[發明專利]一種間歇性分布式電源的綜合能源系統優化配置方法

在審

• 申請號: 202110498724.3
• 申請日: 2021-05-08
• 公開（公告）號: CN113128070A
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 張子陽;陳嶸;高翔;袁簡;晏陽;王欣怡;李靜;王晨輝;錢康;朱東升;黃治;鄭楊;酈芳菲;張占龍;陳永明
• 申請（專利權）人: 國網江蘇省電力有限公司鎮江供電分公司;中國能源建設集團江蘇省電力設計院有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06Q10/04;H02J3/38
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 徐澍

1.一種間歇性分布式電源的綜合能源系統優化配置方法,間歇性分布式電源的綜合能源系統分為間歇性可再生能源、聯供設備、制冷設備及輔助設備，其特征在于，間歇性分布式電源的綜合能源系統優化配置方法包括：

一、各單元建模如下：

(1)間歇性可再生能源

1)光伏發電

根據半導體材料的光伏效應，光伏電池可以將太陽能直接轉化成電能，光伏電池溫度系數ε取0.2，數學模型如下：

f(t)＝I+ε(T-T_rated) (2)

式中，P_PV表示光伏輸出功率，r_rated表示額定光照強度，P_rated表示光伏額定功率，T_rated表示額定溫度，T表示光伏電池溫度；

2)風力發電

風速的長期分布符合Weibull分布，常用三常數模型表示：

其中，k是Weibull形狀參數，c是Weibull尺度參數，v為風速；

風力發電的數學模型如下：

其中，v_ci、v_co、v_rated分別表示切入風速、切出風速、額定風速，P_W表示風機輸出功率，P_rated表示額定功率；

(2)聯供設備

1)燃氣輪機

燃氣輪機的變工況運行模型：

η＝aW³+bW²+cW (5-1)

式中，a取1.071，b取-2.816，c取2.745，η和W分別為燃氣輪機發電效率、輸出功率與額定的比值，即標幺值；公式(5)為3次函數，在CPLEX計算中需要分段線性化；除此之外還要考慮燃氣輪機爬坡和下坡約束，即實際運行時負荷變動前后的兩個負荷值之間燃氣輪機的出力的差值的絕對值要小于等于0.5*額定功率；

2)內燃機

內燃機變工況運行模型如公式(5-2)。

η＝aW³+bW²+cW (5-2)

式中，a取1.071，b取-2.816，c取2.745，η和W分別為內燃機發電效率、輸出功率與額定的比值，即標幺值；

(3)制冷設備

1)雙效吸收式制冷機

夏季制冷COP＝1.2，即每吸收1個單位的余熱可以制冷1.2個單位，冬季制熱COP＝0.9，即每吸收1個單位的余熱可以制熱0.9個單位，COP即吸收能量和釋放熱量間的轉換率，簡稱制熱能效比，不考慮其變工況特性；

2)電制冷機

夏季制冷COP＝4，即每吸收1個單位的電可以制冷4個單位，不考慮其變工況特性；

(4)輔助設備

1)燃氣鍋爐

當聯供設備無法滿足用戶熱需求時，需要燃氣鍋爐補燃，實現熱能的供需平衡，不考慮其變工況特性；

2)余熱鍋爐

利用燃氣輪機排出煙氣的熱量來使水變成蒸汽的設備，不考慮其變工況特性；

二、設定目標函數和約束條件如下：

(1)目標函數

建立光伏發電和風力發電系統后，將隨機性模型引入到綜合能源系統模型中，以內燃機為原動機，將生命全周期總投資成本最低作為目標函數，目標函數包括各設備的建造成本、運行成本和維護成本，優化配置系統主要設備求解最佳容量；其目標函數如下：

C＝∑C_T+∑C_om+∑C_up (6)

式中，C_T為建造費用，C_om為運行費用，C_up為維護費用，各部分具體表達式為：

1)C_T包括所有設備折算到每年的裝機成本：

式中，Int_Rate為利率，t為當前年份，R_converse為將每年費用折算到當前年份的系數，R_recover為折舊率，M_j為建造單價，R_M,j為設備容量；

2)C_om包括燃氣費用及系統發電量不足時的購電費用：

式中，C_g,i為內燃機和燃氣鍋爐的燃氣費用，C_e,I為電壓縮式制冷機和向上級電網交易的購電費用，采用峰谷電價制度，P_buy是購電功率，P_ECR是電壓縮機電功率，V_ICE、V_GFB分別是內燃機和燃氣鍋爐消耗的燃氣體積，K_g是天然氣價格，K_e是電價，N_day為利用小時數；

3)C_up包括所有設備的維護費用；

(2)約束條件

綜合能源系統需要滿足4個供需平衡，也就是4個等式約束條件，即電平衡、熱平衡、冷平衡及余熱平衡；電平衡、熱平衡、冷平衡是指設備發出的電量，熱量和冷量能夠滿足系統的電需求、熱需求和冷需求；余熱平衡指余熱鍋爐和燃氣鍋爐產生的余熱要滿足雙效吸收式制冷機的余熱需求；還需要滿足設備運行的不等式約束條件即設備功率限制和內燃機的爬坡約束；

1)功率平衡約束

式中，P_PV、P_W、P_ICE分別是光伏、風機和內燃機的發電功率，P_{Load_power}、P_{Load_heating}、P_{Load_cooling}分別是電負荷、熱負荷和冷負荷，P_buy是購電功率，P_ECR是電壓縮機電功率，P_{DAR_heating}、P_WHB、P_GFB分別是雙效吸收式制冷機、余熱鍋爐和燃氣鍋爐的制熱功率，P_{DAR_cooling}、P_{ECR_cooling}分別是雙效吸收式制冷機和電壓縮機的制冷功率，E_ICE為內燃機的余熱功率，E_DAR、E_WHB分別是雙效吸收式制冷機、余熱鍋爐的吸熱功率；

2)設備運行約束

光強、風速、溫度等受自然環境影響較大，隨機性較強，若這類分布式電源的總容量過大，將影響系統的供電質量和穩定性，故對它們的安裝容量有限制，約束條件為

S_PV、S_W分別為光伏、風機的視在功率，分別為光伏、風機視在功率限值；

P_PV、P_W、P_ICE、P_buy、P_ECR、P_WHB、P_GFB、P_{DAR_heating}、P_{DAR_cooling}都要滿足各自設備功率的上下限：

另外，內燃機還要滿足爬坡約束：

|P^i,j+1_ICE-P^i,j_ICE|≤0.5P_ICE，額 (12)。