[發(fā)明專利]計及風光相關性與預防維護的能量樞紐系統(tǒng)規(guī)劃方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110483271.7
• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN112950410B
• 公開（公告）日: 2023-10-27
• 發(fā)明（設計）人: 張?zhí)炻?/a>;黃博南;詹鳳楠;李玉帥;劉鑫蕊;孫秋野;楊珺;馬大中;劉振偉;王智良
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G06Q50/06
• 分類號: G06Q50/06;G06Q10/04;G06Q10/20
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 李珉

1.一種計及風光相關性與預防維護的能量樞紐系統(tǒng)規(guī)劃方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：對能量樞紐系統(tǒng)內風光出力的不確定性和相關性進行表征；

步驟2：基于設備隨機故障率計算能量樞紐系統(tǒng)內每個設備的維護成本和可使用容量；

步驟3：將步驟1求得的風光出力場景數(shù)據(jù)，步驟2求得的維護成本和可使用容量數(shù)據(jù)，以及電價，天然氣價格，設備參數(shù)和冷/熱/電負荷需求作為輸入?yún)?shù)，建立計及風光相關性與預防維護的能量樞紐系統(tǒng)雙層多場景規(guī)劃模型，確定滿足負荷側冷/熱/電需求以及能量樞紐系統(tǒng)約束的設備的型號、數(shù)量、容量、維護計劃及最優(yōu)出力數(shù)據(jù)。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種計及風光相關性與預防維護的能量樞紐系統(tǒng)規(guī)劃方法，其特征在于，所述步驟1具體包括以下步驟：

步驟1.1：獲取需要進行能量樞紐系統(tǒng)規(guī)劃地區(qū)n天風機和光伏出力歷史數(shù)據(jù)，采用非參數(shù)核密度法選取高斯核函數(shù)分別生成能量樞紐優(yōu)化配置地區(qū)24小時內每個時段風機和光伏出力的概率密度函數(shù)和

式中，t＝1,2,...,24，為24個小時；PW^t和PI^t分別為t時刻風機和光伏的出力，PW_i^t和PI_i^t分別為第i天t時刻風機和光伏的出力；h為帶寬，K(·)為高斯核函數(shù)，表示如下：

步驟1.2：對生成的風機和光伏出力的概率密度函數(shù)和求積分，得到能量樞紐優(yōu)化配置地區(qū)24小時內每個時段風機和光伏出力的累積分布函數(shù)Φ(PW)和Φ(PI)，表示如下:

選取Frank-Copula函數(shù)作為聯(lián)合分布函數(shù)C_F，得到每個時段風機和光伏出力的聯(lián)合分布函數(shù)：

式中，θ為相關參數(shù)，θ∈(-1,1)；

步驟1.3：基于蒙特卡洛模擬方法對得到的每個時段風機和光伏出力的聯(lián)合分布函數(shù)進行反演運算，生成計及隨機性和相關性的風光出力場景數(shù)據(jù)。

3.根據(jù)權利要求1所述的一種計及風光相關性與預防維護的能量樞紐系統(tǒng)規(guī)劃方法，其特征在于，步驟2中所述維護成本和可使用容量方法計算公式如下：

組件故障率函數(shù)為：

式中，f_j(t)和F_j(t)分別為第j個組件發(fā)生故障的概率密度函數(shù)和累積分布函數(shù)，J為能量樞紐內組件的集合，J＝{EHP,CHP,AB,ab,ESS}，j∈J，EHP、CHP、AB、ab、EES分別代表電熱泵、熱電聯(lián)產機組、燃氣鍋爐、吸收式制冷機和電儲能；

設備維護成本函數(shù)：

式中，n_j為第j個組件的維護周期；N為固定維護時間τ的數(shù)量；和分別為第j個組件的預防性維護成本和糾正性維護成本；τ為以月、日或者周為單位的周期長度；

式中，k_j為第j個組件的標準容量；n為維護周期數(shù)；u為輔助變量，無實際意義；和分別為第j個組件在進行預防性維護和糾正性維護后損耗的設備容量，有：

4.根據(jù)權利要求1所述的一種計及風光相關性與預防維護的能量樞紐系統(tǒng)規(guī)劃方法，其特征在于，步驟3中所述計及風光相關性與預防維護的能量樞紐系統(tǒng)雙層多場景規(guī)劃模型包括上下兩層，上層模型用于進行能量樞紐設備配置，決策變量為每個組件的型號和臺數(shù)，目標函數(shù)為能量樞紐系統(tǒng)年化投資成本和預防性維護成本最低；下層用于計算能量樞紐系統(tǒng)內組件最優(yōu)出力，決策變量為天然氣分配系數(shù)、余熱分配系數(shù)和設備小時最優(yōu)出力，目標函數(shù)為能量樞紐系統(tǒng)年化運行成本最低，包括能量樞紐購氣成本、能量樞紐與配電網(wǎng)交互成本；能量樞紐系統(tǒng)規(guī)劃總體目標函數(shù)為系統(tǒng)年化總成本最低，包括上層目標函數(shù)中的年化投資成本和預防性維護成本和下層目標函數(shù)中的年化運行成本，其公式如下：

Min{ZIC+ZOC+ZMC}

式中，ZIC、ZOC和ZMC分別表示能量樞紐系統(tǒng)規(guī)劃模型中年化總成本、年化運行成本和預防性維護費用；

其中

式中，分別為配置CHP、WT、PV、AB、EES、EHP、Ab的建設成本；m，n，i，j，h，v，k分別為能量樞紐內配置CHP、WT、PV、AB、EES、EHP、Ab的序號；CH，CW，CP，CB，CH，CE，CA分別為能量樞紐內候選CHP、WT、PV、AB、EES、EHP、Ab的集合；CRF為資本回收系數(shù)；

式中，r為貼現(xiàn)率；l為能量樞紐規(guī)劃過程中設備運行的年限；

式中，分別為配置CHP、WT、PV、AB、EES、EHP、Ab的額定容量；分別為配置CHP、WT、PV、AB、EES、EHP、Ab的單位容量成本；I_CHP，I_WT，I_PV，I_AB，I_EES，I_EHP，I_Ab分別為是否配置CHP、WT、PV、AB、EES、EHP、Ab的二元變量，配置取1，否則為0；

式中，N_s為場景總數(shù)；p_s為第s個場景發(fā)生的概率；為在場景s，時間t下從電網(wǎng)購買的電量；為在場景s，時間t下從電網(wǎng)購電的價格；分別為CHP、AB、EHP、Ab的運行成本；

式中，表示編號為m的CHP在場景s，時間t消耗燃料費用；表示編號為m的CHP在場景s，時間t產生的電功率；λ_g,t為時間t時的天然氣價格；表示編號為j的AB在場景s，時間t消耗燃料費用；表示編號為j的AB在場景s，時間t產生的熱功率；λ_g,t為時間t時的天然氣價格；表示編號為v的EHP在場景s，時間t使用電力產生的成本；表示編號為v的EHP在場景s，時間t產生的電功率；λ_e,t為時間t時的電力價格；表示編號為v的Ab在場景k，時間t使用電力產生的成本；表示編號為k的EHP在場景s，時間t產生的電功率；

ZMC＝CM_j×Z_j

式中，CM_j為第j個設備的維護成本，Z_j為第j個設備是否進行維修的二元變量；

其中總體目標函數(shù)的約束條件包括：能量守恒約束、聯(lián)絡線功率約束、場景約束、設備運行約束、維護計劃約束；

所述能量守恒約束包括電平衡功率約束、熱平衡功率約束、冷平衡功率約束：

其中電平衡功率約束：

式中，分別表示編號為h的EES在場景s，時間t時充電和放電功率；分別表示編號為m、n、i的CHP、WT、PV在場景s，時間t時的電出力；為場景s，時間t時電負荷需求；

熱平衡功率約束：

式中，分別表示編號為m、j、v的CHP、AB、EHP在場景s，時間t時的熱出力；為場景s，時間t時熱負荷需求；

冷平衡功率約束：

式中，分別表示編號為v、k的EHP、Ab在場景s，時間t時的冷出力；為場景s，時間t時冷負荷需求；

所述聯(lián)絡線功率約束為：

式中，分別表示編號為聯(lián)絡線功率的最小值和最大值；

所述場景約束為：

式中，N_s為場景總數(shù)；ρ_s為場景概率；

所述設備運行約包括熱電聯(lián)產機組運行約束、燃氣鍋爐運行約束、蓄電池運行約束：

其中熱電聯(lián)產機組運行約束：

式中，分別表示編號為m的CHP輸出電功率的上限和下限；

燃氣鍋爐運行約束：

式中，分別表示編號為j的燃氣鍋爐輸出熱功率的上限和下限；

蓄電池運行約束：

式中，分別表示編號為h的EES在場景s，時間t和t-1時的儲能；分別表示編號為h的EES在場景s，時間t時的充電功率和放電功率；η^EES,Ch、η^EES,Dis分別表示編號為h的EES在場景s，時間t時的充電功率和放電效率；E^EES,Max、E^EES,Min分別表示編號為h的EES在場景s，時間t時的儲能上限和下限；P^EES,Ch,Max、P^EES,Dis,Max分別表示EES充電功率和放電功率最大值；分別表示編號為h的EES在場景s，時間t時充電和放電的二元變量，進行充電或放電為1，否則為0；

所述設備維護計劃約束為：

式中，S為維護周期集合，S＝{1，…，N}

該約束確保能量樞紐內每個設備只能根據(jù)備選周期選擇一個維護策略。