充電功率和放電功率；SOC(0)和SOC(t)表示為0時刻和t時刻蓄電池SOC值；

(6)儲熱罐約束

式中，表示為儲熱罐充放熱功率上下限約束，為儲熱罐儲熱最大最小容量，同時還應(yīng)滿足同一時段儲熱罐只能是充放熱一種狀態(tài)，并且經(jīng)過一個調(diào)度周期后其蓄熱量回到初始狀態(tài)；H_ht,ch(t)和H_ht,dis(t)分別表示t時刻儲熱罐儲熱功率和放熱功率；Q_h(0)和Q_h(t)表示為0時刻和t時刻儲熱罐容量值；

(7)水蓄冷約束

式中，表示為水蓄冷設(shè)備蓄冷放冷功率的上下限約束，為水蓄冷最大最小容量，同時還應(yīng)滿足同一時段水蓄冷只能是蓄冷，放冷一種狀態(tài)，并且經(jīng)過一個周期后其蓄冷量回到初始狀態(tài)；C_ct,ch(t)和C_ct,dis(t)分別表示t時刻水蓄冷儲冷功率和放冷功率；Q_c(0)和Q_c(t)表示為0時刻和t時刻水蓄冷容量值；

(8)與電網(wǎng)交互功率約束

式中，和表示為與電網(wǎng)之間售電功率的上下限值；

采用改進(jìn)粒子群算法求解目標(biāo)函數(shù)

如式(1.34)所示：

式中，k_cur代表當(dāng)前迭代次數(shù)；k_max代表最大迭代次數(shù)；c_1f和c_2f分別代表學(xué)習(xí)因子的最終取值；c1i和c2i分別代表學(xué)習(xí)因子的初始值。

2.一種電子設(shè)備，其特征在于，包括至少一個處理器以及與所述至少一個處理器通信連接的存儲器；其中，所述存儲器存儲有可被所述至少一個處理器執(zhí)行的指令，所述指令被所述至少一個處理器執(zhí)行，以使所述至少一個處理器能夠執(zhí)行如權(quán)利要求1所述的一種基于用能效率最優(yōu)的園區(qū)綜合能源協(xié)同優(yōu)化方法。