[發明專利]綜合能源系統運行優化方法、設備及可讀存儲介質

在審

• 申請號: 202210072747.2
• 申請日: 2022-01-21
• 公開（公告）號: CN114529056A
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 胡志堅;李天格
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q10/06;G06Q50/06
• 代理公司: 武漢智權專利代理事務所(特殊普通合伙) 42225
• 代理人: 張凱

1.一種綜合能源系統運行優化方法，其特征在于，所述綜合能源系統運行優化方法包括：

步驟1：對包含可調熱電比與天然氣-氫氣混合燃燒特性、各類綜合能源系統IES耦合設備以及階梯式碳費用計量模型進行數學建模；

步驟2：根據IES元件特性進行分類，并對需求響應資源進行分類，制定多時間尺度下的優化計劃；

步驟3：建立針對日前、日內滾動以及實時三階段多時間尺度下的協調優化模型，鑒于此模型的混合整數非線性性質，采用引入輔助變量與Big-M進行模型線性化變換，得到混合整數線性模型，并調用數學求解器進行求解。

2.如權利要求1所述的綜合能源系統運行優化方法，其特征在于，步驟1包括：

步驟1.1：引入可調熱電比與天然氣-氫氣混合燃燒特性，針對燃氣輪機GT與燃氣鍋爐GB的能量轉化過程進行改進，根據不同時段下的電價與氣價，對其工作過程中的發熱與發電功率比例進行調節；

步驟1.2：將電轉氣P2G過程中電解槽EL將水電解所得的氫氣與二氧化碳直接通過甲烷反應器MR合成天然氣這一連串過程解耦，擴大氫能利用場景；

步驟1.3：對IES中耦合設備進行數學建模，所述耦合設備包括EL、MR、GT、GB與電鍋爐EB；

所述EL的數學模型為：

其中，P_e,EL(t)為t時刻輸入EL的電能；P_H2,EL(t)為t時刻輸出EL的氫能；η_EL為EL能量轉換效率；分別為EL的輸入功率上下限；分別為EL的爬坡上下限；

所述MR的數學模型為：

其中，P_H2,MR(t)為t時刻輸入MR的氫能；P_g,MR(t)為t時刻輸出MR的天然氣；η_MR為MR中氫氣轉甲烷的能量轉換效率；分別為MR的輸入功率上下限；分別為MR的爬坡上下限；P_e,MR(t)為t時刻MR合成反應消耗電能；η_MR,e為MR合成反應的耗電比例；

所述GT的數學模型為：

其中，P_e,GT(t)、P_h,GT(t)分別為t時刻輸出GT的電能、熱能；P_mg,GT(t)為t時刻輸入GT的天然氣-氫氣混合氣體；η_GT為GT能量轉換效率；分別為GT的輸入功率上下限；分別為GT的爬坡上下限；分別為GT的熱電比上下限；P_H2,GT(t)、P_g,GT(t)分別為t時刻輸入GT的天然氣-氫氣混合氣體中氫氣、天然氣量；為輸入GT的燃氣中天然氣含量的最低比例；

所述GB的數學模型為：

其中，P_mg,GB(t)為t時刻輸入GB的天然氣-氫氣混合氣體量；P_h,GB(t)為t時刻輸出GB的熱能；η_GB為GB能量轉換效率；分別為GB的輸入功率上下限；分別為GB的爬坡上下限；P_H2,GB(t)、P_g,GB(t)分別為t時刻輸入GB的天然氣-氫氣混合氣體中氫氣、天然氣量；為輸入GB的燃氣中天然氣含量的最低比例；

所述EB的數學模型為：

其中，P_e,EB(t)為t時刻輸入EB的電能；P_h,EL(t)為t時刻輸出EB的熱能；η_EB為EB能量轉換效率；分別為EB的輸入功率上下限；分別為EB的爬坡上下限；

步驟1.4：引入階梯式碳費用模型及固碳補貼模型，所述階梯式碳費用模型的數學模型為：

其中，分別為上級購電、購氣的碳排放稅及其兩者總和；E_e,buy,a、E_g,buy,a為上級購電、購氣內含碳排放量；χ_e、χ_g分別為單位電力消耗、單位天然氣消耗的碳排放；P_e,buy(t)、P_g,buy(t)分別為t時刻的上級購電、購氣量；T為優化周期；λ_e、λ_g分別為電力、天然氣碳費用基價；l_e、l_g分別為電力、天然氣階梯式計稅碳區間長度；α為價格增長幅度；

所述固碳補貼模型的數學模型為：

其中，為MR設備固碳收益；λ_sub為單位固碳量補貼費；χ_sub為產單位天然氣量所固定的碳量；P_g,MR(t)為t時刻MR輸出功率。